集成光学相控阵研发水平

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。该技术有望成为未来激光雷达系统的标准配置。集成光学相控阵研发水平

尽管前景广阔，OPA激光雷达的规模化应用仍面临若干关键工程挑战。首先是芯片制造良率问题——大规模波导阵列的相位一致性难以保证，需每片单独校准。其次是激光光源的耦合效率问题，高功率激光注入芯片易引发非线性效应和热应力。第三是环境适应性问题——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。第四是栅瓣抑制问题——由于光波的波长较短且受制造技术水平限制，光学相控阵在远场会产生比较严重的栅瓣问题。研究者们正在通过多种方案加以解决，包括非等间距阵列布局、阵元方向图编辑以及基于超表面的亚波长阵列等。中试线的建立正是为了解决这些工程化难题——通过工艺验证和优化，将实验室技术转化为可批量生产的成熟产品。集成光学相控阵研发水平温度漂移可通过闭环反馈控制系统进行实时补偿。

传统车载激光雷达依赖于旋转棱镜、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（需单独封装）方面难以满足前装量产车规要求。光学相控阵固态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。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。

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。铌酸锂材料制成的OPA具备极高的电光响应速度。

OPA激光雷达的优势包括：① 可靠性大幅提升——无摩擦损耗，理论寿命可达10万小时以上，抗振动冲击能力强；② 扫描速度极快——微秒级甚至纳秒级波束切换，可实现逐点随机扫描，有效规避运动模糊，提高点云刷新率；③ 可编程性强——根据路况动态调整扫描模式（如感兴趣区域加密扫描、稀疏区域快速掠过），优化资源分配；④ 体积紧凑——整个光学引擎可集成在指甲盖大小的芯片上，便于嵌入车身翼子板或前大灯内。目前全球已有数十家企业投入OPA激光雷达的研发，Quanergy公司率先推出S3系列产品，采用硅光OPA和FMCW测距技术，探测距离达200米，水平视场120°，垂直视场20°，分辨率0.1°。高速切换能力使OPA适于建立灵活的自由空间光互连。国产光学相控阵optical

光学相控阵能够将光束能量精确聚焦于指定空间点。集成光学相控阵研发水平

在任何实际的OPA系统中，制造误差、热漂移、材料不均匀性和老化效应都会在各通道间引入不可预测的相位偏差，严重时甚至完全破坏相干合成效果。因此，相位校准是OPA从实验室走向实用化的必经之路。常用的校准方法可分为“离线开环校准”和“在线闭环校准”两类。离线校准通常在出厂前完成，利用外接参考光源和干涉仪测量每个通道的初始相位误差，并将补偿值固化在驱动电路中，但这无法应对工作环境变化。在线校准则利用系统自身的反馈信号实时调整相位，典型方案包括：① 在芯片上集成监控光电探测器，测量部分泄露光或背向散射光的干涉强度，通过抖动每一路相位并观察探测器输出变化，利用梯度下降法迭代收敛至比较好相位组合；② 基于远场相机图像，将当前远场光斑与目标光斑对比，计算相位误差并更新，这是更直接但耗时的方法，收敛时间随通道数增加而急剧增长；③ 采用外差干涉法，在相邻波导间引入微弱的耦合，通过测量耦合光强的拍频信号来解析两路之间的相位差，精度可达λ/100以上。集成光学相控阵研发水平

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