Eine neue Ära für selbstfahrende Autos: Ein münzgroßer Laser

Forscher der University of Rochester und der University of California, Santa Barbara, haben einen münzgroßen Laser entwickelt, der selbstfahrenden Fahrzeugen eine deutlich präzisere Wahrnehmung ihrer Umgebung ermöglichen soll. Der Laser soll die wissenschaftliche Technik der „optischen Messtechnik“ voranbringen, die Licht zur Messung und Identifizierung von Objekten nutzt.

Dieser Miniaturlaser könnte zur Entwicklung der Lidar-Technologie (Light Detection and Ranging) beitragen. Lidar-Systeme analysieren unsichtbare Lichtsignale, die von Lasern von umgebenden Objekten reflektiert werden, um Informationen über deren Größe, Entfernung und Geschwindigkeit zu gewinnen. Dies trägt zur sicheren Navigation selbstfahrender Fahrzeuge bei.

Forscher argumentieren, dass aktuelle Lidar-Systeme aufgrund ihrer komplexen Struktur und Fehleranfälligkeit unzureichend seien. Der neu entwickelte Laser soll Umweltdaten deutlich schneller und präziser erfassen können.

Verfolgt bewegte Objekte besser

Shixin Xue, ein Doktorand des Teams, erklärte, dass der von ihnen entwickelte Laser die breite und schnelle Frequenzabstimmung ermöglicht, die für frequenzmoduliertes Dauerstrich-LiDAR (FMCW LiDAR), einen fortschrittlichen Lidar-Typ, erforderlich ist. Diese Fähigkeit ermöglicht es selbstfahrenden Fahrzeugen, bewegte Objekte präziser zu verfolgen.

Um die Empfindlichkeit des Lasers zu demonstrieren, stellten die Forscher fest, dass er die Buchstaben „U“ und „R“ aus Legosteinen auf einer rotierenden Scheibe erkennen konnte. Dies zeigt, dass der Laser auch bei sich schnell bewegenden Objekten Details erkennen kann.

Xue betonte außerdem, dass es ihnen gelungen sei, alle Komponenten des Pound-Drever-Hall (PDH)-Frequenzkopplungsprozesses in den Laser zu integrieren. Dieser Prozess, der normalerweise Geräte von der Größe eines Desktop-Computers erfordert, kann nun auf einem kleinen Chip durchgeführt werden. Dies macht den Laser kleiner und vielseitiger.

Es kann auch in Flugzeugen verwendet werden

Der neue Laser könnte auch in Systemen zum Einsatz kommen, die einen geringen Luftwiderstand erfordern, wie etwa autonomen Flugzeugen. Auch in Bereichen, die hochempfindliche Lasersysteme erfordern, wie etwa der Quanteninformationsverarbeitung oder der Detektion von Gravitationswellen, ist er einsetzbar.

Der Forschung zufolge kann der Laser 20 Trillionen (Milliarden) Lichtimpulse pro Sekunde aussenden und Objekte, die sich mit 40 Metern pro Sekunde bewegen, aus 40 Zentimetern Entfernung erkennen. Er kann zudem 60 Minuten lang zuverlässig arbeiten.

Der Entwicklungsprozess wurde auch von der US-amerikanischen Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) unterstützt. Die Arbeiten wurden im Rahmen des LUMOS-Programms (Lasers for Universal Microscale Optical Systems) der DARPA durchgeführt.