固态光学相控阵图解

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。可见光波段的OPA在增强现实（AR）显示中具有直接应用价值——可将虚拟图像直接投射到用户视网膜上，无需 bulky 的自由空间光学系统。在光学成像领域，可见光OPA可实现超快速的无机械扫描共聚焦显微成像。然而，可见光OPA的实用化仍受限于两个瓶颈：一是可见光波段的高效移相器（尤其是低损耗的电光移相器）尚不成熟；二是可见光在硅波导中的吸收损耗较大，需采用氮化硅或铌酸锂等宽禁带材料。OPA的光束发散角可通过变迹技术进行有效控制。固态光学相控阵图解

基于硅波导实现的硅基光学相控阵是当前全固态激光雷达**受瞩目的技术路线。片上集成光学相控阵采用半导体工艺可以将众多光学元件集成在同一个芯片上，在尺寸、成本、稳定性等方面展现出了突出的优势，为新一代全固态激光雷达提供了技术路线。当前，无人自主系统对激光雷达提出了微型化、低功耗及多功能一体化的要求。硅基OPA芯片采用CMOS兼容工艺制造，可利用成熟的半导体量产平台实现大规模生产。据市场研究统计，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，年复合增长率为22.0%。随着硅光工艺成熟与III-V激光异质集成突破，OPA芯片有望进入规模化降本阶段。低成本光学相控阵国内厂家OPA可协同工作，构建大面积的分布式光束阵列。

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。

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。均匀相位步进保证了光束偏转角度的良好线性度。

多波束光学相控阵是近年来OPA技术的重要发展方向。它能够在同一芯片上实现多光束的同步成形，为高帧率探测、多目标追踪以及多用户并行通信提供了可能。浙江大学时尧成教授团队提出一种新型架构，头一回将多波束设计引入二维光学相控阵列，并赋予其全新的工作自由度。该团队研究设计了一种低功耗的多波束OPA方案。多波束OPA的重要价值在于将光通信从“串行”推向“并行”——传统单波束系统同一时刻只能服务一个用户或扫描一个方向，而多波束系统可同时完成多项任务。在激光雷达中，多波束可同时探测多个方向，大幅提升点云刷新率；在光通信中，多波束可同时服务多个用户，成倍提升系统容量；在感知通信一体化中，多波束可同时完成环境感知和数据传输。这一技术的成熟将使OPA从“单一功能器件”进化为“多功能光场处理器”。微秒级的响应速度让OPA能够快速捕获动态目标。硅光学相控阵旁瓣抑制

光学相控阵赋能激光显示，实现无像素化的动态投影。固态光学相控阵图解

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。固态光学相控阵图解

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。