掃描激光器是日常生活中不可缺少的東西，如超市中的條形碼掃描器以及智能手機上的攝像頭，此種設備依賴激光器和探測器實現(xiàn)極其精確的精度。利用激光雷達測量距離、識別目標也變得越來越普遍，其反射的激光束可以探測周圍的環(huán)境，為自動駕駛汽車、農用機器和工廠機器人提供關鍵數(shù)據(jù)。

目前的技術是從移動的鏡子中反射激光束，此種機械法會導致掃描速度慢且出現(xiàn)誤差，而且還需要尺寸較大且較復雜的設備以容納激光器和鏡子。近日據(jù)外媒報道，日本京都大學工程系研究生學院的研究人員設計了一種利用“光子晶體”的新型光束掃描設備，根本無需移動部件。

■看似隨機的光子晶體允許激光束以不同的角度發(fā)射，從而使激光雷達技術更加靈活和緊湊（圖片來源：京都大學）

研究人員發(fā)現(xiàn)，改變晶格點的形狀和位置可以讓激光束向獨特的方向發(fā)射，因而不用將晶體的晶格點排列成有序的陣列。光子晶體激光器是一種半導體激光器，其晶格點可以看作納米大小的天線，通過排列可以讓激光束從表面垂直發(fā)射。不過最開始，該激光束只能在一個二維平面上朝一個方向發(fā)射，該團隊希望其能夠覆蓋更多的區(qū)域。

循環(huán)排列此類天線的位置雖然可以成功改變發(fā)射方向，但是會導致輸出的功率減少、形狀發(fā)生改變，因而該解決方案不可行。研究人員表示：“通過調整天線的位置，相鄰天線發(fā)出的光會互相抵消，因此我們嘗試改變天線的尺寸。最終，我們發(fā)現(xiàn)調整位置和大小可以產生看似隨機的光子晶體，產生沒有能量損耗的精確光束，我們稱之為‘雙調制光子晶體’?！?/p>

通過將此類晶體安排到一個矩陣中，其中每個晶體都能向獨特的方向發(fā)射光束，該團隊打造了一個緊湊、可切換的二維激光束掃描器，而且無需任何機械部件。

現(xiàn)在，科學家們已經成功打造了一臺掃描儀，能夠產生面向100個不同方向的光束，且分辨率達10×10。該掃描儀與分散的激光束相結合制成了一種新型激光雷達，擴大了探測范圍。該團隊估計，經過進一步改進，該掃描儀的分辨率可提高900倍，達到300×300。研究人員表示：“我們現(xiàn)在認為，最終可以研發(fā)出一種指尖大小的激光雷達系統(tǒng)?！?/p>