NRL demonstrerer ny ikke-mekanisk laserstyringsteknologi

Forskere ved U.S. Naval Research Laboratory har for nylig demonstreret en ny ikke-mekanisk chip-baseret strålestyringsteknologi, der tilbyder et alternativ til dyre, besværlige og ofte upålidelige og ineffektive mekaniske ophængslignende laserscannere.

Chippen, kendt som en styrbar elektro-evanescerende optisk refraktor, eller SEEOR, tager laserlys i den mellembølgelængde infrarøde (MWIR) som input og styrer strålen i to dimensioner ved udgangen uden behov for mekaniske enheder - hvilket viser forbedret styreevne og højere scanningshastigheder end konventionelle metoder.

"I betragtning af den lave størrelse, vægt og strømforbrug og kontinuerlig styreevne, denne teknologi repræsenterer en lovende vej frem for MWIR strålestyringsteknologier, " sagde Jesse Frantz, forskningsfysiker, NRL Optical Sciences Division. "Kortlægning i MWIR-spektralområdet viser nyttigt potentiale i en række forskellige applikationer, såsom kemisk registrering og overvågning af emissioner fra affaldspladser, raffinaderier, og andre industrielle faciliteter."

SEEOR er baseret på en optisk bølgeleder - en struktur, der begrænser lyset i et sæt tynde lag med en samlet tykkelse på mindre end en tiendedel af et menneskehår. Laserlys trænger ind gennem en facet og bevæger sig ind i bølgelederens kerne. En gang i bølgelederen, en del af lyset er placeret i et flydende krystal (LC) lag på toppen af ​​kernen. En spænding påført LC gennem en række mønstrede elektroder ændrer brydningsindekset (faktisk, lysets hastighed i materialet), i dele af bølgelederen, få bølgelederen til at fungere som et variabelt prisme. Omhyggeligt design af bølgelederne og elektroderne gør det muligt at oversætte denne brydningsindeksændring til høj hastighed og kontinuerlig styring i to dimensioner.

SEEOR'er blev oprindeligt udviklet til at manipulere kortbølget infrarødt (SWIR) lys - den samme del af spektret, der bruges til telekommunikation - og har fundet applikationer i styresystemer til selvkørende biler.

"At lave en SEEOR, der fungerer i MWIR, var en stor udfordring, Frantz sagde. "De fleste almindelige optiske materialer transmitterer ikke MWIR-lys eller er inkompatible med bølgelederarkitekturen, så udviklingen af ​​disse enheder krævede en tour de force af materialeteknik."

For at opnå dette, NRL-forskerne designet nye bølgelederstrukturer og LC'er, der er gennemsigtige i MWIR, nye måder at mønstre disse materialer på, og nye måder at inducere justering i LC'erne uden at absorbere for meget lys. Denne udvikling kombinerede indsats på tværs af flere NRL-divisioner, herunder Optical Sciences Division for MWIR-materialer, bølgeleder design og fremstilling, og Center for Bio/Molekylær Videnskab og Teknik for syntetisk kemi og flydende krystalteknologi.

De resulterende SEEOR'er var i stand til at styre MWIR-lys gennem et vinkelområde på 14°×0,6°. Forskerne arbejder nu på måder at øge dette vinkelområde og udvide den del af det optiske spektrum, hvor SEEOR'er arbejder endnu mere. Fuldstændige detaljer om denne forskning kan findes i december 2018-udgaven af Journal of the Optical Society of America .