光波导光学相控阵架构

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。光学相控阵技术正从实验室走向实际的工程化应用。光波导光学相控阵架构

在应用层面，全固态OPA激光雷达预计在2028年前后实现前装量产，成为L4/L5级自动驾驶的重要传感器；自由空间光通信终端将在低轨卫星星座中得到普遍部署，支撑全球宽带覆盖；而在生物医学和消费电子（如AR/VR空间光操控）领域，OPA也将迎来爆发性增长。当然，要实现这一蓝图，还需在芯片制造良率、热管理方案、标准化接口和成本控制上付出持续努力。总体而言，光学相控阵正从实验室走向产业化的关键转折期，其技术深度和广度都决定了它将成为未来光电子领域的战略性支撑技术之一。光学相控阵雷达光学相控阵的能耗主要来源于相位调制单元的驱动。

“二维相控阵”方案，即阵元在X-Y平面上呈二维排列，每个单元或每行/列配置单独的移相器，通过二维相位分布即可在任意方向上偏转。二维阵列的优点是扫描速度快、方向灵活，但面临着巨大的工程挑战——阵元数量呈平方增长（如100×100=10000通道），导致移相器驱动功耗、芯片面积和布线密度boom性增加；同时，二维分布使得栅瓣问题更加复杂，非均匀优化在高维空间中的计算量极大。折衷方案是“稀疏二维阵列”或“行列联合驱动”，将二维相位分解为行向量和列向量的外积，从而将控制维度从N²压缩至2N，但舍弃了部分灵活性和波束质量。

热光移相器利用硅材料的热光系数（dn/dT ≈ 1.86×10⁻⁴ K⁻¹），通过加热改变局部折射率从而引入相位变化，其优点在于热串扰低、相位线性好，缺点是热响应时间受热扩散限制（典型值10~100 μs），且功耗随阵元数线性增加（每移相器约数毫瓦）。电光移相器则利用等离子体色散效应，通过正向注入或反向偏置改变载流子浓度以调节折射率，响应速度可达纳秒级，但伴随较大的插入损耗（尤其是载流子吸收）和非线性效应。硅基OPA的扫描视场受限于光栅发射器的方向性带宽和移相器可实现的相位范围，目前典型值在±30°至±50°之间，通过级联多个光栅或采用非周期阵列可扩展至120°以上。加利福尼亚大学、麻省理工学院和上海科技大学等机构已先后研制出256通道乃至512通道的硅光OPA芯片，在激光雷达演示中实现了10米级距离的分辨率成像。通过编程控制相位分布，可灵活设定任意扫描模式。

为应对5G向6G演进过程中对通信容量的迫切需求，研究者基于集成光学相控阵芯片研制了一套支持自由空间多波束相干光通信系统。该系统通过引入爬山算法自适应调控16个光学天线的出射光束初始相位，实现了灵活的波束赋形与高精度指向控制。实验表明，该系统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。为验证多波束通信能力，实验进一步结合波分复用（WDM）技术，选用四个不同波长作为单独载波。每个空间信道加载16-QAM调制的20GBaud信号。这一系统支持多目标动态接入，可在宽视场内实现实时波束切换与多用户并行通信，全程无需机械运动部件。光学相控阵波束形成已被明确列为支撑天地一体化通信网络架构的三大核心技术之一。采用非均匀阵元排布可有效抑制光栅旁瓣电**射式光学相控阵分析

设计中需权衡扫描角度、分辨率与驱动复杂度三者关系。光波导光学相控阵架构

国内洛微科技、一径科技和力策科技等初创公司也相继发布了自己的OPA芯片样机。然而，OPA激光雷达仍面临几大产业化障碍：一是芯片制造良率低，尤其是大规模波导阵列的相位一致性难以保证，需每片单独校准；二是激光光源耦合效率有限，且高功率激光注入芯片易引发非线性效应和热应力；三是环境适应性——在-40℃~85℃车规温度范围内，硅材料的热光系数变化会导致相位漂移，必须集成片上温度传感器和自适应补偿回路。克服这些问题需要上下游产业链协同攻关，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。光波导光学相控阵架构

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。