Ingenieurs van het Massachusetts Institute of Technology hebben een siliciumfotonica-gebaseerde optische phased array ontwikkeld die een laserstraal over een brede hoek kan sturen zonder roterende mechanische onderdelen.
Het onderzoek werd op 7 mei 2026 gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications. De ontwikkeling kan een van de elementen worden van toekomstige compacte solid-state lidars voor autonoom transport, drones en industriële monitoring.
Conventionele lidars gebruiken vaak mechanisch roterende modules. Deze bieden een breed zichtveld, maar blijven relatief groot, duur en gevoelig voor slijtage. Siliciumfotonica-chips maken het mogelijk om de lichtrichting elektronisch te regelen, maar tot nu toe werd hun gezichtsveld beperkt door parasitaire kopieën van de hoofdstraal.
Deze valse stralen ontstaan wanneer de optische antennes te ver uit elkaar worden geplaatst. Als ze dichter bij elkaar worden geplaatst, ontstaat er een sterke koppeling tussen aangrenzende elementen, wat de signaalkwaliteit verslechtert.
Het MIT-team loste het probleem op door gebruik te maken van een herhalend patroon van drie antennes met verschillende geometrieën. De verschillen in ontwerp voorkomen dat licht tussen aangrenzende elementen overgaat, terwijl de stralingseigenschappen vergelijkbaar blijven.
In het experiment werd de onderlinge beïnvloeding van de antennes verminderd van ongeveer 100% tot 1%. Op basis hiervan creëerden de onderzoekers een array met een rasterafstand van een halve golflengte en demonstreerden ze de besturing van één zuivere straal binnen een bereik van 60 graden, zonder extra diffractieluiken.
“De gedemonstreerde functionaliteit lost een fundamenteel probleem op van geïntegreerde optische phased arrays”, aldus senior auteur Jelena Notaros.
Momenteel blijft de ontwikkeling een laboratoriumprototype en geen kant-en-klare autosensor. De volgende taken omvatten het verder vergroten van de scanhoek, het verhogen van het aantal antennes, het opschalen van het elektronische besturingssysteem en de integratie met de overige lidarcomponenten.
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.
Als deze stappen succesvol worden doorlopen, kunnen solid-state sensoren compacter, goedkoper en slijtvaster worden. Hun verschijning in seriematige zelfrijdende auto's zal echter nog verschillende cycli van ontwikkeling, testen en certificering vereisen.
