Los láseres de escaneo, desde lectores de códigos de barras en el supermercado hasta cámaras en teléfonos inteligentes más nuevos, son una parte indispensable de nuestra vida diaria, confiando en láseres y detectores para una precisión milimétrica.

El reconocimiento de distancia y objetos mediante LiDAR, un acrónimo de luz y radar, se está volviendo cada vez más común:los rayos láser reflejados registran el entorno circundante, proporcionar datos cruciales para automóviles autónomos, maquinas agricolas, y robots de fábrica.

La tecnología actual hace rebotar los rayos láser de los espejos en movimiento, un método mecánico que da como resultado velocidades de escaneo más lentas e inexactitudes, sin mencionar el gran tamaño físico y la complejidad de los dispositivos que albergan un láser y espejos.

Publicando en Comunicaciones de la naturaleza , un equipo de investigación de la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad de Kioto describe un nuevo dispositivo de escaneo de haz que utiliza 'cristales fotónicos', eliminando la necesidad de piezas móviles.

En lugar de organizar los puntos de celosía de los cristales en una matriz ordenada, Los investigadores encontraron que la variación de las formas y posiciones de los puntos de la red provocaba que el rayo láser se emitiera en direcciones únicas.

"El resultado es una red de cristales fotónicos que parece una losa de queso suizo, donde cada cristal se calcula para emitir el haz en una dirección específica, "explica Susumu Noda, quien lideró el equipo.

"Al eliminar los espejos mecánicos, hemos creado un dispositivo de escaneo de haces más rápido y confiable ".

Los láseres de cristal fotónico son un tipo de 'láser semiconductor' cuyos puntos de celosía pueden considerarse como antenas a nanoescala. que puede disponerse para hacer que se emita un rayo láser perpendicularmente desde la superficie. Pero inicialmente el rayo solo iría en una sola dirección en un plano bidimensional; el equipo necesitaba más área por cubrir.

La disposición cíclica de las posiciones de las antenas resultó en un cambio de dirección exitoso, pero una disminución en la producción de energía y una forma deformada hicieron inviable esta solución.

"La modulación de las posiciones de las antenas provocó que la luz emitida por las antenas adyacentes se cancelaran entre sí, "continúa Noda, "lo que nos lleva a intentar cambiar el tamaño de las antenas".

"Finalmente, Descubrimos que ajustar tanto la posición como el tamaño resultó en un cristal fotónico aparentemente aleatorio, produciendo un haz preciso sin pérdida de potencia. A esto lo llamamos 'cristal fotónico de doble modulación' ".

Al organizar estos cristales, cada uno diseñado para emitir un rayo en una dirección única, en una matriz, el equipo pudo construir un compacto, conmutable Escáner de haz bidimensional sin necesidad de piezas mecánicas.

Los científicos han construido con éxito un escáner que puede generar rayos en cien direcciones diferentes:una resolución de 10 × 10. Esto también se ha combinado con un rayo láser divergente, resultando en un nuevo tipo de LiDAR con alcance mejorado para detectar objetos.

El equipo estima que con más mejoras, la resolución podría incrementarse en un factor de 900:hasta un rango de resolución de 300 × 300.

"Al principio hubo un gran interés en saber si una estructura aparentemente tan aleatoria podría funcionar realmente, ", concluye Noda." Ahora creemos que eventualmente seremos capaces de desarrollar un sistema LiDAR lo suficientemente pequeño como para sostenerlo con la yema del dedo ".