多线光学相控阵架构

在应用层面，全固态OPA激光雷达预计在2028年前后实现前装量产，成为L4/L5级自动驾驶的重要传感器；自由空间光通信终端将在低轨卫星星座中得到普遍部署，支撑全球宽带覆盖；而在生物医学和消费电子（如AR/VR空间光操控）领域，OPA也将迎来爆发性增长。当然，要实现这一蓝图，还需在芯片制造良率、热管理方案、标准化接口和成本控制上付出持续努力。总体而言，光学相控阵正从实验室走向产业化的关键转折期，其技术深度和广度都决定了它将成为未来光电子领域的战略性支撑技术之一。温度漂移可通过闭环反馈控制系统进行实时补偿。多线光学相控阵架构

西北大学黎永前团队在TFLN-OPA研究中取得了标志性成果，他们通过构建泰勒幅值分布（Taylor distribution）的光波导阵列，有效抑制了旁瓣电平——相较于均匀幅值阵列，旁瓣抑制比提升了10dB以上，使得主瓣能量更加集中，这对远距离探测和高速通信中的信噪比改善至关重要。暨南大学团队则成功研制出完整的片上TFLN相控阵器件，采用行波电极结构实现高速相位控制，在实验中展示了光束在横向二维平面内的连续电控转向，扫描速度达到纳秒量级，且驱动电压低于5V。然而，TFLN-OPA目前仍面临一些工程难题：一是高质量大面积单晶铌酸锂薄膜的制备成本较高，且与现有CMOS产线的匹配度不如SOI；二是刻蚀工艺中铌酸锂对氟基等离子体较为敏感，侧壁粗糙度导致散射损耗增大；三是热光效应弱，难以通过热调谐补偿工艺偏差，对制造精度要求更为严苛。尽管如此，鉴于TFLN在高速光调制器领域已展现出商业化前景（如Lumentum和HyperLight公司的产品），业内普遍预测TFLN-OPA将在未来三至五年内实现样机级应用，尤其在短距超高速光互连和微波光子相控阵中发挥独特优势。国内光学相控阵验证光学相控阵能够将光束能量精确聚焦于指定空间点。

集成光波导型光学相控阵是当前更受瞩目的研究方向，其重要思想是在芯片上将分光网络、移相器阵列和光栅发射器全部单片集成，形成紧凑、低功耗、可大规模生产的固态光束操控器件。绝缘体上硅（SOI）平台因具有与CMOS工艺高度兼容、高折射率差（Δn≈2）、低传输损耗（约1~2 dB/cm）以及成熟的无源/有源器件库等优势，成为OPA芯片的主流基底。典型的硅基OPA结构包括：输入波导将外部激光耦合至芯片，经1×N分束器（如多模干涉耦合器或星型耦合器）等功率分配至N条并行波导；每条波导中集成热光移相器（TiN或W加热器）或电光移相器（载流子注入/耗尽型PIN结），用以单独调控相位；波导末端连接至光栅耦合器或端面发射天线，将导波模式辐射至自由空间。

评价一套光学相控阵系统的优劣，通常涉及多个相互关联且往往相互制衡的性能指标。首先是扫描视场，即主波束能够在空间偏转的比较大角度范围，它由阵元间距和移相器可实现的相位延迟上限共同决定；。其次是角分辨率，指系统能够区分的很小角度间隔，由阵列总孔径尺寸D（D=N·d）决定，衍射极限下的半功率波束宽度约为 θ_beam ≈ λ/D，因此增大阵列尺寸可直接提升分辨率，但这同时会增加通道数和功耗。第三是扫描速度，即波束从一个方向切换到另一方向所需的时间，不同应用对速度要求截然不同（如汽车雷达需<1ms，而星间捕获可允许秒级）。第四是插入损耗，包括分光损耗、波导传输损耗、移相器附加损耗和耦合器辐射损耗，过高的损耗会降低系统能量利用率和探测信噪比。第五是旁瓣抑制比（SLL），定义为主瓣峰值与比较大旁瓣峰值之比，是衡量光束质量的关键指标，通常要求SLL > 10 dB以规避虚假目标干扰；栅瓣作为特殊的周期性旁瓣，需通过非均匀阵元分布或方向图赋形予以抑制。之后，功耗与热管理在大规模阵列中尤为重要——每通道数毫瓦到数十毫瓦，对于千通道芯片即数瓦至数十瓦，需设计高效散热结构以维持相位稳定性。其工作带宽受限于相位调制器的本征响应速度。

OPA光学相控阵技术是激光雷达行业毋庸置疑的前列技术。在全固态激光雷达的三大技术路线（OPA、Flash、MEMS）中，OPA被认为是技术难度比较高但前景更为广阔的方案。其重要价值在于：彻底摒弃机械运动部件，从根本上解决了传统机械式激光雷达“成本高、体积大、易损坏”的量产痛点。OPA芯片可更大面积运用于激光雷达、光通信、AR/VR、量子计算等诸多领域，其重要优势在于高集成度、小型化、低功耗、无机械结构、高可靠性以及可批量CMOS制造能力。在智能网联汽车产业快速发展的背景下，OPA全固态激光雷达有望成为L4/L5级自动驾驶的重要传感器。随着硅光工艺的日益成熟和III-V激光异质集成的突破，OPA芯片的成本将持续下降。业内普遍预测，全固态OPA激光雷达将在2028年前后实现前装量产，成为推动自动驾驶技术大规模商业化落地的关键使能硬件。采用波导天线阵列，OPA在片上实现了光学扫描。透射式光学相控阵研究进展

光学相控阵技术为无人机载激光雷达提供了轻量化方案。多线光学相控阵架构

2025年4月，扬州群发光芯科技有限公司的硅光OPA中试线正式投产，这是全球首条实现硅基光学相控阵芯片规模化制备的产线。该硅光研发平台从2023年11月奠基，到2025年4月底投产，*用18个月即完成了从零到规模化生产的跨越。这条生产线采用全球**的基于波长调制的3D OPA硅光技术。这一产业化里程碑意味着光学相控阵技术正式从实验室研究阶段迈入规模化制造阶段。在此之前，硅基OPA芯片的制备主要依赖高校和研究所的实验室工艺线，产能极为有限、良率不稳定、成本居高不下，严重制约了其在激光雷达、光通信等领域的商业化应用。中试线的投产将有望大幅降低OPA芯片的制造成本、提升产品一致性和可靠性，为全固态激光雷达的量产铺平道路。多线光学相控阵架构

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