Skanningslasrar - från streckkodsläsare i stormarknaden till kameror på nyare smartphones - är en oumbärlig del av vårt dagliga liv, förlitar sig på lasrar och detektorer för exakt precision.

Avstånd och objektigenkänning med LiDAR - en portmantå av ljus och radar - blir allt vanligare:reflekterade laserstrålar registrerar den omgivande miljön, tillhandahålla avgörande data för autonoma bilar, jordbruksmaskiner, och fabriksrobotar.

Nuvarande teknik studsar laserstrålarna från rörliga speglar, en mekanisk metod som resulterar i lägre skanningshastigheter och felaktigheter, för att inte tala om den stora fysiska storleken och komplexiteten hos enheter som innehåller en laser och speglar.

Publicerar i Naturkommunikation , ett forskargrupp från Kyoto University's Graduate School of Engineering beskriver en ny strålskanningsenhet som använder 'fotoniska kristaller', eliminerar behovet av rörliga delar.

Istället för att ordna kristallernas gitterpunkter i en ordnad uppsättning, forskarna fann att varierande gitterpunkternas former och positioner orsakade att laserstrålen sändes ut i unika riktningar.

"Resultatet är ett gitter av fotoniska kristaller som ser ut som en platta schweizisk ost, där varje kristall beräknas avge strålen i en specifik riktning, "förklarar Susumu Noda, som ledde laget.

"Genom att eliminera mekaniska speglar, Vi har gjort en snabbare och mer tillförlitlig strålskanningsenhet. "

Fotoniska kristalllasrar är en typ av 'halvledarlaser' vars gitterpunkter kan betraktas som nanoskalaantenner, som kan anordnas så att en laserstråle avges vinkelrätt från ytan. Men initialt skulle strålen bara gå i en enda riktning på ett tvådimensionellt plan; laget behövde mer område för att täckas.

Att ordna antennlägena cykliskt resulterade i ett lyckat riktningsbyte, men en minskning av effekt och deformerad form gjorde den här lösningen ovänlig.

"Genom att modulera antennlägena fick ljuset från närliggande antenner att avbryta varandra, "fortsätter Noda, "som får oss att försöka ändra antennstorlekar."

"Så småningom, vi upptäckte att justering av både position och storlek resulterade i en till synes slumpmässig fotonisk kristall, att producera en exakt stråle utan strömförlust. Vi kallade detta en "dualt modulerad fotonisk kristall". "

Genom att organisera dessa kristaller - var och en utformad för att avge en stråle i en unik riktning - i en matris, laget kunde bygga en kompakt, omkopplingsbar, tvådimensionell strålskanner utan att behöva några mekaniska delar.

Forskarna har framgångsrikt konstruerat en skanner som kan generera strålar i hundra olika riktningar:en upplösning på 10 × 10. Detta har också kombinerats med en divergerande laserstråle, vilket resulterar i en ny typ av LiDAR med förbättrat omfång för att upptäcka objekt.

Teamet uppskattar att med ytterligare förbättringar, upplösningen kan ökas med en faktor 900:upp till 300 × 300 upplösningsintervall.

"Först fanns det ett stort intresse för om en struktur som till synes är så slumpmässig faktiskt skulle kunna fungera, "avslutar Noda." Vi tror nu att vi så småningom kommer att kunna utveckla ett LiDAR -system som är tillräckligt litet för att hålla en fingertopp. "