با گسترش سیستمهای مینیاتوری، لیدار به سمت حضور در همه کاربردها پیش می‌رود
از آنجایی که لیدار به عنوان ابزاری جهت تعیین مسافت و تشخیص نور، از نظر اندازه کوچک شده است (از مقیاس آزمایشگاهی و رومیزی تا سیستمهای به اندازة تراشه) می‌تواند در کاربردهای بیشماری مورد استفاده قرار بگیرد.
با گسترش سیستمهای مینیاتوری، لیدار به سمت حضور در همه کاربردها پیش می‌رود

از آنجایی که لیدار به عنوان ابزاری جهت تعیین مسافت و تشخیص نور، از نظر اندازه کوچک شده است (از مقیاس آزمایشگاهی و رومیزی تا سیستمهای به اندازة تراشه) می‌تواند در کاربردهای بیشماری مورد استفاده قرار بگیرد.
تشخیص نور و فاصله‌ یابی[1] (LIDAR) تکنولوژی ارزشمندی است که برای دستیابی به پارامترهایی مانند مسافت و شکل‌ سه بعدی اجسام، ارزیابی های محیطی و جغرافیایی، کنترل زیرساختهای خطوط لوله و تجهیزات شبکه برق، نقشه ‌برداری ساختاری و معماری، اکتشافات باستان شناسی و اقیانوس شناسی، بهینه سازی توربینهای بادی و کاربردهای بیشمار دیگر بکار می‌رود. چندی است که سیستمهای لیدار در مقیاس آزمایشگاهی یا رومیزی به سادگی بر روی یا داخل وسایل نقلیه و هواپیماها نصب می‌شوند. در حال حاضر سیستمهای مینیاتوری و یا حتی در اندازة تراشه، این قابلیت را به لیدار می‌دهند تا با وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) یا هواپیماهای بدون خلبان، روباتهای صنعتی/زمینی کوچک و احتمالاً به زودی در تلفنهای هوشمند شخصی همراه شوند؛ این امر سبب می‌شود که لیدار در همه کاربردها حضور داشته باشد.
با وجود طیف سنج های مینیاتوری، دوربینهای مخفی و همچنین توسعه قطعات سازگار با تلفن‌های هوشمند، و به مدد مونتاژهای اپتومکانیکی، منبع نور و پیشرفتهای تکمیلی، سیستمهای لیدار از نظر اندازه و قیمت در حال کاهش هستند.
مکانیک مینیاتور سازی
با وجود سیستمهای لیدار در اندازه های رومیزی و قیمت‌های ده ها هزار دلاری که اطلاعاتی با تفکیک پذیری بالا را در فاصله ‌های دور ارائه می‌دهند، استفادة گسترده از سیستمهای لیدار معمول برای کاربردهای تجاری و نظامی محدود شده است. آژانس پروژه تحقیقاتی پیشرفته دفاعی[2] (DARPA؛ شهر آرلینگتون، VA) تکنولوژی نزدیک برد با میدان دید گسترده و بسیار سریع الانتقال که از نظر الکترونیکی با فرستنده فوتونیکی هدایت می‌شود ([3]SWEEPER) و تکنولوژی اسکن اپتیکی غیرمکانیکی را برروی یک میکروچیپ گردآوری می‏کند را توسعه داده است [1].
بدون استفاده‌ از مانت‌های نگهدارنده بزرگ، کند و حساس به فشار و دما، لنزها و سرووها[4]، تکنولوژی سوئیپر[5] می‌تواند باریکة لیزر را بیش از 100000 بار یا 10000 بار در ثانیه سریعتر از سیستمهای مکانیکی پیشرفتة رایج، به عقب و جلو حرکت دهد. بعلاوه این تکنولوژی باریکة لیزر را حول یک قوس 51 درجه هدایت می‌کند، که به گفتة دارپا، این گسترده ترین میدان دیدی است که تاکنون از طریق یک سیستم اسکن اپتیکی در مقیاس چیپ بدست آمده است.
در اصل سوئیپر از تکنولوژی آرایة فازی اپتیکی استفاده می‌کند که در آن سطوح مهندسی شده جهت سیگنالهای الکترومغناطیسی انتخاب شده را با تغییر فاز در سرتاسر تعداد زیادی آنتن کوچک کنترل می‌کنند. در فرکانس‌های اپتیکی، از آنجایی که طول موج های نور هزاران بار کوچکتر از طول موج هایی است که در رادار استفاده می‌شوند، اجزای آرایة آنتن‌ها باید تنها در فاصلة چند میکرونی از یکدیگر جا داده شوند بطوریکه اختلالات ساختاری یا محیطی، حتی در حد 100 نانومتر، موجب تضعیف این آرایه نشوند.
با وجود اینکه سوئیپر عمل هدایت باریکة اپتیکی را از نظر ابعاد کوچک می‌کند، اما برای اینکه یک سیستم لیدار اسکنی بر پایه چیپ تولید شود قطعات بسیار بیشتری مورد نیاز است. برای دستیابی به این امر، هدف برنامة مجتمع سازی قطعات ناهمگن الکترونیکی و فوتونیکی [6]E-PHI دارپا، استفاده از فرآیندهای ساخت نیمه ‌رسانای استاندارد (که مشکلات عدم تطابق شبکه ای را برطرف می‌کند) برای ترکیب آنتن‌ها، تقویت کننده های نوری، مدولاتورها، آشکارسازها و حتی یک منبع نوری بسیار کوچک است که توسط محققین دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا (UCSB) توسعه یافته ‌است. این کار از طریق رشد لایة ایندیوم آرسناید به صورت نقطه های کوانتومی برای تشکیل یک سیستم لیدار کامل صورت گرفته ‌است (شکل1) [2].

شکل 1- تکنولوژی سوئیپر، به‌ صورت غیرمکانیکی هدایت باریکه را بر سطح نیمه رسانای در مقیاس چیپ برای توسعه سیستم لیدار مینیاتوری انجام می‌دهد. سنسورهای لیدار بسیار ریز می‌توانند روی وسایل نقلیة متحرک یا برروی افراد رزمنده نصب شوند تا با توجه به موقعیت و میزان تهدیدهای امنیتی بالقوه، اطلاعات در لحظه گزارش دهند.
وضعیت لیدار در مقیاس چیپ دارپا همانند بسیاری از پروژه های دولتی آمریکا نیازمند شناخت بیشتر است. با این حال تکنولوژی آرایة فازی اپتیکی برای تصویرساز همدوس نانوفوتونیک مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا (کلتک، پاسادانا، CA) بنیادی است. این تصویرساز مینیاتوری سه بعدی، از آنتن‌های فوتونیکی سیلیکانی با آرایش 4×4 استفاده می‌کند و نور را از جسم (نور همدوس یک دیود لیزر با طول موج 1550 نانومتر به آن تابیده شده است) به توری‌های موجبر نانوفوتونیکی که سیگنال اپتیکی (تقریباً 4 میلی وات در هر پیکسل) را به اطلاعات فاز و شدت تبدیل می‌کند و برای ساخت تصویر لیدار سه بعدی با تفکیک پذیری فضایی 15 میکرون در فاصلة 0.5 متری کاربرد دارند، انتقال می‌دهد (شکل 2) [3].
 
شکل 2- نمونه هایی از تصویربرداری همدوس نانوفتونیکی ([7]NCI) شامل (a) تصویر سه بعدی انتقال یافته از یک هرم شفاف (b) تصویربرداری کنتراست ضریب شکست به صورتی که اختلاف ضریب شکست دو ماده با ضخامت یکسان را می‌توان مشخص کرد و (c) نمایش عمق تصویر یک سکة یک سنتی آمریکا با استفاده از روش NCI درحالت بازتابی. رنگهای پیکسل عمق‌های متفاوت تصویر را در یک محدوده فضایی 140 میکرومتر نشان می‌دهند.
اگرچه دستگاه کلتک حاوی 16 پیکسل در یک مسیر 300×300 میکرومتری است، اما ده ها هزار از این پیکسلها (و یک منبع با شدت بالاتر) برای کاربردهای لیدار دور برد برای اجسام بزرگتر مورد نیاز است.

افق‌های منبع نور
اگرچه یک خودرو بدون سرنشین از نظر فیزیکی به اندازة کافی بزرگ است تا با لیدار در مقیاس آزمایشگاهی سازگار شود، اما هزینه ‌ای که صرف یک وسیله نقلیه بدون سرنشین با این قابلیت و حجم می‌شود دارای اهمیت است. بدین منظور باید منابع گران ‌قیمت لیدار لیزر حالت جامد پمپ شده با لیزر دیود[8] (DPSS) و لیزر فیبر، با لیزرهای کم‌ حجم ‌تری جایگزین شوند. به ‌عنوان مثال سیستمهای لیدار نوری بر پایة لیزر نیمه هادی در TriLumina (شهر آلبوکرک، NM)، از لیزرهای گسیل از سطح با کاواک عمودی[9] (VCSEL)، دیود لیزر telecom-grade استاندارد و بی خطر برای چشم که در چیدمان کلتک هم استفاده شده ‌است و یا حتی لیزر نقطه کوانتومی قرار گرفته روی تراشه یا سایر منابع مجتمع که در دارپا دنبال می‌شوند، استفاده می‌کند.
اما به راستی یک منبع نور چقدر باید پرتوان باشد تا حساسیت مورد نیاز را ارائه دهد؟ البته پاسخ این سؤال بستگی به کاربرد دارد. به عنوان مثال برای تصویربرداری از یک پنی (کوچکترین واحد پول در آمریکا) در فاصلة 0.5 متری، یک منبع نور صدها میلی واتی مورد نیاز است؛ در حالیکه برای اینکه یک خودرو بدون سرنشین فاصلة 20 متری مقابل خود و یا یک هواپیما، هام وی[10] (جیپ مدرن نظامی) را در فاصلة 30000 فوتی ببیند، منابع نوری ده ها واتی و حتی کیلو واتی مورد نیاز است.
برای مثال، یک جایگزین برای لیدار با آرایة فازی- اپتیکی، لیدار تک فوتونی است، این دستگاه 16384 پیکسلی ساخته شده در آزمایشگاه لینکلن MIT (شهر لکسینگتون،MA ) می‌تواند 600 مترمربع از یک منظره را در فاصلة 10000 فوتی با تفکیک پذیری 30 سانتیمتر تصویربرداری کند [4]. مجوز اولین واحدهای تجاری 150000 دلاری در اندازه های جعبه کفش که به منابع لیزری با توان کم­تر از کیلووات نیاز دارند، به پرینستون لایت ویو[11] (شهر کران بری، NJ) و اسپکترولب[12] (شهر سیلمار، CA) داده شد.

پیش به سوی حضور در همه کاربردها
خوشبختانه، تفکیک پذیری در حد سانتیمتر در ده ها هزار فوت، برای بسیاری از کاربردها مثل ماشین‌های بدون راننده و نقشه برداری هوایی با ارتفاع کم، بیش از حد مورد نیاز است.