反射式光学相控阵器件 深圳力策科技供应

　　星间激光通信是构建天地一体化信息网络的核心技术之一。传统星间激光通信终端依赖两轴伺服机构进行光束对准，重量可达数公斤，功耗高达百瓦级，严重制约了卫星载荷的轻量化设计。光学相控阵的出现为星间激光通信带来了变化性的变化——OPA芯片只重几十克，功耗只数瓦，且没有任何运动部件，天然具备航天级的高可靠性。欧洲航天局（ESA）已启动相关项目，研究基于液晶OPA的星间相干光通信终端。OPA在星间通信中的重要价值包括：快速捕获与跟踪——微秒级波束切换速度可大幅缩短星间链路的建立时间；抗振性能优异——无机械部件意味着对卫星平台振动的容忍度大幅提升；多波束能力——一颗卫星可同时与多颗卫星建立链路，构建动态光网络。随着*低轨卫星星座的大规模部署，OPA星间激光通信终端有望成为空间信息基础设施的标准配置。光学相控阵的扫描完全安静且无机械磨损。反射式光学相控阵器件

　　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。二维光学相控阵检测相位差连续变化驱动着光束在空间中平滑扫描。

　　传统光学相控阵大多工作于单波束模式，即同一时刻只产生一个主瓣用于扫描或跟踪单一目标。然而，在许多新兴场景中（如多用户室内光通信、多目标激光雷达和并行光互连），单波束的串行处理能力严重限制了系统吞吐量和响应速度。因此，单独多光束生成成为OPA技术的重要前沿。其基本原理是线性叠加原理——阵列的远场总场强等于各单元贡献的加权和，若将相位分布分解为多个子相位分布的复数叠加，则远场会同时出现多个主瓣，每个主瓣对应一个单独的指向角。

　　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��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”。片上OPA的波导传输损耗直接影响整体插入损耗。

　　西北大学黎永前团队在TFLN-OPA研究中取得了标志性成果，他们通过构建泰勒幅值分布（Taylor distribution）的光波导阵列，有效抑制了旁瓣电平——相较于均匀幅值阵列，旁瓣抑制比提升了10dB以上，使得主瓣能量更加集中，这对远距离探测和高速通信中的信噪比改善至关重要。暨南大学团队则成功研制出完整的片上TFLN相控阵器件，采用行波电极结构实现高速相位控制，在实验中展示了光束在横向二维平面内的连续电控转向，扫描速度达到纳秒量级，且驱动电压低于5V。然而，TFLN-OPA目前仍面临一些工程难题：一是高质量大面积单晶铌酸锂薄膜的制备成本较高，且与现有CMOS产线的匹配度不如SOI；二是刻蚀工艺中铌酸锂对氟基等离子体较为敏感，侧壁粗糙度导致散射损耗增大；三是热光效应弱，难以通过热调谐补偿工艺偏差，对制造精度要求更为严苛。尽管如此，鉴于TFLN在高速光调制器领域已展现出商业化前景（如Lumentum和HyperLight公司的产品），业内普遍预测TFLN-OPA将在未来三至五年内实现样机级应用，尤其在短距超高速光互连和微波光子相控阵中发挥独特优势。OPA可随机生成指向，满足光学加密与安全通信需求。硅基光学相控阵小型化

　　光学相控阵的发展推动了集成光子学与微波系统融合。反射式光学相控阵器件

　　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。反射式光学相控阵器件

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