Chip lenkt Licht ohne Linse und Spiegel

Integrated Optical Phased Array Chip lenkt Licht ohne Linse und Spiegel

13.03.2014Redakteur: Peter Koller

Künftige Smartphones könnten mit einem Projektor ausgestattet sein, der weder Linsen noch bewegliche Teile zur Lenkung von Licht benötigt. Einen entsprechenden Chip haben Forscher am California Institute of Technology entwickelt.

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Das Integrated Optical Phased Array des Caltech: auf der Oberfläche sind deutliche die Pfade für die Lichtstrahlen zu sehen.
(Caltech)

Um Licht zu lenken braucht es normalerweise optische Linsen oder elektromechanisch betätigte Mikrospiegel. Auf eine dritte Art sind jetzt Forscher am Caltech um den Professor Ali Hajimiri gekommen. Bei ihrer Methode werden mehrere Lichtstrahlen aus einer Laserdiode in vordefinierte Pfade an der Oberfläche des Chips geleitet und ihre Phasenlage durch das Anlegen kleiner Ströme verändert. Werden die Lichtstrahlen anschließend wieder kombiniert, sorgen laut den Forschern die unterschiedlichen Phasen bei der Vereinigung zu einem Lichtstrahl für eine räumliche Ablenkung des Strahls.

Auf diese Weise kann ein Lichtstrahl ohne Linsen und bewegliche Teile sehr schnell über eine Oberfläche bewegt werden und auf diese Weise ein Bild aufbauen. Im Moment ist die Auflösung des Systems noch sehr gering, es zeigt nur sehr grobe Darstellungen etwa von einzelnen Buchstaben, Symbolen oder Smileys. Ein Youtube-Video etwa demostriert die Erzeugung eines Dreiecks durch die sehr schnelle Bewegung des Lichtpunktes:

Die Buchstaben C, I und T, erzeugt mit dem Integrated Optical Phased Array
(Caltech)

Auch wird derzeit noch Infrarot- anstelle von sichtbarem Licht verwendet. „Das liegt daran, dass die Silizium-Strukturen am besten mit Infrarot funktionieren, aber es gibt andere Halbleitermaterialien, die das gleiche mit sichtbarem Licht machen können“, sagt Firooz Aflatouni, Co-Autor einer Präsentation mit dem Titel „Electronic Two-Dimensional Beam Steering for Integrated Optical Phased Arrays“, die auf der Optical Fiber Communication (OFC) Conference in San Francisco vorgestellt wurde.

Derzeit arbeiten die Forscher daran, dem System durch eine größere Chipfläche eine höhere Auflösung zu verpassen. Anwendungen sehen sie nicht nur bei in Smartphones integrierten Beamern, sondern zum Beispiel auch in lichtbasierten Radarsystemen (LIDAR), die in vielen Bereichen wie etwa der Robotik und Industrieelektronik zur 3-D-Erfassung von Räumen und Objekten eingesetzt werden. Solche LIDAR-Systeme könnten mit Hilfe des Integrated Optical Phased Array wesentlich kompakter als heute gebaut werden.

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