Çip Ölçekli LiDAR: Daha Küçük, Daha Ucuz LiNbO3 Pockels Lazer ile

Kesin Lazerler Modern LiDAR’ı Nasıl Güçlendiriyor

Lazerler, modern dünyayı destekleyen, yeterince takdir edilmeyen temel bir teknolojidir. Yarı iletken üretimi, fiber optik telekomünikasyon, gravür ve baskı, optik diskler, cerrahi, ölçüm, askeri sistemler, uzay ve havacılık gibi birçok alanda kullanılır.

Son zamanların patlama uygulamalarından biri, lazerleri kullanan LiDAR (Işık Algılama ve Menzil Ölçümü) ya da “lazer radar”dır; bu yöntem, bir nesnenin mesafesini tam hassasiyetle tespit etmek için lazer kullanır.

LiDAR’lar, neredeyse tüm otonom sürüş şirketleri tarafından kendi otonom araçlarını güçlendirmek için kullanılır ve araçların üst kısmına büyük cihazlar olarak monte edilir.

Kaynak: SFGate

LiDAR’ın sorunu, oldukça hantal ve pahalı olmasıdır; bu da kitlesel dağıtımı ekonomik olmaktan çıkarır. Ayrıca çok kırılgandır, bu da uzun vadeli maliyetleri daha da artırır.

Bu durum, Rochester Üniversitesi (ABD) ve Kaliforniya Üniversitesi (ABD) araştırmacılarının geliştirdiği yeni bir lazer tasarımı sayesinde değişmiş olabilir. Geleneksel silikon fotoniğinden farklı olarak lityum niyobat kullandılar.

They published their discovery in Light Science & Applications¹, under the title “Pockels laser directly driving ultrafast optical metrology”.

LiDAR: Prensipler & Teknikler

LiDAR Mesafe Ölçüm Temelleri

LiDAR’ın temel prensibi, bir radarın çalışma şekline benzer: bir sinyal yayılır ve nesneye çarparak kaynağa geri döner. Sinyalin yayılması ile geri dönüşü arasındaki süre, mesafe hakkında bilgi verir.

Farkı, LiDAR’ların radyo dalgaları (RADAR’daki “R” – RaDio Detection And Ranging) yerine görünmez kızılötesi ya da bazen ultraviyole ışınları kullanmasıdır.

Kaynak: Synopsis

Işık son derece hızlı olduğundan, LiDAR’ların son derece hassas lazer dalga kontrolüne ihtiyacı vardır; bu da sistemin yüksek karmaşıklığını, maliyetini ve kırılganlığını artırır.

Pockels Etkisi: Ultra Hızlı Lazer Ayarlamayı Sağlıyor

Araştırmacılar, LiDAR teknolojisini geliştirmek için Pockels etkisinden yararlanmaya baktılar. Bu fenomen, bir malzemenin kırılma indisinin (ışığı nasıl büktiği) bir elektrik alanı aktif olduğunda değişmesini sağlar.

Pockels etkisi, monopotasyum fosfat gibi özel kristallerde ya da bu çalışmada kullanılan lityum niyobatta görülür; lityum, niyobyum ve oksijenden oluşan sentetik bir tuzdur.

Kaynak: Sumimoto

Bu, araştırmacıların lazerin rengini çok geniş bir ışık spektrumu boyunca son derece hızlı bir şekilde—saniyede yaklaşık 10 katrilyon kez—değiştirebilen bir lazer yaratmalarını sağladı.

A common application of lithium niobate is for surface acoustic waves (SAW) in smartphones and other electronic devices to create filters for preventing noise and interference, so this technology can leverage an existing supply chain.

Çip Ölçekli Pockels LiDAR Lazerinin İnşası

İnce Film Lityum Niyobat: Nanometre Ölçeğinde Mühendislik

Bilim insanları, silikon dioksit ve silikon tabanlı bir alt tabakaya depo edilen ve silikon oksit tabakasıyla korunan ince bir lityum niyobat film tabakası kullandılar.

Kaynak: Light Science & Applications

Ardından silikon koruyucu tabakanın çeşitli kalınlıklarını test ederek, en kontrol edilebilir frekans aralığını üretebilecek optimal kalınlığı buldular.

Kaynak: Light Science & Applications

Sonuç, bir bilgisayar çipi büyüklüğünde, LiDAR uygulamaları için son derece kontrol edilebilir parametrelere sahip miniaturize bir lazerdi.

“Bu, optik saatlerde son derece hassas zaman ölçümü yapabilen çok önemli bir süreçtir, ancak bunu gerçekleştirmek için çok sayıda ekipmana ihtiyaç duyulur. Tipik bir kurulum, bir masaüstü bilgisayar büyüklüğünde bir içsel lazer, bir izolatör, bir akustik‑optik modülatör ve bir faz modülatör gibi cihazlar gerektirebilir.

Lazerimiz, bu tüm bileşenleri çok küçük bir çipe entegre ederek elektriksel olarak ayarlanabilir hâle getirebilir.”

Shixin Xue – Shixin Xue, Rochester Üniversitesi’nde doktora öğrencisi

Performans Metrikleri: Frekans Çırpıntısı & Velocimetri

Ölçüldüğünde, çip mevcut tüm lazerleri büyük ölçüde geride bırakan bir performans sergiledi.

Özellikle, 20 EHz/s’ye kadar bir “frekans çırpıntı hızı” elde etti ve modülasyon bant genişliği 10 GHz’yi aştı. Referans olarak, bu sayılar mevcut lazerlerinkinden kat kat daha büyüktür.

Lazer çipi, 0,4 m’lik kısa bir mesafede 40 m/s velocimetriye ulaşabildi ve görsel çözünürlük <2 cm idi. Hız ölçümünün 40 m/s'den daha yüksek olabileceği de mümkündür, ancak deneysel kurulum daha hızlı testlere izin vermedi.

Bu kısa menzilli performanslar önemlidir; çünkü geleneksel LiDAR sistemlerinin neredeyse her zaman zorlandığı, hızlı hareket eden nesnelerle birlikte, otonom sürüş teknolojisinin yakın ve hızlı nesneleri net bir şekilde görmesi gerektiği büyük bir sorundur.

Kaynak: Light Science & Applications

Miniaturize LiDAR’ın Önemi: Faydalar & Kullanım Alanları

Şimdiye kadar, lazer frekans kontrolünün geliştirilmesi nispeten sınırlı kalmıştır. Bu durum, bu sistemlerin boyut, ağırlık ve enerji tüketimi nedeniyle lazer ölçümlerinin pratik dağıtımını ciddi şekilde kısıtlamıştır.

Dolayısıyla, otonom arabalar ve diğer otonom araçlar (ör. dronlar) ve cihazlar (robotik) bu teknolojinin ilk açık olasılıklarıdır. Alan, iki sorun nedeniyle geride kalıyordu: arabaları güvenli bir şekilde sürdürmeye yeterince akıllı bir yapay zekâ elde etmek ve LiDAR’ların maliyet & boyutu, yapay zekâya çevresinin doğru bir vizyonunu sağlamak. Lityum niyobat fotoniği, yapay zekâların iş için yeterince iyi hale geldiği anda ikinci sorunu çözebilir.

Bu, ultra hassas lazer ölçümlerinin tek uygulaması değildir. Gelişmiş üretim de sürekli ölçüm ve kalibrasyon için LiDAR kullanır. Telekomünikasyon, kuantum iletişimi, mikrodalga üretimi ve sensörler de cep boyutunda, düşük maliyetli ve düşük enerji tüketimli lazer ölçümlerinden faydalanabilir.

Bilim insanları, lazerleri yerçekimi dalgaları, karanlık madde gözlemleri ve diğer ileri fizik hesaplamaları için de kullanıyor. Ultra hassas velocimetreler (hız ölçümü) daha iyi bir çekirdek füzyonu geliştirmek için de önemli olabilir; böylece genel bilimsel ilerlemelere de katkı sağlar.

Lazer Teknolojisine Yatırım

Lazerler, optik disklerden cerrahi aletlere, 3D baskıdan yarı iletkenlere, üretimden genom sekanslayıcılara kadar sayısız modern teknoloji parçasında bulunur, 2025 yılına kadar %7,8 CAGR ile 17,8 Milyar $ pazar büyüklüğü beklentisi.

Laser‑odaklı şirketlere birçok aracı kurum üzerinden yatırım yapabilirsiniz ve burada, securities.io sitesinde, ABD, Kanada, Avustralya, Birleşik Krallık ve diğer birçok ülke için en iyi aracı kurum önerilerimizi bulabilirsiniz.

Belirli şirketleri seçmekle ilgilenmiyorsanız, iShares U.S. Technology ETF (IYW) ya da ProShares Nanotechnology ETF (TINY) gibi teknoloji ETF’lerine de bakabilirsiniz; özel bir lazer‑only ETF bulunmamakla birlikte, bu fonlar nanoteknoloji ve teknoloji hisselerine daha çeşitlendirilmiş bir maruziyet sağlayacaktır.

En Büyük Kamuya Açık Lazer & Fotoniği Şirketleri

Coherent (II-VI Marlow): Lazer İnovasyonunda Lider

Coherent, 26.000+ çalışanı olan büyük bir endüstriyel konglomera ve lazer teknolojisinde lider bir şirkettir. Gelişmiş malzeme II‑VI Marlow ile lazer üreticisi Coherent’in birleşmesinden doğmuştur.

Şirket, indiyum fosfit, epitaksiyel waferlar ve galyum arsenid gibi lazer, optik ve fotoniğin kullanılan ileri malzemelerinde uzmandır.

Şirket, 2013’te 600 Milyon $ gelirden 2024’te 4,7 Milyar $’a ulaşan bir dizi satın alma sayesinde büyük ölçüde büyümüştür.

Şirket, gelirlerinin %29’unu doğrudan lazerlerden elde eder; geri kalan kısmı optik fiber ve elektronik gibi ilgili ekipmanlarla bağlantılıdır. Enstrümantasyon kategorisi çoğunlukla yaşam bilimleri ve tıbbi uygulamaları içerir.

Kaynak: Coherent

Şirketin termofotovoltaik gibi ileri malzemelerdeki varlığı (önceki makalemizde tartıştığımız), silikon karbür, lazer ve elektronik, hassas üretim, katmanlı imalat (3D baskı), elektrifikasyon ve yenilenebilir enerji gibi yapısal trendlerden faydalanmasını sağlar.

Şirket, silicon karbür işini %75 Coherent’e ait yeni bir varlık olarak ayırdı, geri kalan kısmı ise eşit olarak Mitsubishi Electric (silicon karbür güç IP’si getiriyor) ve Denso (elektrifikasyon ve güç yarı iletkenlerinde otomotiv tedarikçisi olarak faaliyet gösteriyor) ortakları arasında bölüştürülmüştür.

Bu, silicon karbürün giderek kendi teknolojisi haline gelmesi ve yüksek güç uygulamaları (EV’ler, bataryalar, yenilenebilir enerji) için kullanılmasından kaynaklanmaktadır.

Coherent, LIDAR ve 3D‑dijital algılamada, özellikle otonom sürüş uygulamaları için lider, biyoteknoloji Next Generation Sequencing (NGS) Flow Cells ve yarı iletken üretimi için lazerler konularında da öncüdür. Ana pazarlarının %8‑20 büyüme oranı beklenmektedir.

Kaynak: Coherent

Lazerlerin doğrudan enerji silahları, fotonik bilişim, nükleer füzyon ve uzay teknolojileri gibi diğer potansiyel yeni uygulamaları da şirketin uzun vadeli büyümesini sürdürebilir.

Genel olarak, Coherent, sektöre ilgi duyan yatırımcılar için “saf oyun” niteliğinde halka açık bir lazer şirketine en yakın konumdadır; güçlü dikey entegrasyon ve 3.100+ patente sahiptir.

Coherent ayrıca ölçekli lityum niyobat wafer’ları üretmektedir, bu da makalede tartışılan yeniliği ticari aşamaya taşıyabilecek en iyi konumda olan şirketlerden biridir.

En Son Coherent (COHR) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeler

Referans Çalışma

^{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}