硅光学相控阵现状

基于硅波导实现的硅基光学相控阵是当前全固态激光雷达**受瞩目的技术路线。片上集成光学相控阵采用半导体工艺可以将众多光学元件集成在同一个芯片上，在尺寸、成本、稳定性等方面展现出了突出的优势，为新一代全固态激光雷达提供了技术路线。当前，无人自主系统对激光雷达提出了微型化、低功耗及多功能一体化的要求。硅基OPA芯片采用CMOS兼容工艺制造，可利用成熟的半导体量产平台实现大规模生产。据市场研究统计，2025年全球OPA硅光芯片市场销售额达到3600万美元，预计2032年将达到1.42亿美元，年复合增长率为22.0%。随着硅光工艺成熟与III-V激光异质集成突破，OPA芯片有望进入规模化降本阶段。光学相控阵赋能激光显示，实现无像素化的动态投影。硅光学相控阵现状

在传统电子芯片制造领域，全球更先进的EUV（极紫外光）光刻机被海外企业垄断。而光子芯片开辟了一条全新的技术赛道——光子芯片基于成熟130nm工艺即可实现算力跃升，制造过程不需要用到EUV光刻机。这为我国集成电路产业“换道超车”、避免被“卡脖子”提供了战略机遇。OPA硅光芯片正是这一战略方向的重要抓手之一。目前，我国在光子芯片领域已具备一定的产业基础，具有较强的现实可行性。扬州群发光芯建成的全国首条OPA硅光芯片中试线，以及力策科技在OPA纯固态激光雷达芯片上的技术突破，都标志着中国在OPA硅光芯片的产业化进程中正走在前列。中国科技产业化促进会理事长惠小兵评价说，群发光芯作为国内头一个集研发设计、芯片生产、封装测试和对外销售于一体的科创企业，攻克多项核心技术。OPA硅光芯片有望成为中国在下一代光电子产业竞争中实现前沿的关键技术领域。硅光学相控阵现状OPA用于增强现实显示，可动态调控虚拟光场。

传统车载激光雷达依赖于旋转棱镜、振镜或MEMS微镜等机械部件实现光束扫描，这些方案在可靠性（旋转部件寿命有限）、成本（精密组装和校准）和体积（需单独封装）方面难以满足前装量产车规要求。光学相控阵固态激光雷达的出现被业界视为未来解决方案，因为它彻底摒弃了所有运动部件，将光束控制全部集成于芯片之上，实现了“全固态、芯片化、低成本”的三大愿景。预计未来3~5年内，随着工艺成熟和算法完善，OPA激光雷达将逐步走向量产。

光学相控阵在可见光波段的应用面临比近红外波段更为严峻的挑战——波长更短意味着阵元间距需更小（满足半波长条件），制造精度要求更高。可见光波段的OPA在增强现实（AR）显示中具有直接应用价值——可将虚拟图像直接投射到用户视网膜上，无需 bulky 的自由空间光学系统。在光学成像领域，可见光OPA可实现超快速的无机械扫描共聚焦显微成像。然而，可见光OPA的实用化仍受限于两个瓶颈：一是可见光波段的高效移相器（尤其是低损耗的电光移相器）尚不成熟；二是可见光在硅波导中的吸收损耗较大，需采用氮化硅或铌酸锂等宽禁带材料。光学相控阵技术为无人机载激光雷达提供了轻量化方案。

传统光学相控阵大多工作于单波束模式，即同一时刻只产生一个主瓣用于扫描或跟踪单一目标。然而，在许多新兴场景中（如多用户室内光通信、多目标激光雷达和并行光互连），单波束的串行处理能力严重限制了系统吞吐量和响应速度。因此，单独多光束生成成为OPA技术的重要前沿。其基本原理是线性叠加原理——阵列的远场总场强等于各单元贡献的加权和，若将相位分布分解为多个子相位分布的复数叠加，则远场会同时出现多个主瓣，每个主瓣对应一个单独的指向角。
采用波导天线阵列，OPA在片上实现了光学扫描。硅光学相控阵现状

OPA在三维形貌测量中实现了快速非接触式扫描。硅光学相控阵现状

除传统的通信和雷达领域外，光学相控阵在生物医学成像中也展现出独特的应用前景。共聚焦显微镜和光片显微镜依赖于机械扫描或振镜实现对样品的三维层析成像，其扫描速度受限于振镜惯性，且系统庞大。基于OPA的微型化扫描器可将整个扫描光路集成在光纤末端或微型探头上，实现内窥镜式的生物体成像。例如，研究者将硅光OPA芯片封装于直径只为3 mm的圆柱形探头内，通过二维光束扫描对组织样品进行快速照明，配合荧光或光学相干层析（OCT）探测，可获得高帧率的三维图像，且扫描范围可达1×1 mm²，分辨率接近衍射极限。硅光学相控阵现状

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