無人自動車向けLiDARに役立つ新しいレーザ

August, 10, 2022, Lausanne--EPFLとパデュー大学(Purdue University)の国際協働チームは､ハイブリッド集積レーザを開発した｡これは､自動車産業向け次世代LiDARに役立つ可能性がある｡

レーザ生み出すイノベーションの可能性は､誇張ではない｡どんな新しい技術もコヒレントレーザ光源ほど普及しているものはない｡しかし､レーザの技術と原理は､過去50年ほとんど変わっていない､商用利用のレーザの大半は､まだレガシー技術スキームに基づいている｡同時に､フォトニクスの技術基盤は､､過去10年で根本的に変わった｡すでに産業的成熟期に達したSiNなどのフォトニック集積プラットフォームの登場によるものである｡

フォトニック集積によってわれわれは､前例のない拡張性を備えたコンパクトなシステムを構築できる｡しかしこれまでのところ､狭線幅レーザ光源の小型化は課題になっている｡集積レーザは､10年以上も研究されているが､最先端のファイバレーザと同等の位相ノイズパフォーマンスは達成できていない｡

どんなレーザ光源にも競合する要件は､周波数アジリティの同時達成である､つまりレーザ周波数の高速作動である｡狭線幅レーザ光源の周波数アジリティは､周波数計測における多くのアプリケーションで決め手になる｡また､三角チャープ信号の生成､周波数変調連続波(FMCW LiDAR)測距など｡FMCW LiDARは､長距離LiDARに関連する最も切望されている技術の1つである｡

今日までのところ､最も安定したレーザは､高速レーザチューニングができず､ウエファスケール製造に適合していない｡これは､量産市場に対処するアプリケーションの重要な要求である｡狭線幅と周波数アジリティの両方を達成することは､未解決の課題であり､バルクレーザでも､どんな集積プラットフォームでも今日まで達成されていない｡

今回の､EPFL とPurdue大学の協働が､ハイブリッド集積チューナブルレーザの領域で著しい進歩を達成した｡グループは､超低ノイズと高速チューニング速度を同時に特徴とするコンパクトなレーザを実証できた｡研究成果は､Natrue Communicationsに発表された｡これは､大幅に製造コストを下げ､光測距向けの新しいレーザ光源を可能にしている｡それは､ファイバレーザとダイオードレーザの長く続いたトレードオフを一掃し､ウエファスケール製造に適合する汎用的なソリューションを提供することができる｡

確立されたMEMS処理の製造(Purdue)とEPFLマイクロナノテクノロジーセンタ(CMi)で製造したSiNベースフォトニック回路を統合することで､研究チームは､初めてファイバレーザに匹敵する低位相ノイズ､同時に前例のない高速チューニングを達成できた｡チームのアプローチは､レーザ自己注入ロック技術に基づくもので､これによりフリーランニングレーザ線幅は､少なくとも4桁低減される｡

その全潜在力を説明するために研究チームは､そのレーザを使って光測距実験を行った｡コヒレントレーザ測距は､主要な商用関心が集まっている次世代LiDAR技術である｡しかし､線形性とスピードのチューニングの厳しい要件を満たした集積レーザ光源はこれまで存在しなかった｡チームは､ラボ環境で､12㎝の距離分解能､100kHzチューニング速度で素晴らしいコヒレントFMCW LiDARを実証した､これによりレーザから10m離れたシーンを再現したのである｡

｢成果で注目に値する点は､そのレーザが複雑な線形法を付加することなく光測距が可能な点である｣とEPFL基礎科学､物理学教授､Tobias J. Kippenbergは説明している｡

研究成果は､集積フォトニクスの注目に値する例である､コンパクトなウエファスケール製法だけでなく､何十年もかけて開発､最適化､完成された従来のバルクレーザでは達成できない性能指標をも達成している｡それは､ハイブリッド超低損失集積フォトニクスが､次世代LiDARや長距離コヒレント通信向けに､コンパクトな超狭線幅レーザ開発でもつ途方もない可能性を強調している｡
(詳細は､https://actu.epfl.ch)