オンチップ光位相アレイで近赤外・青色波長ビームステアリング─ 低消費電力・大規模化へ道筋
機械式ミラー不要の固体ビームステアリング技術
従来ビームステアリングは大型機械ミラー必須で振動感度高く実用制約大。光位相アレイ(OPA)は光ビーム位相プロファイル変更で照射角度制御、非機械・堅牢・スケーラブルな新技術として注目。用途:車載ソリッドステートLiDAR小型化、AR/VRディスプレイ軽量化、大規模トラップトイオン量子コンピュータ、オプトジェネティクス(光遺伝学)脳研究等。
大規模OPAの電力課題と解決策
長距離高性能OPAには数千個の位相制御発光素子密集エリア必要だが、現行技術では非現実的な電力消費に。研究チームが低消費電力ビームステアリングプラットフォーム開発。
- マルチパス構造:光信号を同一位相シフタへ複数回リサイクル通過
- 位相シフタ通過回数分だけ消費電力を削減しつつ動作速度・広帯域低損失維持
- 512素子アクティブ位相シフタ+光アンテナシリコンフォトニックOPA実証:超低消費電力で広視野2Dビームステアリング達成
- 数千素子スケーラブルOPA構築へ大きな前進
青色波長への挑戦と克服
可視光OPAは大型卓上装置・視野角限定が課題。近赤外研究も可視光(特に青色)では材料・製造課題大。
- 青色は可視光最短波長、短波長で散乱大
- 広角化には素子間隔 半波長以下(40 nm、髪の毛2500分の1)必要 → 製造極めて困難
- 多数素子へのスケールアップも困難
青色克服で赤・緑(長波長)は容易に。現在、ARヘッドマウントディスプレイ・オプトジェネティクス向け電力消費最適化に注力中。
技術的背景
位相アレイは元々長波長電磁波で開発。各アンテナに異位相印加で一方向に建設的干渉・他方向に破壊的干渉形成。ビーム方向変更は特定エミッタで光遅延・位相シフト。
センサー
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