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科学家发明新型光束转向角扩展器 可用于自动驾驶汽车

盖世汽车网    2021-07-05 17:06

世汽车讯 据外媒报道,科学家们开发出一种高效光束转向角扩展器,由两个液晶聚合物衍射光学元件组成,可将905nm的LiDAR(光检测和测距)的转向角扩大5.4倍。其潜在应用包括自动驾驶汽车,以及虚拟现实显示器的眼球追踪。

最近,越来越多人开始研究基于图案化液晶(LC)的平面光学器件。与通常通过复杂光刻工艺制造的介电超表面相比,基于LC聚合物的平面光学器件具有自组装特性,可以通过全溶液工艺制造。在过去的几十年中,各种平面光学器件已经基于几何相位(也称为Pancharatnum-Berry相位)操作得到证实。器件的总有效厚度,包括下面的液晶取向层和液晶聚合物,通常为1 μm。

商用透射透镜、光栅和光学涡流处理器在过去几年中得到了开发。在无源和有源器件中都说明了其工作光谱/角带的工程设计。例如,可设计多扭曲结构来定制光谱/角带宽作为无源方式,而可以响应外部刺激(如机械应力、电场和光)的有源器件也已经实现。尽管如此,当前研究大都集中在可由单层器件实现的光学功能上。而设计级联平面光学器件可超越当前限制,可具有更多自由度,从而可以合理地实现更多独特的功能。同时,级联光学元件仍具有高效、紧凑、重量轻、易加工、灵活、成本低等优点。

最近,在期刊《Light Science & Application》上发表的一篇论文中,由美国中佛罗里达大学(University of Central Florida)光学与光子学院的Shin-Tson Wu教授领导的科学家小组推出一种级联LC平面光学元件,又称微型平面望远镜,可放大独立于入射光束位置的转向角。这种角度放大功能无法通过光栅或折射面等单层光学器件实现。这种微型平面望远镜由两个平面光学元件组成。两层都按照偶次多项式之和分配相位分布,且在空间上独立。通过光线追踪模拟,该系统可以根据特定的孔径尺寸和入射角范围进行优化,性能接近衍射极限。

在实验中,f/#不同、毫米大小的不同LC衍射器件可通过全溶液工艺制造,并组装成两个放大倍数分别为1.67(模块I)和2.75(模块II)的望远镜模块。测量的放大倍数与设计值非常吻合。此外,在设计的入射角范围内,效率可达到超高水平(模块I > 89.8%,模块II > 84.6%)。并通过误差分析,凭借优化制造工艺进一步提高效率。该研究小组证明,望远镜模块非常有希望成为非机械光束转向器,可扩大目前有限的转向范围(也称为关注领域)。例如,λ为905 nm的LiDAR(光检测和测距)应用,预计最大输出角度范围为±27°。与入射场范围约为±5°的高效光学相位阵列(最成熟的电子光束转向器)相比放大了5.4倍。对于更长的工作波长,比如λ为1550 nm,其转向角度范围可以扩展到±37°,约放大了7.4倍。对此,该团队还对输出光束轮廓进行了表征,确保望远镜模块的高质量以及与高端光束转向器的兼容性。

通过当前工作,Wu和同事展示了基于LC聚合物平面光学器件的微型平面望远镜,可用于光学角度放大,且保证经济高效。不仅如此,该望远镜的效率极高、放大倍数可设计,且光束质量也十分出色,因此在需要先进激光束控制技术的实际应用中极具前景。更重要的是,这是平面液晶光学超越目前发展的一个全新里程碑。

【以上内容转自“盖世汽车”,不代表本网站观点。 如需转载请取得盖世汽车网许可,如有侵权请联系删除。】

 

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责任编辑: 4134ZXH

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