硅光学相控阵成品

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。近期研究提出了一种四向圆形光学相控阵，用于在可见光波长下实现均匀的二维光束偏转。与传统线性或矩形阵列不同，圆形阵列将发射单元沿圆周布置，通过控制不同方位角上的相位分布实现***的二维扫描。四向设计意味着阵列被划分为四个象限，每个象限**控制，可覆盖整个360°方位角范围。。。。。不同材料体系（如聚合物）赋予OPA不同的性能特点。硅光学相控阵成品

超表面（Metasurface）是由亚波长尺度的共振单元（如纳米柱、缝隙环等）组成的二维人工结构，能够对入射光的振幅、相位和偏振进行任意操控。将超表面与光学相控阵结合，诞生了“超表面光学相控阵”这一新兴方向，它有望彻底解决传统OPA的栅瓣和扫描视场限制。其原理是：每个超表面单元本身即可提供0~2π范围的相位调制，且无需长距离波导传输，通过外部电场、温度或光学泵浦改变超表面单元的谐振状态，即可动态调控局部相位响应。。了解光学相控阵旁瓣抑制温度漂移可通过闭环反馈控制系统进行实时补偿。

光学相控阵实现光束控制的重要在于对阵列输出端面处光场复振幅分布的精确定制。假设阵列包含N个等间距排列的发射单元，第i个单元的输出光场可表示为 E_i = A_i · exp[j(ωt + φ_i)]，其中A_i为振幅，φ_i为该单元引入的相位延迟。在远场观察点P处，总场强为各单元贡献的相干叠加：E_total(θ) = Σ_i A_i · exp[j(φ_i + k·r_i·sinθ)]，其中k=2π/λ为波数，r_i为第i单元相对于参考点的位置矢量。通过对相位序列{φ_i}施加不同形式的空间分布，即可实现丰富的波前操纵功能：当φ_i线性递增（即φ_i = i·Δφ）时，远场干涉主极大将出现在满足 k·d·sinθ + Δφ = 2mπ 的方向上，从而实现光束的线性偏转扫描；当φ_i呈二次型分布时，等效于在阵列口径上叠加了一个球面波相位因子，可使出射光束在特定距离处聚焦，构成片上光学透镜的功能；当φ_i为任意预设波形时，则可生成诸如贝塞尔光束、涡旋光束等特殊结构光场，用于粒子操控或量子信息处理。

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。OPA可随机生成指向，满足光学加密与安全通信需求。

二维光束扫描是实现三维环境感知的重要能力。然而，构建二维光学相控阵面临巨大的工程挑战——阵元数量呈平方增长，导致移相器驱动功耗、芯片面积和布线密度性增加。一种巧妙的折衷方案是“一维相控+波长调谐”，即利用相位控制完成横向偏转，同时利用光栅发射器的波长色散特性（衍射角随波长变化）实现纵向偏转。该方案只需一维相位阵列，配合可调谐激光器即可在二维平面内完成扫描。基于光子集成相控阵的多波束通信系统研究表明，通过波长与电压协同调谐，可获得11.25°的垂直扫描范围与60°的水平扫描范围。群发光芯的OPA技术方案同样采用波长调谐路线，相较于传统的电光调谐和热光调谐技术，具有更高的集成度和稳定性、更广的扫描角度和更低的损耗。这一技术路径大幅降低了二维OPA的系统复杂度和制造成本，使全固态激光雷达的大规模部署成为可能。光学相控阵可对经过大气扰动的波前进行实时校正。机器人光学相控阵雷达

OPA无需预热即可进入稳定的精确指向工作状态。硅光学相控阵成品

除了自动驾驶这一比较大的应用市场，OPA激光雷达在机器人导航、建筑与地形测绘等领域同样具有广阔的应用前景。服务机器人、仓储AGV和工业机械臂对感知系统有着与自动驾驶相似但略有不同的要求——它们同样需要高精度三维空间感知能力，但对成本更为敏感、对体积要求更为苛刻。OPA激光雷达采用全固态的波束控制方案，有望推动激光雷达实现小型化与轻量化目标，使其适应多样化的应用需求。力策科技正持续为车载、机器人、智慧工业等领域带来可靠、高效的感知解决方案。在工业自动化领域，OPA激光雷达可用于高精度三维测量、质量检测和产线监控；在建筑与地形测绘中，其快速扫描和高分辨率特性可大幅提升测绘效率。随着OPA芯片成本的持续下降，这一技术有望从高价汽车市场向下渗透至更更广阔的工业和消费级应用场景。硅光学相控阵成品

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