【導入事例】東京工業大学・小山研究室 様｜VirtualLab技術情報

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MAIL INTERVIEW

メールインタビュー

 

所属機関（大学名）と研究室名

東京工業大学・小山研究室

 

VirtualLabに関心をお持ちいただいたきっかけ

YouTubeでDOEに関する内容を確認したこと。

 

導入の決め手

DOEに関する研究を進めやすいため。

 

VirtualLabを使用された人数

1名。

 

使用頻度

約１か月間集中して使用。

 

VirtualLabを使用された研究テーマ

「広い範囲を掃引できるビームスキャナ」

 

研究テーマに対する評価結果

我々はソリッドステート式LiDARで超広角、高解像度を実現するため、1D DOEを実装した対向方向伝播ビームスキャナを提案、実証しました。6mmの対向方向伝播スキャナを作製し、対称な視野角8.7°~ 61.4°、-61.8°~ -8.7°の7個のスポットを生成するDOEを用いました。右、左発光スキャナのビーム強度の変動はそれぞれ、35%と38%です。約0.0023°の狭いビーム発散角のおかげで、1D ビーム走査で4,000点を超える記録的な解像度を得ました。2mmの対向方向伝播ビームスキャナを併用することで、-8.7°~8.7°の視野角を補うこともできました。また、視野角を123°まで強化しました。視野角の間隔をより簡単に埋められるように、PL波長を増やすことやディップ波長を減少させることを含めてウエハー構造の変更方法も議論しました。2Dビーム走査でそのアプリケーションの展望を説明しました。視野角 (ϕ×θ) >35°× 123°、60,000点を超える総解像度が予想されます。波長可変の種光源を用いてスキャナの積分可能性についても示しています。完全に電動かつ超小型スキャナモジュールを実現するための前途有望な道を提示しました。

 

We proposed and demonstrated the counter-propagation beam scanners equipped with 1D DOE to realize ultra-large field of view and high-resolutions for solid-state LiDARs. We fabricated 6mm-long counter-propagation scanners and used a 7-spot DOE to cover symmetrical FOV of 8.7° to 61.4° and -61.8° to -8.7°. The beam intensity fluctuation of right- and left-emitting scanner is 35% and 38% respectively. Thanks to the narrow beam divergence of around 0.023°, we obtained the record resolution points of over 4,000 in 1D beam scanning. Through cooperating with 2mm-long counter-propagation beam scanner, the FOV gap from -8.7° to 8.7° could be covered. It also further enhanced the total FOV to 123°. The wafer structure modification method including increasing the PL wavelength and reducing the dip wavelength was also discussed to cover the FOV gap more conveniently. Besides the prospective of its application in 2D beam scanning was illustrated. The FOV (ϕ×θ) of >35°× 123°and the total resolution number of >60,000 could be expected. We also showed about the scanners’ integrability with a tunable seed laser source. It offered a promising path to realize absolutely electrically-driven and ultra-compact scanner module.

 

申請書に記載いただいた下記解析希望内容に関する評価結果と所感

「DOE 設計と回折パターンのシミュレーション」
シミュレーションソフトウェアを使用して、DOE の事例を設計しました。また、その回折パターンもシミュレーションしました。DOE を通過することで、単一スポットを元の入力光と同じスポットサイズの三つのスポットに分岐させることができます。このレポートで述べている実験でもこの三つのスポットに分岐させる DOE を適用しています。この DOE を用いて近軸のシミュレーションを行えば、良好な結果を得られると思います。しかし、この DOE を非近軸アプリケーションのテストで使用すると、シミュレーションに非常に多くの時間とメモリーを要します。特に入射角を変更すると、メモリー消費量が大きくなり過ぎてシミュレーションすることができませんでした。そして、データを観測する方法は少し複雑です。もっとエクセルデータのようにしたほうが良いと思うし、そうすれば、他のプログラミングソフトウェアに簡単に挿入することができると思います。

 

「DOE design and diffracted pattern simulation」
By using the simulation software, an example of DOE was designed. Its diffracted pattern was also simulated. Through the DOE, a single spot could be split to three spots with same spot size as original input light spot. In the experiment described in this report also applies this 3-spot DOE. We use the DOE to do the near axis simulation, it could give good result. However, when we used the DOE to test non-paraxial application, it takes much long time and much memory to do the simulation. Especially, when the incident angle was changed, the memory cost is getting too large to be simulated. And the data observation method is a little complex. It should more like excel data and could be easily inserted to other programming software.

 

上記の解析で苦労された点と上手くいかなかった点

今回シミュレーションしたい光源は、sizeが1ｍｍから5um、ビーム広がりが0.05°から20°です。ソフトウェア内に搭載されている光源のなかで、上記のような光源がなさそうでした。光源からopticsへの入射角度の調整が難しかったです。

 

使用される中で感じられたVirtualLabの良いところ

操作ガイダンスがあること。テクニカルサポートに丁寧な答えをもらえること。

 

使用される中で感じられたVirtualLabで改善が必要なところ

Ray tracingに関する機能をもっと開発したほうがいいと感じました。