Coherente Lidar op lange afstand versnellen

De studie is gepubliceerd in Nature.

De onderzoekers vonden een manier om een parallelle FMCW Lidar-motor te implementeren door gebruik te maken van geïntegreerde niet-lineaire fotonische circuits. Ze koppelden een enkele FMCW-laser aan een silicium-nitride planaire microresonator, waarbij het continue golflaserlicht wordt omgezet in een stabiele optische pulstrein door de dubbele balans van dispersie, niet-lineariteit, holtepompen en verlies.

"Verrassend genoeg houdt de vorming van de dissipatieve Kerr soliton niet alleen aan wanneer de pomplaser tsjilpt, maar draagt hij de piep trouw over op alle gegenereerde kamtanden", zegt Johann Riemensberger, postdoc bij het laboratorium van Kippenberg en de eerste auteur van de studie.

Het kleine formaat van de microresonator betekent dat de kamtanden 100 GHz van elkaar verwijderd zijn, wat voldoende is om ze te scheiden met behulp van standaard diffractie-optica. Omdat elke kamtand het lineaire getjilp van de pomplaser overerft, was het mogelijk om tot 30 onafhankelijke FMCW Lidar-kanalen in de microresonator te creëren.

Elk kanaal is kan afstand en snelheid van een doelwit tegelijkertijd meten, terwijl de spectrale scheiding van de verschillende kanalen het apparaat immuun maakt voor ruis daartussen en geschikt voor co-integratie met recent opgestelde optische gefaseerde arrays op basis van fotonische geïntegreerde optische traliestralers.

De ruimtelijke scheiding van uitgezonden stralen en de werking in de 1550 nm-golflengteband verzacht de anders strenge oog- en camera-veiligheidsbeperkingen. "De technologie zou de acquisitiepercentages van coherente FMCW Lidar in de nabije toekomst kunnen vertienvoudigen", zegt PhD-student Anton Lukashchuk.

Het concept is gebaseerd op hoogwaardige siliciumnitride-microresonatoren met lage verliezen onder vlakke niet-lineaire golfgeleiderplatforms, die zijn geproduceerd in EPFL’s Center of MicroNanotechnology (CMi). De silicium-nitride microresonatoren zijn al in de handel verkrijgbaar bij spinoff Ligentec, dat zich heeft gespecialiseerd in de productie van fotonische geïntegreerde schakelingen op basis van siliciumnitride.