有源光学相控阵ASIC

AI大模型训练对集群内互连带宽的需求以每年数倍的速度增长，传统铜互连在传输距离、带宽密度和功耗方面已接近物理极限。OPA硅光芯片为这一困境提供了根本性的解决方案。在带宽方面，光互连的传输速度约是电子芯片的千倍；在延迟方面，光信号在芯片间的传输延迟接近光速，远低于电信号在铜线上的传输延迟；在功耗方面，光互连的能耗比电互连低一个数量级以上。曦智科技发布的光跃LightSphere X分布式全光互连芯片及超节点解决方案，是国内较早光互连光交换的GPU超节点方案，已即将落地上海仪电的国产算力集群。这一方案的重要正是基于光学相控阵技术的光交换和光互连能力。随着AI模型参数规模从千亿迈向万亿，OPA光互连将成为支撑超大规模AI算力集群的“神经网络”。OPA无需预热即可进入稳定的精确指向工作状态。有源光学相控阵ASIC

传统车载激光雷达依赖旋转棱镜、振镜或MEMS微镜等机械部件实现光束扫描，这些方案在可靠性（旋转部件寿命有限）、成本（精密组装和校准）和体积方面难以满足前装量产车规要求。光学相控阵（OPA）激光雷达的出现被业界视为未来解决方案，因为它彻底摒弃了所有运动部件，将光束控制全部集成于芯片之上，实现了“全固态、芯片化、低成本”的三大愿景。OPA通过相位控制实现非机械式扫描，具有芯片化、质量轻、稳定性好的特点，同时兼具扫描速度快、扫描精度高的优点，能够大幅降低激光雷达系统的体积、重量、功耗和成本。OPA纯固态激光雷达长久以来被视为激光雷达的更终形态，以纯芯片结构激发万众期待。力策科技深耕OPA技术十年，已凭借OPA电扫式光栅纯固态激光雷达芯片斩获「电子科学技术奖·技术发明奖」，标志着OPA激光雷达正从实验室走向真实的工程化迭代。有源光学相控阵ASIC铌酸锂材料制成的OPA具备极高的电光响应速度。

评价一套光学相控阵系统的优劣，通常涉及多个相互关联且往往相互制衡的性能指标。首先是扫描视场，即主波束能够在空间偏转的比较大角度范围，它由阵元间距和移相器可实现的相位延迟上限共同决定；。其次是角分辨率，指系统能够区分的很小角度间隔，由阵列总孔径尺寸D（D=N·d）决定，衍射极限下的半功率波束宽度约为 θ_beam ≈ λ/D，因此增大阵列尺寸可直接提升分辨率，但这同时会增加通道数和功耗。第三是扫描速度，即波束从一个方向切换到另一方向所需的时间，不同应用对速度要求截然不同（如汽车雷达需<1ms，而星间捕获可允许秒级）。第四是插入损耗，包括分光损耗、波导传输损耗、移相器附加损耗和耦合器辐射损耗，过高的损耗会降低系统能量利用率和探测信噪比。第五是旁瓣抑制比（SLL），定义为主瓣峰值与比较大旁瓣峰值之比，是衡量光束质量的关键指标，通常要求SLL > 10 dB以规避虚假目标干扰；栅瓣作为特殊的周期性旁瓣，需通过非均匀阵元分布或方向图赋形予以抑制。之后，功耗与热管理在大规模阵列中尤为重要——每通道数毫瓦到数十毫瓦，对于千通道芯片即数瓦至数十瓦，需设计高效散热结构以维持相位稳定性。

光学相控阵的价值远非只局限于光束偏转，其真正的魅力在于通过空间相位分布的灵活设计实现任意波束成形（Beamforming），即生成具有特定强度分布、相位分布或轨道角动量的结构光场。波束成形的基本原理是傅里叶光学——阵列口径上的近场相位分布与远场复振幅分布互为傅里叶变换对，因此只要在近场加载合适的相位掩模，即可在远场投影出任意图案。例如，加载菲涅尔透镜相位因子（φ(r)=πr²/λf）可使出射光束在距离f处汇聚成焦点，且该焦距可通过改变二次相系数实时调节，实现片上变焦透镜功能；加载螺旋相位因子（φ(θ)=l·θ）则可生成携带轨道角动量（OAM）的涡旋光束，l为拓扑荷数，该光束在传播过程中具有相位奇点和甜甜圈状的强度分布，可用于光镊操纵微粒、超分辨成像以及高维光通信编码。光学相控阵与计算成像结合，可实现超分辨率重构。

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能够同时形成多个波束，实现多目标跟踪。硅基光学相控阵检测

光学相控阵的能耗主要来源于相位调制单元的驱动。有源光学相控阵ASIC

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。有源光学相控阵ASIC

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