LiDAR eli optinen tutka on tärkeä laite monissa sovelluksissa, eikä vähiten tulevissa robottiautoissa. Ranskalaistutkijat ovat nyt kehittäneet fotonipiireillä toimivan LiDARin, joka on merkittävästi nykyisiä nopeampi.
LiDAR käsittää joukon tekniikoita, joissa käytetään laservaloa etäisyyksien mittaamiseen kertomalla lähetettyjen ja vastaanotettujen optisten signaalien välinen viive valon nopeudella. Nykyaikaisten 3D LiDAR -anturien periaate on vuodelta 2007, jolloin DARPA toi markkinoille ensimmäiset Velodyne-laitteensa. Ne pystyvät mittaamaan jopa 128 laserlinjaa samanaikaisesti.
Useimmat nykyaikaiset LiDAR-anturit perustuvat pulssien lentoajan mittaamiseen. FMCW-LiDar eli koherentti LiDAR perustuu sen sijaan taajuusmoduloidun jatkuvan aallon emittoimiseen. Siinä laser on asetettu lähettämään lineaarisia optisia purskeita. Takaisin kimmahtavan signaalin taajuus kuvaa sen etäisyyttä.
Menetelmällä on monia luontaisia etuja, kuten parannettu etäisyystarkkuus, nopeuden havaitseminen Doppler-ilmiön avulla ja immuniteetti esimerkiksi auringonvalon ja muiden radiolaitteiden aiheuttamille häiriöille. Tähän asti näitä kapeita purskeita on kuitenkin ollut vaikea hallita tarkasti.
Lausannen polyteknisen korkeakoulun eli EPFL:n Tobias Kippenbergin laboratorion tutkijat ovat löytäneet uuden tavan toteuttaa FMCW LiDAR - käyttämällä integroitua epälineaarista fotoniikkaa. He kytkivät yhden FMCW-laserin pii-nitridipohjaiseksi mikroresonaattoriksi, jossa jatkuvan aallon laservalo muunnetaan vakaaksi optiseksi, jatkuvaksi pulssiksi.
Nature-lehdessä esitellyssä mikroresonaattori kamman hampaat ovat 100 gigahertsin etäisyydellä toisistaan. Tämän ansiosta eri taajuuden pulssit voidaan erottaa tavallisella diffraktioptiikalla. Mikroresonaattoriin on näin mahdollista luoda jopa 30 riippumatonta LiDAR -kanavaa.
Jokainen kanava pystyy mittaamaan kohteen etäisyyden ja nopeuden samanaikaisesti, kun taas eri kanavien spektrinen erotus tekee laitteesta immuunin kanavan ylikuulumiselle. Kun mikroresonaattori toimii 1550 nanometrin alueella, se sopii hyvin muiden kuvantamis- ja kameraratkaisujen sekaan.
