الكشف الضوئي وتحديد المدى (LiDAR) هو الحل الرئيسي لتوفير الكشف والاستشعار البصري عالي الدقة وعالي المعدل. في نظام LiDAR، يعد مصدر ضوء الليزر الذي يمسح الفضاء بشكل فعال هو الأساس لتحقيق وظيفة الكشف والاستشعار بالرادار. تنقسم الحلول التقنية لتحقيق مسح الشعاع إلى مسح شعاع سلبي ومسح شعاع نشط. يتضمن مسح الشعاع السلبي نظام LIDAR شبه الصلب الكهروميكانيكي الدقيق (MEMS)، والذي يحقق مسح الشعاع المكاني من خلال الدوران الميكانيكي، ومجموعة الطور الضوئية الصلبة بالكامل (OPA)، والتي تحقق مسح الشعاع المكاني عن طريق تغيير الدليل الموجي. (OPA)، الذي يحرف الشعاع ويحقق مسحًا خاليًا من الميكانيكا عن طريق تغيير هندسة الدليل الموجي أو توزيع معامل الانكسار. على عكس مخططات المسح السلبي الموجودة مثل MEMS وOPA، يستخدم المسح الشعاعي النشط (ABS) مصدر ضوء منبعث بنشاط للمسح، مما يمكنه تحسين كفاءة تحويل الطاقة للنظام بشكل فعال، وزيادة طاقة الإخراج وتقليل تعقيد نظام الفضاء.
في الآونة الأخيرة، تمكن فريق من الأكاديمي Zheng Wanhua من معهد أشباه الموصلات التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، بالتعاون مع فريق Peng Chaojieqing من جامعة بكين، من تحقيق مسح شعاعي مكاني بالليزر النشط المحقون كهربائيًا استنادًا إلى ليزر إشعاع سطح البلورة الفوتونية (PCSEL). يأخذ الهيكل AlGaInAs جيدًا كوسط مكسب، ويستخدم بلورة فوتونية ذات حجم محدود لتكميم نطاقات الطاقة المستمرة إلى أوضاع منفصلة، والحصول على أوضاع متعددة الترتيب تتوافق مع إثارة زوايا التشتت المختلفة في المجال البعيد؛ جنبًا إلى جنب مع تعديل الناقل، يتم إثارة أوضاع ترتيب مختلفة تحت تيارات حقن مختلفة، وبالتالي تحقيق مسح شعاعي نشط. يوفر PCSEL المحقون كهربائيًا دعمًا للمكونات لرادار مسح الفضاء بالليزر النشط ثنائي الأبعاد.
يتم استخدام مصدر التيار لدفع الليزر بسرعة عالية لتحقيق مسح الشعاع بمعدل يصل إلى 1 ميجا هرتز، وهو تحسن بمقدار واحد إلى اثنين من حيث الحجم في معدل المسح مقارنة بمخطط MEMS التقليدي. الليزر قادر على زيادة النطاق المتزامن للاستشعار والمرونة وتقليل استهلاك الطاقة. من ناحية، يعد الليزر أحد أكثر طرق التكنولوجيا الواعدة لليدار والتصوير بالليزر والاستشعار بالليزر، ويوفر آلية تحكم جديدة للرادار النشط متعدد الطور؛ من ناحية أخرى، تتمتع خصائص انبعاث السطح بمزايا فريدة في مجالات اكتشاف الاستشعار والتكامل الفوتوني والصفائف واسعة النطاق.
نُشرت النتائج، التي تحمل عنوان "توجيه الشعاع النشط بواسطة الليزر الباعث للضوء من سطح البلورات الفوتونية"، في الحادي عشر من يوليو في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية نانو (ACS Nano.-Nano) (DOI: 10.1021/acsnano.3c09793). مينجين وانج، باحث شاب من معهد أشباه الموصلات (ISS)، وفيفان وانج، زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة بكين (جامعة بكين)، هما المؤلفان المشاركان الأولان للورقة، ووانهوا زينج، أكاديمي من معهد أشباه الموصلات، وتشاو بينج، أستاذ في جامعة بكين، هما المؤلفان المشاركان.
تم دعم هذا العمل من قبل البرنامج الوطني الرئيسي للبحث والتطوير في الصين والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين.
الشكل 1. كمية PCSEL لنطاقات الطاقة المستمرة إلى أوضاع منفصلة
الشكل 2 مسح شعاعي عالي السرعة
