Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology haben eine Siliziumphotonik-basierte optische Phased-Array-Antenne entwickelt, die einen Laserstrahl über einen großen Winkel lenken kann, ohne sich drehende mechanische Teile.
Die Forschung wurde am 7. Mai 2026 im Fachblatt Nature Communications veröffentlicht. Die Entwicklung könnte eines der Elemente zukünftiger kompakter Festkörper-LiDARs für autonomes Fahren, Drohnen und industrielle Überwachung werden.
Herkömmliche LiDARs verwenden oft mechanisch rotierende Module. Sie bieten ein breites Sichtfeld, sind aber immer noch relativ groß, teuer und anfällig für Verschleiß. Siliziumphotonik-Chips ermöglichen die elektronische Steuerung der Lichtrichtung, doch bisher war ihr Sichtfeld durch störende Kopien des Hauptstrahls begrenzt.
Diese fehlerhaften Strahlen entstehen, wenn die optischen Antennen zu weit voneinander entfernt sind. Wenn sie jedoch näher zusammengebracht werden, entsteht eine starke Kreuzkopplung zwischen benachbarten Elementen, was die Signalqualität verschlechtert.
Das MIT-Team löste das Problem mit einem sich wiederholenden Satz von drei Antennen mit unterschiedlicher Geometrie. Die Unterschiede im Design verhindern, dass Licht zwischen benachbarten Elementen übergeht, behalten aber ähnliche Strahlungseigenschaften bei.
Im Experiment konnte die gegenseitige Beeinflussung der Antennen von etwa 100 % auf 1 % reduziert werden. Darauf aufbauend entwickelten die Forscher ein Array mit einem Abstand von der halben Wellenlänge und demonstrierten die Steuerung eines einzigen, sauberen Strahls über einen Bereich von 60 Grad – ohne zusätzliche Beugungskeulen.
„Die demonstrierte Funktionalität löst ein grundlegendes Problem von integrierten optischen Phased-Array-Antennen“, bemerkte die leitende Autorin der Arbeit, Jelena Notaros.
Derzeit bleibt die Entwicklung ein Laborprototyp und kein fertiger Automobilsensor. Die nächsten Schritte werden die weitere Erweiterung des Scanwinkels, die Erhöhung der Anzahl der Antennen, die Skalierung des elektronischen Steuersystems und die Integration mit den übrigen LiDAR-Komponenten sein.
MIT solved a fundamental limitation of silicon photonics lidar: the grating lobe problem. Their antenna array design limits crosstalk, enabling a wide field of view without moving parts. Published in Nature Communications. Brings chip-scale lidar closer to autonomous vehicles.
Wenn diese Phasen erfolgreich durchlaufen werden, könnten Festkörpersensoren kompakter, günstiger und verschleißfester werden. Ihr Erscheinen in Serien-Autonomen Fahrzeugen wird jedoch noch mehrere Entwicklungs-, Test- und Zertifizierungszyklen erfordern.
