光波导光学相控阵激光雷达

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。自适应波束成形让OPA能够根据环境反馈智能调整。光波导光学相控阵激光雷达

硅基光学相控阵的主流平台是SOI（绝缘体上硅），但氮化硅（Si₃N₄）平台因其更宽的透光窗口和更低的非线性损耗，正在成为OPA研究的新兴方向。近期研究提出并演示了一种基于氮化硅平台的宽带二维多波束光学相控阵（MOPA）。该器件基于Butler矩阵实现了四光束的并行二维偏转。Butler矩阵是一种无源的微波网络，可将输入信号分配到多个输出端口并引入特定的相位差，从而在无需移相器的情况下实现多波束形成。将其集成到氮化硅OPA中，意味着多波束的生成不再依赖复杂的移相器阵列和驱动电路，大幅降低了系统复杂度和功耗。氮化硅平台的另一优势在于其热光系数较低，对温度变化不敏感，有利于在宽温度范围内保持相位稳定性。该研究为并行自由空间光通信提供了新的硬件方案——四个单独可控的光束可同时服务四个不同的用户或目标，将通信容量提升四倍而无需增加额外的芯片面积。分析光学相控阵雷达光学相控阵赋能激光显示，实现无像素化的动态投影。

另一个重要应用是光遗传学——利用OPA在脑组织内产生多个单独可控的光刺激光斑，能够同时对不同神经元群体进行时空精确的光刺激，帮助解析神经环路功能。斯坦福大学团队已将OPA器件植入小鼠脑部，实现了对皮层区域数十个位点的并行光刺激，时间精度达到微秒级。在光学相干层析成像（OCT）中，OPA可以替代传统的机械参考臂扫描，实现更快速、更稳定的干涉信号采集，有望将OCT的成像帧率从数十帧/秒提升至数千帧/秒，从而对心脏、视网膜等动态***进行四维（3D+时间）成像。不过，生物医学应用对波长（需用近红外“生物窗口”）和安全性（激光功率受限）有特殊要求，OPA芯片的损耗和光功率预算必须谨慎设计，同时需通过生物相容性封装确保长期植入的安全性。这一交叉领域虽仍处早期探索阶段，但因其巨大的临床转化潜力，正吸引越来越多光学和生物医学工程团队的关注。

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。通过优化阵元排布，可有效抑制次级衍射条纹。

光纤光学相控阵（Fiber-Optical Phased Array, FOPA）是另一种重要的自由空间型方案，它通过将高功率光纤放大器输出的多路子光束进行相位锁定和相干合成，在远场形成高亮度、可转向的单一主瓣。与液晶方案不同，FOPA的每个阵元是一根**的光纤尾纤及其准直器，光纤内传播的光信号经由电光或声光调制器引入相位控制，再通过空间合束系统（如分光镜、微透镜阵列或衍射光栅）将所有子束投射至同一远场区域。FOPA**突出的优势在于其极高的功率处理能力——单根光纤放大器可输出数十瓦至数百瓦功率，数百路合成后总功率可达万瓦级，这在激光定向能武器和远距离深空光通信中具有不可替代的价值。通过相干合成，多个OPA单元可协同实现更高功率输出。小型化光学相控阵光波

光学相控阵的扫描完全安静且无机械磨损。光波导光学相控阵激光雷达

近年来，薄膜铌酸锂（Thin-Film Lithium Niobate, TFLN）平台以其很好的电光系数（r₃₃ ≈ 30.9 pm/V）和极低的光学损耗，成为光学相控阵领域的新兴宠儿。与硅材料依赖载流子效应不同，铌酸锂的线性电光效应（普克尔效应）能够在不引入额外吸收损耗的前提下实现高速、高线性度的相位调制，其调制带宽可达上百GHz，而功耗只为硅基热光方案的十分之一左右。更重要的是，TFLN波导结构可采用智能切片（SmartCut）和干法刻蚀技术制备，形成亚微米级的高约束脊型波导，与硅光工艺有一定兼容性。光波导光学相控阵激光雷达

深圳力策科技有限公司，成立于2013年，由多位光电子、半导体、计算机科学等专业博士创办，面向服务机器人、工业自动化、智能汽车等领域提供商业化的导航、避障型激光雷达产品。团队以开发高性能激光雷达为目标，以实现激光雷达芯片技术为愿景，致力于推动新型激光雷达在不同行业的实用化。公司经营采用IDM模式，自建产线与实验室推动激光雷达的规模量产与OPA芯片研发，目前在深圳与东莞松山湖均建立了研发基地与工厂。在OPA技术领域积累多年，已获得多项前沿成果。