लेजर लाइटिंग, LiFi और LiDAR

वाईफाई आज हमारे जीवन में शामिल हो गया है। यह शब्द लगभग चार दशक पहले उत्पन्न हुआ था (एक मार्केटिंग चाल के रूप में, जिसे "हाई-फाई" शब्द के साथ तालमेल बिठाने के लिए डिज़ाइन किया गया था) और इसने व्यक्तिगत संचार, इंटरनेट एक्सेस, सोशल मीडिया और इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) में क्रांति ला दी है। वाईफ़ाई कम दूरी के वायरलेस डेटा संचार के लिए मॉड्यूलेटेड रेडियो तरंगों का उपयोग करता है। डीएसआरसी (समर्पित लघु दूरी संचार)। हालिया महामारी के दौरान प्रौद्योगिकी महत्वपूर्ण साबित हुई, जिससे छात्रों को सीखना जारी रखने और कई पेशेवरों को दूर से काम करने की अनुमति मिली। इस बिंदु पर, यह जीवन का बुनियादी आधार है - जैसे पानी और बिजली। LiFi उसी विचार का उपयोग करता है, सिवाय इसके कि यह रेडियो तरंगों के बजाय मॉड्यूलेटेड दृश्य प्रकाश का उपयोग करता है। यह कई अनुप्रयोगों में क्रांति लाने के लिए तैयार है, जिनमें से एक प्रमुख है V2X (वाहन से X जहां

हेराल्ड हास, स्ट्रैथक्लाइड/ग्लासगो विश्वविद्यालय के प्रोफेसर, शीर्षक से एक मौलिक TED वार्ता दी “हर लाइट बल्ब से वायरलेस डेटा" 2011 में। प्रस्तुति में एक दृश्यमान एलईडी-आधारित लाइटबल्ब का उपयोग करके वास्तविक समय वीडियो प्रसारण का भौतिक प्रदर्शन शामिल था। उन्होंने यह शब्द गढ़ा LiFi (लाइट फिडेलिटी) और सार्वजनिक स्थानों और ऑटोमोबाइल में अरबों लाइटबल्बों के स्थापित आधार का उपयोग करके यह कैसे लगातार बढ़ती डेटा आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है, इसकी एक सम्मोहक तस्वीर चित्रित की। प्रोफेसर हास ने चार प्रमुख मुद्दों पर चर्चा की जिनका पारंपरिक वाईफाई (रेडियो तरंगों का उपयोग करके) सामना करते हैं - उपलब्धता, दक्षता, क्षमता और सुरक्षा। LiFi में प्रकाश व्यवस्था के बुनियादी ढांचे के पहले से स्थापित आधार का उपयोग करके, परिमाण के आधार पर इन्हें हल करने की क्षमता है। स्मार्ट परिवहन (स्मार्ट वाहनों और बुनियादी ढांचे के उपयोग के माध्यम से) सुरक्षित स्वायत्तता और दक्षता बढ़ाने के लिए इन लाभों का लाभ उठा सकता है।

पिछले दशक में घरों, उद्योगों, कारों और यातायात बुनियादी ढांचे में एलईडी-आधारित प्रकाश व्यवस्था का प्रसार देखा गया है। अधिक कुशल और पर्यावरण के अनुकूल प्रकाश व्यवस्था के साथ-साथ, LiFi अनुप्रयोग विमानन, स्वास्थ्य सेवा, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, रक्षा और औद्योगिक अनुप्रयोगों में भी बढ़े हैं। अध्ययन से संकेत मिलता है 6 में ~$2020B का बाज़ार, 10 तक > 2025X के कारक से बढ़ रहा है। उद्यम-वित्त पोषित स्टार्ट-अप से लेकर पैनासोनिक और फिलिप्स लाइटिंग जैसे बड़े खिलाड़ी तक कई खिलाड़ी इस क्षेत्र में सक्रिय हैं। अवसर सम्मोहक है, विशेष रूप से ऐसी दुनिया में जहां डेटा की मात्रा बढ़ रही है और इस डेटा तक कुशलतापूर्वक पहुंच आवश्यक है। चुनौतियां हैं - मॉड्यूलेटिंग इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ फ्लोरोसेंट लाइटिंग को एलईडी बल्बों से बदलने की जरूरत है, संचार बुनियादी ढांचे और सॉफ्टवेयर को तैनात करना होगा, और संचालन मानकों को अंतिम रूप देने की जरूरत है (आईईईई 802.11 बीबी लाइट कम्युनिकेशन स्टैंडर्ड वर्तमान में विकास के अधीन है)।

हाल ही में, लेज़र-आधारित हेडलैम्प उभरे हैं. ल्यूमिनसेंट फॉस्फर से जुड़े नीले लेजर डायोड (400-700 एनएम तरंग दैर्ध्य) के संयोजन का उपयोग करके उच्च शक्ति, सफेद लेजर रोशनी (440-450 एनएम तरंग दैर्ध्य) उत्पन्न करने की तकनीक सोरा लेजर डायोड (एसएलडी) में विकसित की गई थी, जिसे क्योसेरा द्वारा अधिग्रहित किया गया था। 2020, क्योसेरा एसएलडी या केएसएलडी बनाने के लिए)। इसके संस्थापकों में डॉ. शुजी नाकामुरा शामिल हैं जिन्होंने 2014 में नोबेल पुरस्कार जीता था। प्रोफेसर हास और जॉन पीक (फिलिप्स ऑटोमोटिव लाइटिंग के पूर्व सीटीओ) उनके सलाहकार बोर्ड में हैं। उनका प्रमुख ऑटोमोटिव उत्पाद लेजरलाइट™ इंजन है जो 650 मीटर रेंज (1 किमी संभव है, लेकिन वर्तमान में नियमों द्वारा बाधित है) पर सड़क को रोशन करने के लिए उच्च तीव्रता वाली रोशनी प्रदान करता है। ये प्रकाश स्रोत बीएमडब्ल्यू के सीरीज 2019 मॉडल के लिए 5 से और हाल ही में iX3 और iX4 इलेक्ट्रिक एसयूवी के लिए उत्पादन में हैं।

LiFi प्रकाश स्रोत को संशोधित करके और दृश्यमान तरंग दैर्ध्य में ऑप्टिकल रिसीवर को एकीकृत करके संचालित होता है जो फोटॉन को पकड़ सकता है और उन्हें इलेक्ट्रॉनों में बदल सकता है (ये तरंग दैर्ध्य उच्च तीव्रता के स्तर पर आंखों के लिए सुरक्षित हैं)। मॉड्यूलेशन तेज़ है, मानव आँख से देखने योग्य नहीं है, और प्रकाश स्रोत के रोशनी कार्य के संचालन के साथ या उसके बिना भी हो सकता है। लेजर LiFi और डेटा संचार के लिए LED की तुलना में महत्वपूर्ण गति और क्षमता लाभ प्रदान करते हैं। यह V2X संचार के लिए एक गेम-चेंजर है क्योंकि कारों और ट्रकों में स्वायत्त ड्राइविंग के बढ़ते स्तर के साथ सुरक्षा सर्वोपरि हो जाती है। चित्र 3 एक उदाहरण है कि LiFi ऑटोमोटिव वातावरण में कैसे काम कर सकता है।

केएसएलडी के मुख्य विपणन अधिकारी पॉल रूडी के अनुसार, "सिम्युलेटेड उत्सर्जन (लेजर में) बनाम सहज उत्सर्जन (एलईडी में) उच्च शक्ति घनत्व और बेहतर बीम आकार को 100X उच्च चमक और 10X उच्च रेंज के साथ सक्षम बनाता है।”। इससे LiFi के लिए लेजर-आधारित रोशनी (बनाम एलईडी) के निम्नलिखित प्रमुख लाभ मिलते हैं:

• 5X संकीर्ण स्थानिक और वर्णक्रमीय प्रोफ़ाइल
• >100 गुना तेज़ संचार और सेंसिंग (एलईडी के लिए लेजर को 10 गीगाहर्ट्ज़ बनाम 100 मेगाहर्ट्ज पर मॉड्यूलेट किया जा सकता है)

जैसे-जैसे सड़क वाहनों और ट्रकों में स्वायत्तता के बढ़े हुए स्तर को शामिल किया जाता है (एल3 और एल4), सुरक्षा और दक्षता बढ़ाने के लिए आवश्यक सेंसर के प्रकार और संख्या (कैमरा, रडार, एलआईडीएआर, आईएमयू, जीपीएस, आदि)। इससे डेटा का बड़े पैमाने पर विस्फोट होता है, जिनमें से कुछ को ऑनबोर्ड कंप्यूटर के साथ संसाधित किया जाता है (अनुमान से संकेत मिलता है कि स्वायत्त वाहनों पर सेंसर से ~ 10 टीबी/घंटा उत्पन्न होता है)। इस डेटा को अन्य वाहनों और निश्चित बुनियादी ढांचे (V2X) के साथ सुरक्षित रूप से साझा करने का विचार चर्चा और अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र है। डीएसआरसी (समर्पित छोटी दूरी के संचार) और सेलुलर कनेक्टिविटी का पहले से ही उपयोग किया जा रहा है या आसन्न है। हालाँकि, जैसे-जैसे CAVE क्रांति आगे बढ़ती है, ये समाधान कम विलंबता सूचना साझाकरण का समर्थन करने के लिए क्षमता और बैंडविड्थ से बाहर हो जाएंगे। LiFi एक संभावित समाधान है. रोशनी के लिए उपयोग किए जाने वाले लेजरलाइट™ का उपयोग वाहनों के बीच या यातायात बुनियादी ढांचे-आधारित रिसीवरों के बीच बड़ी मात्रा में डेटा को सुरक्षित रूप से प्रसारित करने के लिए भी किया जा सकता है। हालाँकि एलईडी लाइटिंग की तुलना में लेजर लाइटिंग की लागत 20-30% अधिक है, अतिरिक्त LiFi कार्यक्षमता संभावित रूप से स्वायत्त संचालन के लिए आवश्यक ऑनबोर्ड सेंसर और कंप्यूटिंग संसाधनों की संख्या को कम करने में मदद कर सकती है।

प्रोफेसर हास जमीनी परिवहन के लिए LiFi संचार को सक्षम करने में निम्नलिखित चुनौतियों का संकेत देते हैं: “शून्य क्रॉस-हस्तक्षेप के साथ विश्वसनीय डेटा कनेक्शन (गीगाबिट ट्रांसमिशन गति पर) सुनिश्चित करते हुए विभिन्न दूरी और गति पर वाहनों को जोड़ना दिलचस्प चुनौतियां पैदा करता है। केएसएलडी के लेजरलाइट™ उपकरणों की दिशा और सीमा इन्हें प्रभावी ढंग से संबोधित करने की अनुमति देती है। इस स्तर पर, यह केवल गोद लेने का प्रश्न है। इस प्रयोजन के लिए, कारों और संबंधित मानकों के बीच अंतर-संचालनशीलता बेहद फायदेमंद होगी। मैं स्वायत्त ड्राइविंग और उन्नत सड़क सुरक्षा का समर्थन करने वाले V2X के लिए ऑटोमोटिव क्षेत्र में LiFi का बहुत उज्ज्वल भविष्य देखता हूं। मैं इन नवाचारों को सड़क पर लाने के लिए केएसएलडी के साथ काम करने के लिए उत्सुक हूं।

वाहनों और परिवहन बुनियादी ढांचे में पारंपरिक हैलोजन और एलईडी लाइटिंग को बदलने में लागत एक महत्वपूर्ण कारक है। लेजर लाइटिंग काफी उच्च प्रदर्शन प्रदान करती है, लेकिन शुरुआत में इसकी कीमत प्रीमियम (20-30% अधिक) होगी और मध्य-श्रेणी के वाहनों के लिए सस्ती नहीं होगी। जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, LiFi क्षमताओं के साथ लाइटिंग को बंडल करने से मदद मिलती है क्योंकि V2X क्षमताएं ऑनबोर्ड सेंसर और कंप्यूटिंग संसाधनों की मात्रा को कम कर सकती हैं। केएसएलडी के लेजरलाइट™ उत्पाद में एक तीसरा फ़ंक्शन भी संभव है। GaN-आधारित नीले लेजर के अलावा, सेमीकंडक्टर असेंबली में एक उच्च तरंग दैर्ध्य GaAs लेजर (850 एनएम, 905 एनएम या 940 एनएम) डायोड भी शामिल है जो सिलिकॉन डिटेक्टर के साथ मिलकर रेंज-फाइंडिंग और LiDAR इमेजिंग क्षमताओं को प्रदान कर सकता है।

किसी वाहन में हेडलैम्प स्थान का उपयोग तीन महत्वपूर्ण कार्यों के लिए किया जा सकता है:

1. प्रकाश: सड़क, यातायात और प्रकाश की स्थिति के आधार पर तेज, सटीक और गतिशील रूप से नियंत्रित रोशनी प्रदान करने के लिए सफेद रोशनी बनाने के लिए GaN लेजर + फॉस्फोर ल्यूमिनसेंस का उपयोग करता है।
2. ली-फाई: दृश्यमान तरंग दैर्ध्य डिटेक्टर के साथ उपरोक्त में जोड़ा गया एक मॉड्यूलेशन सर्किट उच्च गति, कम विलंबता V2X संचार प्रदान कर सकता है
3. सेंसिंग और LiDAR: सरल श्रेणी की जानकारी या अधिक जटिल LiDAR बिंदु बादलों को प्रदान करने के लिए एक इन्फ्रारेड GaAs लेजर और डिटेक्टर (9XX एनएम तरंग दैर्ध्य) का उपयोग करता है

एक ही हेडलैंप असेंबली में तीन महत्वपूर्ण कार्यों (प्रकाश, संचार और सेंसिंग) का बंडल वाहन एकीकरण ओवरहेड (लागत, स्थान, बिजली) में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है और अन्य सेंसर को प्रतिस्थापित करके समग्र सिस्टम लागत को कम करता है। इस स्तर पर इन बचतों को मापना मुश्किल है क्योंकि ये वाहन निर्माताओं द्वारा अपनाए गए विशिष्ट एकीकरण दृष्टिकोण पर निर्भर करते हैं। लेकिन यह निष्कर्ष निकालना उचित है कि लेजर लाइटिंग के लिए मूल्य प्रीमियम इन अतिरिक्त कार्यक्षमताओं के बंडल से ऑफसेट से अधिक होगा।

जॉर्ज लुकास ने बनाया काल्पनिक लाइट्सब्रे (लेजर ऊर्जा तलवार) चार दशक पहले और यह प्रसिद्ध स्टार वार्स फिल्म फ्रेंचाइजी का मुख्य आधार बन गया। वर्तमान में तेजी से आगे बढ़ते हुए, केएसएलडी के लेजरलाइट™ जैसे उत्पाद परिवहन में बढ़ी हुई स्वायत्तता की चुनौतियों को हल करने और कारों और यातायात बुनियादी ढांचे के बीच सुरक्षित और कम विलंबता डेटा कनेक्टिविटी बनाने के लिए हमारे शस्त्रागार में एक महत्वपूर्ण हथियार हैं। प्रकाश आपके साथ रहे.