光波导光学相控阵扫描

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。OPA在深空探测中为远距离光通信提供高增益光束。光波导光学相控阵扫描

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。了解光学相控阵器件不断进步的OPA技术正在重塑光电系统的设计理念。

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。

在AI数据中心中，GPU之间的通信效率直接决定了集群的整体算力利用率。谷歌TPU v4、Meta Llama3等超大规模训练集群的实践经验表明：只有把交换平面搬到光层，让连接关系随作业流量实时重构，才能把GPU利用率从60%提升到90%以上。光电路交换（OCS）技术的重要价值在于实现了物理层拓扑的可重构，可针对性解决传统电交换网络在AI场景下的功耗、延迟、灵活性瓶颈。OCS已在多代TPU加速器超算集群中得到落地应用。通过三维折叠光路设计，可将9片MEMS级联成9216×9216无阻塞矩阵，满足10万GPU全互连需求。光交换技术通过动态重构网络拓扑，可明显提升集群利用率与系统可靠性。在计算技术层面，光电融合有望成为突破算力瓶颈的重要方向。光学相控阵作为光交换的重要光操控器件，将在这一变革中扮演不可替代的角色。均匀相位步进保证了光束偏转角度的良好线性度。

随着5G/6G网络对无线数据传输速率的需求式增长（6G目标峰值速率达1 Tbps），传统的射频和毫米波频段已接近香农容量极限，而光频段拥有几乎无限的可用带宽（数百THz），因此自由空间光通信（FSO）被视为超越5G的重要候选方案。光学相控阵在FSO系统中扮演着**角色，它一方面可实现发射光束的快速指向对准（无需粗笨的万向节），另一方面可通过多波束成形同时服务多个用户，且具备空分复用能力。南京大学团队构建的硅光相控阵无线光传输系统具有代表性意义——他们利用OPA芯片作为发射前端，在室内5米距离上实现了12 Gbps的单波束传输速率，且在不同用户间切换时间*为12.8微秒，远低于机械转向的数百毫秒。更令人振奋的是，OPA还支持“隐私通信”模式，即通过波束赋形将信号能量定向投射至特定接收机，而在其他方向的泄漏功率衰减超过20dB，有效防止**，这是射频全向广播无法比拟的安全优势。OPA无需预热即可进入稳定的精确指向工作状态。多平台光学相控阵扫描

采用波导天线阵列，OPA在片上实现了光学扫描。光波导光学相控阵扫描

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。光波导光学相控阵扫描

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。