Progressi nella tecnologia LiDAR con microcombs

La Rilevazione e Misurazione della Luce, comunemente nota come LiDAR, è uno strumento importante in molte tecnologie moderne, soprattutto in settori come la guida autonoma e la mappatura. LiDAR utilizza la luce per misurare le distanze. Emmette impulsi laser e poi misura quanto tempo impiega la luce a tornare indietro dopo aver colpito un oggetto. Questa tecnica permette di creare mappe tridimensionali dettagliate dell'ambiente.

#Come Funziona il LiDAR

In termini semplici, il LiDAR manda fuori luce laser, che viaggia fino a colpire qualcosa. Quando la luce ritorna, il sistema calcola quanto è lontano l'oggetto in base al tempo impiegato per tornare. È simile a come i pipistrelli usano il suono per orientarsi e trovare oggetti attorno a loro.

Il LiDAR può funzionare in modi diversi. Uno dei metodi si chiama LiDAR a Wave Frequenza Modulata Continua (FMCW). Questa tecnica è particolarmente interessante perché può misurare sia la distanza che la velocità contemporaneamente. Lo fa utilizzando un fascio continuo di luce che cambia frequenza mentre viaggia. Il sistema poi analizza la frequenza della luce che torna indietro per determinare sia la distanza dell'oggetto che la sua velocità.

#La Sfida con il LiDAR FMCW

Anche se il LiDAR FMCW è molto efficace, affronta alcune sfide. Uno dei principali problemi è che deve essere in grado di aggiornare le sue misurazioni rapidamente mantenendo comunque Precisione. Riuscire ad avere aggiornamenti rapidi e mantenere alta accuratezza, specialmente con cambiamenti di distanza molto piccoli (meno di un micron), è difficile.

#Un Nuovo Approccio Usando Microcombs

Recenti sviluppi tecnologici hanno introdotto un nuovo modo per migliorare le prestazioni dei sistemi LiDAR. I ricercatori hanno combinato il LiDAR FMCW con una tecnologia chiamata microcombs. I microcombs sono dispositivi speciali che possono produrre un gran numero di frequenze di luce equidistanti. Questa caratteristica li rende eccellenti per calibrare la frequenza dei laser usati nel LiDAR.

Utilizzando un microcomb in nitruro di silicio, i ricercatori hanno creato con successo un sistema LiDAR che è veloce e altamente preciso. Questo nuovo LiDAR può misurare distanze con un'accuratezza di meno di 10 nanometri e si aggiorna a una velocità di circa 24.600 volte al secondo. Questo è un miglioramento significativo rispetto ai sistemi precedenti.

#I Vantaggi dell'Utilizzo dei Microcombs

Uno dei principali vantaggi dell'uso dei microcombs nel LiDAR è la loro capacità di fornire calibrazione ad alta frequenza. Questo significa che il laser può essere regolato in modo più preciso, il che aiuta a ottenere misurazioni migliori. Il microcomb aiuta a garantire che la scansione della frequenza del laser sia lineare, migliorando l'accuratezza complessiva delle misurazioni di distanza e velocità.

Inoltre, i microcombs possono produrre tassi di chirp molto elevati. Il tasso di chirp si riferisce a quanto rapidamente cambia la frequenza della luce laser. Un alto tasso di chirp significa che il laser può attraversare diverse frequenze molto rapidamente. Il nuovo sistema riesce a raggiungere un tasso di chirp fino a 320 PHz/s (petahertz al secondo), molto più alto rispetto a prima.

#Risultati del Nuovo Sistema LiDAR

La combinazione di microcombs con LiDAR FMCW ha portato a risultati impressionanti. Il nuovo sistema può misurare distanze con una precisione di 0,27 nanometri. Questo significa che può rilevare piccoli cambiamenti di distanza, importante per applicazioni che richiedono estrema precisione, come la guida autonoma e la mappatura dettagliata.

Inoltre, questo sistema LiDAR può misurare la velocità di oggetti in movimento con una bassa incertezza di meno di 0,4 mm/s. Questo è vantaggioso per il tracciamento di oggetti in rapido movimento e può essere applicato in vari settori, inclusi trasporti e sorveglianza.

#Applicazioni della Tecnologia LiDAR Avanzata

I progressi nella tecnologia LiDAR hanno aperto nuove possibilità in vari settori. Alcune delle applicazioni chiave includono:

#Veicoli Autonomi

Una delle applicazioni più promettenti di questo avanzato sistema LiDAR è nei veicoli autonomi. Utilizzando misurazioni altamente accurate, le auto a guida autonoma possono comprendere meglio il loro ambiente, evitare ostacoli e navigare in sicurezza. La combinazione di misurazioni precise di distanza e velocità consente a questi veicoli di rispondere rapidamente a cambiamenti ambientali.

#Monitoraggio Ambientale

La tecnologia LiDAR è utile anche per il monitoraggio ambientale. Può essere utilizzata per misurare i cambiamenti nel terreno, monitorare la salute delle foreste e persino valutare l'impatto dei disastri naturali. La capacità di raccogliere dati accurati rapidamente consente una migliore pianificazione e decisioni nelle iniziative di conservazione.

#Costruzione e Mappatura

Nella costruzione, il LiDAR può essere utilizzato per il rilievo e la mappatura dei siti. L'alta precisione del nuovo sistema consente alle aziende di costruzione di creare modelli digitali accurati dei siti, migliorando la pianificazione e riducendo i costi.

#Imaging Medico

Un'altra applicazione è nell'imaging medico. Il LiDAR potrebbe essere utilizzato nella tomografia a coerenza ottica, una tecnica che fornisce immagini ad alta risoluzione dei tessuti biologici. Questo potrebbe portare a migliori diagnosi e trattamenti nella sanità.

#Dettagli Tecnici del Nuovo Sistema

Il nuovo sistema LiDAR è composto da diversi componenti chiave che lavorano insieme per raggiungere alta precisione e velocità.

#Laser FDML a Banda Larga

Al centro di questo sistema c'è un laser a Banda Larga a Dominio di Fourier Bloccato (FDML). Questo tipo di laser è progettato per produrre rapidamente una vasta gamma di frequenze, essenziale per le misurazioni ad alta velocità necessarie nel LiDAR.

#Microcomb in Nitruro di Silicio Integrato

Il microcomb in nitruro di silicio funge da righello di frequenza. Invece di inviare il microcomb a un obiettivo, viene utilizzato localmente per calibrare la frequenza del laser. Questo approccio evita problemi di potenza mantenendo alta precisione. Il microcomb ha un ampio spazio tra le linee, che gli consente di calibrare efficacemente le scansioni di frequenza con tassi di chirp molto elevati.

#Elaborazione Dati in Tempo Reale

Un'altra caratteristica importante del sistema è la sua capacità di elaborare dati in tempo reale. Questa capacità è essenziale per applicazioni in cui è necessaria una rapida presa di decisioni, come nei veicoli autonomi o nel monitoraggio ambientale in tempo reale.

#Conclusione

I progressi nella tecnologia LiDAR, in particolare con l'integrazione dei microcombs, segnano un passo avanti significativo nella misurazione di precisione. La capacità di raggiungere un'accuratezza inferiore a 10 nanometri e aggiornamenti ad alta velocità apre nuove porte per applicazioni in vari settori.

Questa tecnologia non solo migliora l'efficacia dei sistemi esistenti ma apre anche la strada a soluzioni innovative in settori che si affidano a misurazioni di distanza e velocità accurate. Man mano che la ricerca continua, possiamo aspettarci ulteriori miglioramenti che spingeranno i confini di ciò che è possibile con la tecnologia LiDAR.

La combinazione di calibrazione della frequenza precisa e la capacità di misurare rapidamente giocherà sicuramente un ruolo cruciale nel plasmare il futuro della navigazione, mappatura e automazione.