LiDAR Skala Chip: Lebih Kecil, Lebih Murah dengan Laser Pockels LiNbO3

Bagaimana Laser Presisi Menggerakkan LiDAR Modern

Lasers adalah teknologi dasar yang kurang dihargai namun mendukung dunia modern. Mereka digunakan dalam pembuatan semikonduktor, telekomunikasi serat optik, pengukiran dan pencetakan, disk optik, operasi, pengukuran, sistem militer, dirgantara, dll.

Salah satu aplikasi booming terbaru dari laser adalah LiDAR (Light Detection and Ranging), atau “radar laser,” sebuah metode yang menggunakan laser untuk mendeteksi jarak dari sebuah objek dengan presisi tinggi.

LiDAR digunakan oleh hampir semua perusahaan mobil otonom untuk menggerakkan kendaraan mereka, membentuk perangkat besar di atas mobil-mobil tersebut.

Sumber: SFGate

Masalah dengan LiDAR adalah ukurannya yang cukup besar dan mahal, sehingga penyebaran massal tidak ekonomis. Selain itu, ia sangat rapuh, meningkatkan biaya jangka panjang lebih jauh.

Hal ini mungkin baru saja berubah, berkat desain laser baru oleh peneliti dari University of Rochester (AS) dan University of California (AS). Desain ini beralih dari fotonik silikon biasa, menggunakan lithium niobate sebagai gantinya.

Mereka mempublikasikan penemuan mereka di Light Science & Applications¹, dengan judul “Laser Pockels yang langsung menggerakkan metrologi optik ultracepat”.

Memahami LiDAR: Prinsip & Teknik

Dasar Pengukuran Jarak LiDAR

Prinsip dasar LiDAR mirip dengan cara kerja radar: sebuah sinyal dipancarkan dan memantul kembali dari objek menuju sumber. Waktu antara pemancaran sinyal dan pantulan kembali memberi informasi tentang jarak.

Perbedaannya, LiDAR menggunakan sinar tak terlihat berupa inframerah atau kadang ultraviolet, bukan gelombang radio (huruf “R” dalam RADAR – RAdio Detection And Ranging)

Sumber: Synopsis

Karena cahaya sangat cepat, LiDAR memerlukan kontrol gelombang laser yang sangat presisi, yang menyebabkan sistem menjadi sangat kompleks, mahal, dan rapuh.

Efek Pockels: Memungkinkan Penyetelan Laser Ulcepat

Para peneliti berusaha meningkatkan teknologi LiDAR dengan memanfaatkan efek Pockels. Fenomena ini mengubah indeks bias suatu material (bagaimana ia membelokkan cahaya) ketika medan listrik aktif.

Efek Pockels ditunjukkan oleh kristal khusus seperti monopotassium phosphate atau yang digunakan dalam studi ini, lithium niobate, garam sintetis yang terbuat dari litium, niobium, dan oksigen.

Sumber: Sumimoto

Hal ini memungkinkan peneliti menciptakan laser yang dapat sangat presisi mengubah warnanya di seluruh spektrum cahaya dengan kecepatan sangat tinggi—sekitar 10 kuintiliun kali per detik.

Aplikasi umum lithium niobate adalah untuk gelombang akustik permukaan (SAW) pada smartphone dan perangkat elektronik lainnya untuk membuat filter yang mencegah noise dan interferensi, sehingga teknologi ini dapat memanfaatkan rantai pasokan yang sudah ada.

Membangun Laser LiDAR Pockels Skala Chip

Lithium Niobate Film Tipis: Rekayasa Skala Nanometer

Para ilmuwan menggunakan lapisan film tipis lithium niobate, yang diendapkan pada substrat silikon dioksida dan silikon serta dilindungi oleh lapisan silikon oksida.

Sumber: Light Science & Applications

Kemudian mereka menguji variasi lapisan pelindung silikon, menemukan ketebalan optimal yang dapat menghasilkan rentang frekuensi paling dapat dikendalikan.

Sumber: Light Science & Applications

Hasilnya adalah laser miniatur, berukuran seukuran chip komputer, dengan parameter yang sangat dapat dikendalikan untuk aplikasi LiDAR.

“Ini adalah proses yang sangat penting yang dapat digunakan untuk jam optik yang dapat mengukur waktu dengan presisi ekstrem, namun Anda memerlukan banyak peralatan untuk melakukannya. Pengaturan tipikal mungkin memerlukan instrumen sebesar komputer desktop seperti laser intrinsik, isolator, modulasi akustik optik, dan modulasi fase.

Laser kami dapat mengintegrasikan semua hal ini ke dalam chip yang sangat kecil yang dapat disetel secara listrik.”

Shixin Xue – Shixin Xue, a PhD student at Rochester University 

Metrik Kinerja: Frekuensi Chirp & Velocimetri

Saat diukur, chip tersebut menunjukkan kinerja yang jauh melampaui semua laser yang ada.

Secara khusus, ia mencapai “laju chirp frekuensi” hingga 20 EHz/s, dengan lebar pita modulasi melebihi 10 GHz. Sebagai perbandingan, angka-angka ini beberapa orde magnitudo lebih besar daripada laser yang ada.

Chip laser dapat mencapai velocimetri 40 m/s pada jarak pendek 0,4 m, dan resolusi visualnya <2 cm. Bahkan mungkin pengukuran kecepatan dapat lebih tinggi dari 40 m/s, namun pengaturan percobaan tidak memungkinkan pengujian yang lebih cepat.

Kinerja jarak pendek ini penting, karena hal tersebut biasanya menjadi tantangan bagi sistem LiDAR tradisional, terutama dalam mendeteksi objek yang bergerak cepat, dan menjadi masalah besar bagi teknologi mengemudi otomatis yang harus dapat melihat dengan jelas objek yang dekat dan bergerak cepat.

Sumber: Light Science & Applications

Mengapa LiDAR Miniatur Penting: Manfaat & Kasus Penggunaan

Sampai saat ini, pengembangan kontrol frekuensi laser masih relatif terbatas. Hal ini menciptakan batasan berat bagi penerapan praktis pengukuran laser karena ukuran, berat, dan konsumsi daya sistem tersebut.

Jadi mobil otonom dan kendaraan autonom lainnya (seperti drone) serta perangkat (robotik) adalah kemungkinan pertama yang jelas untuk teknologi ini. Bidang ini terhambat oleh 2 masalah: mendapatkan AI yang cukup pintar untuk mengemudi mobil dengan aman, dan biaya & ukuran LiDAR untuk memberikan AI visi yang akurat tentang lingkungannya. Fotoni lithium niobate dapat menyelesaikan masalah kedua tepat pada waktunya ketika AI menjadi cukup baik untuk tugas tersebut.

Ini bukan satu-satunya aplikasi pengukuran laser ultra-presisi. Manufaktur canggih juga menggunakan LiDAR untuk pengukuran dan kalibrasi terus-menerus. Telekomunikasi, komunikasi kuantum, produksi gelombang mikro, dan sensor juga dapat memperoleh manfaat dari pengukuran laser berukuran saku, biaya rendah, dan konsumsi energi rendah.

Para ilmuwan bahkan menggunakan laser untuk mengukur gelombang gravitasi, observasi materi gelap, dan perhitungan fisika lanjutan lainnya. Velocimeter ultra-presisi (pengukuran kecepatan) juga dapat penting untuk mengembangkan fusi nuklir penahanan inersia yang lebih baik, sehingga dapat membantu kemajuan ilmiah secara keseluruhan.

Berinvestasi dalam Teknologi Laser

Laser hadir dalam tak terhitung bagian teknologi modern, dari disk optik hingga alat operasi, pencetakan 3D, semikonduktor, manufaktur, dan sequencer genom, dengan pasar $17,8 Miliar diperkirakan tumbuh 7,8 % CAGR hingga 2030.

Anda dapat berinvestasi di perusahaan terkait laser melalui banyak broker, dan Anda dapat menemukan di sini, pada securities.io, rekomendasi kami untuk broker terbaik di AS, Kanada, Australia, Inggris, serta banyak negara lainnya.

Jika Anda tidak tertarik memilih perusahaan tertentu, Anda juga dapat mempertimbangkan ETF teknologi seperti iShares U.S. Technology ETF (IYW) atau ProShares Nanotechnology ETF (TINY) meskipun tidak ada ETF khusus laser, yang akan memberikan eksposur yang lebih terdiversifikasi untuk memanfaatkan saham nanoteknologi & teknologi.

Perusahaan Laser & Fotoni Publik Teratas

Coherent (II-VI Marlow): Pemimpin dalam Inovasi Laser

Coherent adalah konglomerat industri besar dengan lebih dari 26.000 karyawan dan pemimpin dalam teknologi laser. Perusahaan ini terbentuk dari merger material maju II-VI (COHR ) Marlow dengan pembuat laser Coherent.

Perusahaan ini ahli dalam material maju yang digunakan dalam laser, optik, dan fotoni, seperti indium fosfida, wafer epitaksial, dan galium arsenida.

Pertumbuhannya sebagian besar berkat banyak akuisisi selama dekade terakhir, dari pendapatan $600 Juta pada 2013 menjadi $4,7 Miliar pada 2024.

Perusahaan memperoleh 29 % pendapatannya langsung dari laser, sisanya terkait peralatan pendukung seperti serat optik, dan elektronik. Kategori instrumentasi sebagian besar mencakup ilmu kehidupan dan aplikasi medis.

Sumber: Coherent

Kehadiran perusahaan dalam material maju seperti termofotovoltaik (yang kami bahas dalam artikel sebelumnya), silikon karbida, laser, dan elektronik membantu perusahaan memanfaatkan tren struktural seperti pertumbuhan manufaktur presisi, manufaktur aditif (pencetakan 3D), elektrifikasi, dan energi terbarukan.

Perusahaan baru-baru ini memisahkan bisnis silikon karbida menjadi entitas baru, dimiliki 75 % oleh Coherent, sisanya dimiliki secara merata oleh mitra-mitranya Mitsubishi Electric (menyumbangkan IP daya silikon karbida) dan Denso (menyumbangkan aktivitasnya sebagai pemasok otomotif pada elektrifikasi dan semikonduktor daya).

Hal ini karena silikon karbida semakin menjadi teknologi tersendiri, terutama digunakan dalam aplikasi daya tinggi seperti kendaraan listrik, baterai, dan energi terbarukan.

Coherent adalah pemimpin dalam LIDAR dan sensor digital 3D, termasuk untuk aplikasi mengemudi otomatis, bioteknologi Next Generation Sequencing (NGS) Flow Cells, dan laser untuk manufaktur semikonduktor. Perusahaan memperkirakan pasar utamanya akan tumbuh 8‑20 %.

Sumber: Coherent

Aplikasi baru potensial lain dari laser seperti senjata energi langsung, komputasi fotonik, fusi nuklir, dan teknologi luar angkasa semuanya dapat membantu mempertahankan pertumbuhan jangka panjang perusahaan.

Secara keseluruhan, Coherent adalah yang paling mendekati perusahaan laser “pure play” yang diperdagangkan secara publik bagi investor yang tertarik pada sektor ini, dengan integrasi vertikal yang kuat dan lebih dari 3.100 paten yang melindungi inovasinya.

Coherent juga sudah memproduksi wafer lithium niobate dalam skala besar, menjadikannya salah satu perusahaan yang paling siap untuk berpotensi membawa inovasi yang dibahas dalam artikel ini ke tahap komersial.

Berita dan Perkembangan Saham Coherent (COHR) Terbaru

Studi yang Dirujuk

^{1. Xue, S., Li, M., Lopez-rios, R., et al. Pockels laser directly driving ultrafast optical metrology. Light Sci Appl 14, 209 (2025). https://doi.org/10.1038/s41377-025-01872-4}