微纳平台光学相控阵旁瓣抑制

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。实时相位监测技术可有效抑制环境扰动带来的影响。微纳平台光学相控阵旁瓣抑制

一维光束扫描（只水平或垂直方向）相对容易实现，而实用化的激光雷达和成像系统要求二维视场覆盖（即同时具备方位角和俯仰角扫描能力）。目前实现二维扫描主要分为两种技术路径：其一是“一维相控+波长调谐”方案，即利用相位控制完成横向（X方向）偏转，同时利用光栅发射器的波长色散特性（衍射角随波长变化）实现纵向（Y方向）偏转。该方案只需一维相位阵列，配合可调谐激光器（如DFB激光器或外腔激光器）即可在二维平面内形成Lissajous扫描轨迹，系统简洁，但受限于激光器的调谐范围和速率，纵向扫描帧率通常较低且与横向不同步，限制了实时成像性能。反射式光学相控阵功耗光学相控阵对振动环境不敏感，抗震性能优越。

星间激光通信是构建天地一体化信息网络的核心技术之一。传统星间激光通信终端依赖两轴伺服机构进行光束对准，重量可达数公斤，功耗高达百瓦级，严重制约了卫星载荷的轻量化设计。光学相控阵的出现为星间激光通信带来了变化性的变化——OPA芯片只重几十克，功耗只数瓦，且没有任何运动部件，天然具备航天级的高可靠性。欧洲航天局（ESA）已启动相关项目，研究基于液晶OPA的星间相干光通信终端。OPA在星间通信中的重要价值包括：快速捕获与跟踪——微秒级波束切换速度可大幅缩短星间链路的建立时间；抗振性能优异——无机械部件意味着对卫星平台振动的容忍度大幅提升；多波束能力——一颗卫星可同时与多颗卫星建立链路，构建动态光网络。随着全球低轨卫星星座的大规模部署，OPA星间激光通信终端有望成为空间信息基础设施的标准配置。

自由空间光通信以大气为信道，光束在大气信道中传输时会受到湍流的严重影响——大气湍流引起光束传输路径上折射率的随机起伏，导致光束漂移、光斑扩展、到达角起伏和强度闪烁等现象。光学相控阵的快速波前校正能力恰好可以部分补偿湍流引起的相位畸变。其原理是：在接收端，OPA阵列作为波前传感器，通过检测各阵元接收到的光场相位分布，反推出大气湍流引入的波前畸变；随后在发射端，OPA加载反向的相位补偿分布，对出射光束进行预畸变，使其在传输过程中抵消湍流影响，更终在接收端形成接近衍射极限的光斑。这一自适应光学功能要求OPA的相位调控速度必须快于湍流的演变速度（通常为毫秒至亚毫秒级）。结合快速收敛的相位校准算法，OPA自适应光学系统有望在大气光通信中实现长距离、高可靠性的数据传输。这使OPA不只是光束转向器件，更成为大气信道补偿的重要处理器件。水下探测中，OPA用于蓝绿激光束的快速扫描与定位。

传统视距（LoS）光通信系统依赖笨重的透镜，在存在障碍物的场景中面临尺寸和灵活性的限制。吉林大学与鹏城实验室的研究团队头次演示了采用硅基光学相控阵（OPA）收发器的全双工视距光通信系统。该系统在120°的宽广视场范围内实现了全双工通信。这一成果的关键创新在于将OPA同时用作发射和接收器件，实现了双向光链路的芯片级集成。传统光通信系统需要单独的发射和接收光学路径，而OPA收发器通过时分或波分复用方式在同一芯片上完成双向通信。120°的宽视场覆盖意味着即使在非视距（NLoS）条件下——例如光束经墙面反射后到达接收端——系统仍能维持通信链路。这极大拓展了室内光通信的应用场景，使OPA光通信从“点对点对准”走向“面覆盖灵活接入”。该成果为下一代无线网络中的高灵活度、高集成度光通信系统提供了全新的收发架构。OPA的扫描轨迹可由软件任意定义，无需改动硬件。分析光学相控阵发展

高功率应用中，OPA的光学损伤阈值是需要关注的重点。微纳平台光学相控阵旁瓣抑制

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。微纳平台光学相控阵旁瓣抑制

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。