Optical Phased Array in Silicon Photonics for LIDAR Application

During the last years, silicon photonics has been proving a key technology in many areas thanks to its versatility, low cost and foundries availability. One of the fields where researchers are investigating is automotive, given the growing interest towards assisted and autonomous drive. The possibility to exploit silicon to design LIDAR systems, such as distance sensors working at lower wavelengths with respect to the ones employed by radars, could increase the obstacle detection range, and therefore facilitate reaching the required safety standards. The main alternatives that are being considered to implement these sensors are flash LIDAR, MEMS LIDAR and LIDAR based on Optical Phased Arrays (OPAs). This work of thesis focuses on the last category. One of the limits of OPAs is that they require a complex and bulky control system, which goes against scalability. The here proposed solution would largely simplify electronic control, at the expense of introducing an uncertainty which depends on available technology.

Phased Array Ottico in Silicon Photonics per Applicazioni LIDAR. Negli ultimi anni, la fotonica su silicio si sta dimostrando una tecnologia chiave in molti ambiti, grazie alla sua versatilità, al basso costo e alla disponibilità di produttori. Uno dei campi in cui la ricerca si sta muovendo è quello dell’automotive, visto l’interesse sempre maggiore verso la guida assistita e autonoma. La possibilità di sfruttare il silicio per progettare sistemi LIDAR, ossia sensori di distanza che lavorano lunghezze d’onda minori rispetto a quelle dei radar, potrebbe ampliare il range di rilevamento degli ostacoli, facilitando così il raggiungimento degli standard di sicurezza richiesti. Le alternative principali che si stanno considerando per implementare questo genere di sensore sono LIDAR di tipo “flash”, LIDAR che utilizzano MEMS, e LIDAR basati su phased array ottici (OPA). È proprio sugli ultimi che si focalizza questo lavoro di tesi. Uno dei limiti degli OPA consiste nella necessità di un sistema di controllo complesso e voluminoso, il che ostacola la scalabilità. La soluzione qui proposta semplificherebbe di gran lunga il controllo elettronico, introducendo però un’incertezza che dipende dalla tecnologia disponibile.