Fast 2D Beam Steering Device Integrated Directly on High Power VCSEL arrays

直接集成在高功率 VCSEL 阵列上的快速 2D 光束控制器件

基本信息

  • 批准号:
    2154109
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-10-01 至 2025-09-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Optical beam steering at high speed is of critical importance for many emerging applications, including autonomous driving, augmented reality, free space communications, 3D sensing and imaging systems. Most existing solutions rely on mechanical movements to steer the light beam direction, which is slow and bulky. The objective of this project is to investigate a fast 2D optical beam steering devices based on the electrical tuning of coupled bi-layer photonic crystal cavities directly integrated on high power vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL) arrays. High speed phase tuning can be accomplished with the electrical control of refractive index of the semiconductor material. Leveraging the advances in semiconductor laser technology, integrated photonics technology, and nanophotonics, the proposed solution can result in very compact size, low power consumption, and high reliability. Co-design of nanophotonic cavity with high power VCSEL arrays can provide a disruptive technology for high performance laser detection and ranging (LiDAR) systems. Additionally, the project offers a platform for student education and training, help preparation of diversified workforces in photonics and optics, sensing and imaging, nanotechnology, and manufacturing.Phase control can be achieved in single and bi-layer coupled photonic crystal slabs. High speed modulation/tuning is feasible with electronic control. Both transmissive and reflective phase tuning elements can be realized with the formation of arrays for high speed spatial light modulators (SLMs) and optical phased arrays (OPAs). The objective here is to investigate some fundamental challenges towards a high scanning speed beam steering OPA structure integrated with high power VCSELs capable of full phase control at 1 GHz speed and above. With this project, various challenges associated with the integrated OPA/VCSEL will be addressed. The integrated modular solution can result in simplified optical design and assembly for compact and reliable LiDAR and beam steering applications. The proposed approach has the following innovative features: (1) High speed: The structure can operate at GHz regime, which will be 2-3 orders of magnitude faster than other approaches based on mechanical scanning technique or conventional spatial light modulator (SLM) technologies. (2) Reliable: The structure is based on co-design and co-packaging of OPAs with VCSELs with simplified optical beam routing schemes and mechanical integration structures. (3) Scalable: The proposed structure architecture is planar, CMOS compatible, and scalable in 2D, which ensures its manufacturing scalability and device pixel scalability.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
高速光束转向对于许多新兴应用至关重要,包括自动驾驶、增强现实、自由空间通信、3D传感和成像系统。大多数现有的解决方案依赖于机械运动来控制光束的方向,这是缓慢而笨重的。本课题的目的是研究一种基于电调谐耦合光子晶体腔直接集成在高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列上的快速二维光束转向装置。通过对半导体材料折射率的电控制,可以实现高速相位调谐。利用半导体激光技术、集成光子学技术和纳米光子学的进步,提出的解决方案可以实现非常紧凑的尺寸、低功耗和高可靠性。纳米光子腔与高功率VCSEL阵列的协同设计可以为高性能激光探测和测距(LiDAR)系统提供一种颠覆性技术。此外,该项目还为学生提供了一个教育和培训的平台,帮助培养光子学和光学、传感和成像、纳米技术和制造业的多元化劳动力。相位控制可以在单层和双层耦合光子晶体板中实现。高速调制/调谐是可行的电子控制。高速空间光调制器(slm)和光学相控阵(OPAs)阵列可以实现透射和反射相位调谐元件。本文的目标是研究高扫描速度波束转向OPA结构与高功率vcsel集成的一些基本挑战,该结构能够在1ghz及以上的速度下进行全相位控制。通过该项目,将解决与集成OPA/VCSEL相关的各种挑战。集成的模块化解决方案可以简化光学设计和组装,从而实现紧凑可靠的激光雷达和光束转向应用。该方法具有以下创新特点:(1)速度高:该结构可以在GHz频段工作,比基于机械扫描技术或传统空间光调制器(SLM)技术的其他方法快2-3个数量级。(2)可靠性:该结构基于opa与vcsel的协同设计和共封装,具有简化的光束路由方案和机械集成结构。(3)可扩展性:提出的结构架构是平面的,兼容CMOS,可在2D上扩展,保证了其制造的可扩展性和器件像素的可扩展性。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
High-speed tunable optical absorber based on a coupled photonic crystal slab and monolayer graphene structure
基于耦合光子晶体板和单层石墨烯结构的高速可调谐光吸收器
  • DOI:
    10.1364/oe.476763
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Pan, Mingsen;Liu, Aaron;Liu, Zhonghe;Zhou, Weidong
  • 通讯作者:
    Zhou, Weidong
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Weidong Zhou其他文献

Angle and polarization dependent characteristics of colloidal quantum dot absorption in Fano filters on flexible substrates
柔性基板上 Fano 滤波器中胶体量子点吸收的角度和偏振相关特性
  • DOI:
    10.1117/12.809113
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Li Chen;Hongjun Yang;Zexuan Qiang;H. Pang;Z. Ma;Jian Xu;G. Brown;Weidong Zhou
  • 通讯作者:
    Weidong Zhou
Study on the flow field characteristics of a linear multi-nozzles jet used in water jet technology
水射流技术中线性多喷嘴射流流场特性研究
Robust adaptive beamforming based on subspace method
基于子空间方法的鲁棒自适应波束形成
Corner Detecting Based on Nonlinear Complex Diffusion Process
基于非线性复扩散过程的角点检测
Influencing Factors on Li-ion Conductivity and Interfacial Stability of Solid Polymer Electrolytes, Exampled by Polycarbonates, Polyoxalates and Polymalonates.
固体聚合物电解质锂离子电导率和界面稳定性的影响因素,以聚碳酸酯、聚草酸酯和聚丙二酸酯为例。
  • DOI:
    10.1002/anie.202218229
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Xiaoxin Xie;Zhaoxu Wang;Shuang He;Kejun Chen;Qiu Huang;P. Zhang;Shu‐meng Hao;Jiantao Wang;Weidong Zhou
  • 通讯作者:
    Weidong Zhou

Weidong Zhou的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Weidong Zhou', 18)}}的其他基金

PFI-TT: Bioresorbable multi-functional optical sensor for brain implant
PFI-TT:用于脑植入的生物可吸收多功能光学传感器
  • 批准号:
    1827693
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Programmable Metal-Assisted Chemical Etching for Three-Dimensional Functional Metamaterials
合作研究:三维功能超材料的可编程金属辅助化学蚀刻
  • 批准号:
    1462631
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Dispersion-engineered membrane reflectors for reconfigurable dual-directional emission membrane lasers on silicon
用于硅上可重构双向发射薄膜激光器的色散工程薄膜反射器
  • 批准号:
    1308520
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NSF/Sandia: Collaborative Research: Hybrid Integration of Nano-Scale Quantum Dots with Micron-Scale Photonic Crystal Cavities for Infrared Sensors
NSF/桑迪亚:合作研究:用于红外传感器的纳米级量子点与微米级光子晶体腔的混合集成
  • 批准号:
    0625728
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

卟啉基2D MOF纳米片用于乏氧肿瘤的高 效光动力治疗研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
小立碗藓2D向3D发育转变的分子基础及作用机制研究
  • 批准号:
    JCZRQN202501035
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于深度学习与数字图像处理从2D微结构预测3D扩散迂曲度
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
卟啉基2D/2D MOF/COF纳米片异质结的设计组装及其光催化CO2还原性能研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于功能化2D填料的PEO基聚合物电解质的构筑及锂负极/电解质界面研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
配体缺陷2D MOFs负载贵金属单原子表面微环境的精准调控及其电 催化醇氧化性能研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
埃米级调控2D材料膜层间距构建多尺度限域空间及其催化降解有机微污染物效能和机理的研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    15.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
2D/2D ZnIn2S4-x/MoO3-y 整体式光固氮材料 的构筑及催化增效机制研究
  • 批准号:
    TGS24E020002
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于芳香铵盐功能化调控2D/3D异质结宽带隙钙钛矿光电性能研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
2D CuS/LDHs范德华异质结的构建及其LSPR增强电催化水分解制氧研究
  • 批准号:
    12364032
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似海外基金

Bioinspired 2D nanocatalysts for inorganic nitrogen cycle
用于无机氮循环的仿生二维纳米催化剂
  • 批准号:
    DE240101045
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Discovery Early Career Researcher Award
Electric and optical manipulation of 2D excitons for room temperature polariton blockade and valley qubits
用于室温极化子封锁和谷量子位的二维激子的电和光操纵
  • 批准号:
    EP/Y021789/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Research Grant
Precision Dry Etching of 2D Materials: 2DETCH
2D 材料的精密干法蚀刻:2DETCH
  • 批准号:
    EP/Z531121/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Research Grant
2Dフローサイトメトリー技術の確立と子宮頚がん細胞診への応用
二维流式细胞术技术的建立及其在宫颈癌细胞诊断中的应用
  • 批准号:
    24K03302
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
データ同化技法で拓く適応照射のための2D-X線透視像からの実時間的3D体内動態の推定
使用数据同化技术从 2D-X 射线透视图像实时估计 3D 身体动力学以进行自适应照射
  • 批准号:
    24K10778
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
2Dマテリアルの転送機構の微視的機構を解明するin-situ TEM観察
原位 TEM 观察阐明二维材料转移的微观机制
  • 批准号:
    24K07286
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Assembly of Novel Branched Ionic Polymers: Chirality Induction and 2D Heterostructures
新型支化离子聚合物的组装:手性感应和二维异质结构
  • 批准号:
    2404081
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: RUI: Wave Engineering in 2D Using Hierarchical Nanostructured Dynamical Systems
合作研究:RUI:使用分层纳米结构动力系统进行二维波浪工程
  • 批准号:
    2337506
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Standard Grant
A strategy to exfoliate layered transition-metal borides into 2D nanocrystals (MBene) through alloying the transition-metal sites
通过过渡金属位点合金化将层状过渡金属硼化物剥离成二维纳米晶体(MBene)的策略
  • 批准号:
    24K08211
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
CAREER: Towards 3D Omnidirectional and Efficient Wireless Power Transfer with Controlled 2D Near-Field Coil Array
职业:利用受控 2D 近场线圈阵列实现 3D 全向高效无线功率传输
  • 批准号:
    2338697
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 40万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了