En forskargrupp från KAIST utvecklade ett kiseloptical phased array (OPA)-chip, som kan vara en kärnkomponent för tredimensionella bildsensorer. Denna forskning leddes av Ph.D. kandidat Seong-Hwan Kim och Dr Jong-Bum You från National Nanofab Center (NNFC).

En 3D-bildsensor lägger till avståndsinformation till en tvådimensionell bild, som ett foto, att känna igen den som en 3D-bild. Den spelar en viktig roll i olika elektronik inklusive autonoma fordon, drönare, robotar, och ansiktsigenkänningssystem, som kräver noggrann mätning av avståndet från föremål.

Många bil- och drönarföretag fokuserar på att utveckla 3D-bildsensorsystem, baserat på mekaniska ljusdetektion och avståndssystem (LiDAR). Dock, den kan bara bli så liten som en knytnäve och har stor risk för att den inte fungerar eftersom den använder en mekanisk metod för laserstrålestyrning.

OPA har fått stor uppmärksamhet som en nyckelkomponent för att implementera solid-state LiDAR eftersom den kan styra ljusriktningen elektroniskt utan rörliga delar. Kiselbaserade OPA är små, hållbar, och kan masstillverkas genom konventionella Si-CMOS-processer.

Dock, i utvecklingen av OPA, en stor fråga har tagits upp om hur man uppnår bredstrålsstyrning i tvärgående och längsgående riktningar. I tvärriktningen, en bredstrålestyrning har implementerats, relativt lätt, genom en termooptisk eller elektrooptisk styrning av fasskiftarna integrerade med en 1D-array. Men den longitudinella strålstyrningen har varit kvar som en teknisk utmaning eftersom endast en smal styrning var möjlig med samma 1D-array genom att ändra ljusets våglängder, vilket är svårt att implementera i halvledarprocesser.

Om en ljusvåglängd ändras, egenskaper hos elementenheter som består av OPA kan variera, vilket gör det svårt att styra ljusriktningen med tillförlitlighet samt att integrera en våglängdsavstämbar laser på ett kiselbaserat chip. Därför, det är viktigt att ta fram en ny struktur som enkelt kan justera det utstrålade ljuset i både tvärgående och längsgående riktningar.

Genom att integrera avstämbar radiator, istället för avstämbar laser i en konventionell OPA, Professor Hyo-Hoon Park från School of Electrical Engineering och hans team utvecklade en ultraliten, lågeffekt OPA-chip som underlättar en bred 2-D strålstyrning med en monokromatisk ljuskälla.

Denna OPA-struktur möjliggör minimering av 3D-bildsensorerna, lika liten som ett trollsländeöga.

Enligt teamet, OPA:n kan fungera som en 3D-bildsensor och även som en trådlös sändare som skickar bilddata till en önskad riktning, gör det möjligt att fritt kommunicera bilddata av hög kvalitet mellan elektroniska enheter.

Kim sa, "Det är inte en lätt uppgift att integrera en avstämbar ljuskälla i OPA-strukturerna i tidigare arbeten. Vi hoppas att vår forskning som föreslår en avstämbar radiator gör ett stort steg mot kommersialisering av OPA."

Dr. Du lade till, "Vi kommer att kunna stödja applikationsforskningar av 3D-bildsensorer, speciellt för ansiktsigenkänning med smartphones och augmented reality-tjänster. Vi kommer att försöka förbereda en bearbetningsplattform i NNFC som tillhandahåller kärnteknologier för tillverkning av 3D-bildsensorer."