微纳平台光学相控阵设计

调频连续波（FMCW）技术与光学相控阵（OPA）的结合，被公认为全固态光探测与测距（LiDAR）更有前景的技术路径之一。传统并行激光测距依赖数十甚至数百个单独激光二极管阵列，极大地增加了成本和组装难度。而微梳（Microcomb）只由单个激光器泵浦即可产生数十个单独波长的通道，为并行感知提供了全新的光源方案。Nature Communications发表的一项突破性研究提出并实验演示了硅基集成OPA与光学频率微梳相结合的并行LiDAR系统。为实现符合瑞利判据的并行波长发射，研究团队利用超越单模区的宽波导结合连续域束缚态（BIC）效应，获得了超长光栅天线阵列。单孤子梳产生多个不同波长的通道，与高性能集成OPA相结合，成功演示了基于FMCW方法的相干三维成像。这一成果为开发全固态、超高帧率相干LiDAR系统铺平了道路，有望将激光雷达的成像帧率从当前的数十帧/秒提升至数千帧/秒级别。通过级联多个OPA，可获得更大的等效扫描孔径。微纳平台光学相控阵设计

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。固态光学相控阵光学相控阵与计算成像结合，可实现超分辨率重构。

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。

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。光学相控阵在相干探测系统中增强了信号光收集效率。

微波光子相控阵（Microwave Photonic Phased Array）是光学相控阵技术在射频领域的延伸应用，其**思想是利用光子学方法产生、处理和分配微波信号，从而实现宽带、灵活、抗波束倾斜的相控阵雷达系统。传统电子学相控阵采用移相器*改变载波相位，但对于宽带信号（如高分辨率雷达的线性调频脉冲），不同频率分量经过移相器后会产生不同的时延差，导致波束随频率发散，即“波束倾斜”效应。光学真延时（Optical True Time Delay, OTTD）技术完美解决了这一问题——通过可调光延时线（如光纤延迟线、光开关延时网络或环形谐振腔）直接控制每个阵元的信号传播时延，使得所有频率分量经历相同的延迟，从而在整个瞬时带宽内保持波束方向恒定。光学相控阵技术正从实验室走向实际的工程化应用。微纳平台光学相控阵设计

波长调谐可辅助OPA进一步拓展有效扫描视场。微纳平台光学相控阵设计

随着硅光工艺的成熟和III-V激光异质集成的突破，OPA芯片正从实验室走向产业化。据市场研究机构统计，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。OPA硅光芯片广泛应用于车载激光雷达、自动驾驶感知、3D成像、自由空间光通信（FSO）、AR/VR空间感知以及重要安防探测系统。在光通信领域，OPA芯片的重要优势在于高集成度、小型化、低功耗、无机械结构、高可靠性以及可批量CMOS制造能力。多家光通信、AI算力领域的行业头部企业技术专业人士认为，OPA硅光芯片大带宽、低延迟、低功耗、高集成度的特性，完美契合当前技术发展的核心需求。随着全球首条OPA硅光芯片中试线的投产，OPA光通信芯片有望在未来三至五年内实现规模化量产，推动自由空间光通信从高价专门用场景走向大众化应用。微纳平台光学相控阵设计

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