Los científicos del Instituto de Tecnología de Karlsruhe KIT y la École polytechnique fédérale de Lausanne EPFL han demostrado la medición de distancia más rápida hasta el momento. Los investigadores demostraron el muestreo sobre la marcha de un perfil de bala con precisión micrométrica. El experimento se basóen un peine de frecuencia de solitones generado en un microresonador óptico basado en chip hecho de nitruro de silicio. Las aplicaciones potenciales comprenden cámaras 3D en tiempo real basadas en sistemas LIDAR altamente precisos y compactos.
Durante décadas, la metrología de distancia por medio de láser, también conocida como LIDAR detección y alcance de luz basada en láser, ha sido un método establecido. Hoy en día, los métodos de medición de distancia óptica se están aplicando en una amplia variedad de aplicaciones emergentes, comocomo navegación de objetos autónomos, por ejemplo, drones o satélites, o control de procesos en fábricas inteligentes. Estas aplicaciones están asociadas con requisitos muy estrictos con respecto a la velocidad y precisión de medición, así como el tamaño de los sistemas ópticos de medición de distancia. Un equipo de investigadores encabezado por el profesorChristian Koos en el Instituto de Fotónica y Electrónica Cuántica IPQ de KIT junto con el equipo del Profesor Tobias Kippenberg en la École polytechnique fédérale de Lausanne EPFL ha comenzado a abordar este desafío en una actividad conjunta, apuntando a un concepto de ultrarrápido ySistema LIDAR de alta precisión que se ajustará en una caja de fósforos algún día. Los conceptos básicos de este concepto se han publicado en la revista científica SciencePara demostrar la viabilidad de su enfoque, los científicos utilizaron una bala de arma volando a una velocidad de 150 m / s."Logramos muestrear la estructura de la superficie del proyectil sobre la marcha, logrando una precisión micrométrica", comenta el profesor Koos, "para este fin, registramos 100 millones de valores de distancia por segundo, correspondientes a la medición de distancia más rápida hasta ahora demostrada"."
Esta demostración fue habilitada por un nuevo tipo de fuente de luz a escala de chip desarrollada en EPFL, que genera peines de frecuencia óptica. Los peines se generan en microresonadores ópticos, pequeñas estructuras circulares, que son alimentadas por la luz de onda continua de una fuente láser.Mediada por procesos ópticos no lineales, la luz láser se convierte en pulsos ópticos estables solitones disipativos de Kerr formando un tren de pulsos que presenta un espectro óptico de banda ancha. El concepto se basa fundamentalmente en microresonadores de nitruro de silicio de alta calidad con pérdidas ultrabajas, que se produjeron en el Centro de MicroNanotecnología CMi de EPFL. "Hemos desarrollado resonadores ópticos de baja pérdida, en los que se pueden generar intensidades ópticas extremadamente altas, un requisito previo para los peines de frecuencia de solitones", dice el profesor Tobias Kippenberg de EPFL, "Estos llamados peines de frecuencia Kerr han encontrado rápidamente su camino en nuevas aplicaciones durante los años anteriores ".
En sus demostraciones, los investigadores combinaron hallazgos de diferentes áreas. "En los últimos años, hemos estudiado ampliamente métodos para comunicaciones ultra rápidas utilizando fuentes de peine de frecuencia a escala de chip", explica Christian Koos de KIT. "Ahora transferimos estosresultados a otra área de investigación: mediciones de distancia óptica ". En 2017, los dos equipos ya publicaron un artículo conjunto en Nature, informando sobre el potencial de las fuentes de peine de solitones a escala de chip en telecomunicaciones ópticas. En principio, los peines de frecuencia óptica consisten en luzcon una multitud de longitudes de onda definidas con precisión: el espectro óptico se asemeja a los dientes de un peine. Si se conoce la estructura de dicho peine, el patrón de inferencia resultante de la superposición de un segundo peine de frecuencia puede usarse para determinar la distancia recorrida porla luz. Cuanto más banda ancha peines de frecuencia, mayor es la precisión de la medición. En sus experimentos, los investigadores utilizaron dos microchips ópticos para generar unpar de peines de frecuencia casi idénticos.
Los científicos consideran que su experimento es una primera demostración de la técnica de medición. Aunque la combinación demostrada de precisión y velocidad en el experimento de determinación de distancia es un hito importante en sí mismo, los investigadores apuntan a llevar el trabajo más lejos y eliminar los obstáculos restanteshacia la aplicación técnica. Por ejemplo, el rango del método todavía está limitado a distancias típicas de menos de 1 m. Además, los procesadores estándar actuales no permiten la evaluación en tiempo real de la gran cantidad de datos generados por la medición.céntrese en un diseño compacto, que permita un rango altamente preciso mientras se ajusta al volumen de una caja de fósforos. Los microresonadores de nitruro de silicio ya están disponibles comercialmente por el spin-off LiGENTEC SA de EPFL que se ha especializado en la fabricación de circuitos integrados fotónicos PIC basados en nitruro de silicio.
Los sensores previstos pueden servir para una amplia variedad de aplicaciones, por ejemplo, para el control en línea de alto rendimiento de piezas mecánicas de alta precisión en fábricas digitales, reemplazando la inspección de vanguardia de un pequeño subconjunto de muestras por laboriosametrología a distancia. Además, el concepto LIDAR podría allanar el camino hacia cámaras 3D de alto rendimiento en formato de microchip, que pueden encontrar aplicaciones generalizadas en la navegación autónoma.
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Materiales proporcionado por Instituto Karlsruher für Technologie KIT . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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