二维光学相控阵检测 深圳力策科技供应

　　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。与此同时，国内还出现了基于无源对准倒装芯片键合技术的混合集成III-V族-硅光学相控阵芯片方案，通过引入单芯片中的多线OPA实现了大范围的垂直光束转向。高功率适用的环形阵列硅基光学相控阵芯片及优化方法也获得了发明专利授权。从技术突破到产线落地，中国在硅光OPA的产业化进程中正加速追赶并有望实现**。OPA用于光学神经网络的片上光互连与权重调制。二维光学相控阵检测

　　硅基光学相控阵的主流平台是SOI（绝缘体上硅），但氮化硅（Si?N?）平台因其更宽的透光窗口和更低的非线性损耗，正在成为OPA研究的新兴方向。近期研究提出并演示了一种基于氮化硅平台的宽带二维多波束光学相控阵（MOPA）。该器件基于Butler矩阵实现了四光束的并行二维偏转。Butler矩阵是一种无源的微波网络，可将输入信号分配到多个输出端口并引入特定的相位差，从而在无需移相器的情况下实现多波束形成。将其集成到氮化硅OPA中，意味着多波束的生成不再依赖复杂的移相器阵列和驱动电路，大幅降低了系统复杂度和功耗。氮化硅平台的另一优势在于其热光系数较低，对温度变化不敏感，有利于在宽温度范围内保持相位稳定性。该研究为并行自由空间光通信提供了新的硬件方案——四个单独可控的光束可同时服务四个不同的用户或目标，将通信容量提升四倍而无需增加额外的芯片面积。反射式光学相控阵验证光学相控阵为空间非合作目标识别提供了新的技术途径。

　　光学相控阵实现光束控制的重要在于对阵列输出端面处光场复振幅分布的*定制。假设阵列包含N个等间距排列的发射单元，第i个单元的输出光场可表示为 E_i = A_i · exp[j(ωt φ_i)]，其中A_i为振幅，φ_i为该单元引入的相位延迟。在远场观察点P处，总场强为各单元贡献的相干叠加：E_total(θ) = Σ_i A_i · exp[j(φ_i k·r_i·sinθ)]，其中k=2π/λ为波数，r_i为第i单元相对于参考点的位置矢量。通过对相位序列{φ_i}施加不同形式的空间分布，即可实现丰富的波前操纵功能：当φ_i线性递增（即φ_i = i·Δφ）时，远场干涉主极大将出现在满足 k·d·sinθ Δφ = 2mπ 的方向上，从而实现光束的线性偏转扫描；当φ_i呈二次型分布时，等效于在阵列口径上叠加了一个球面波相位因子，可使出射光束在特定距离处聚焦，构成片上光学透镜的功能；当φ_i为任意预设波形时，则可生成诸如贝���尔光束、涡旋光束等特殊结构光场，用于粒子操控或量子信息处理。

　　“二维相控阵”方案，即阵元在X-Y平面上呈二维排列，每个单元或每行/列配置单独的移相器，通过二维相位分布即可在任意方向上偏转。二维阵列的优点是扫描速度快、方向灵活，但面临着巨大的工程挑战——阵元数量呈平方增长（如100×100=10000通道），导致移相器驱动功耗、芯片面积和布线密度boom性增加；同时，二维分布使得栅瓣问题更加复杂，非均匀优化在高维空间中的计算量极大。折衷方案是“稀疏二维阵列”或“行列联合驱动”，将二维相位分解为行向量和列向量的外积，从而将控制维度从N2压缩至2N，但舍弃了部分灵活性和波束质量。光学相控阵促进了激光加工中光束转向的灵活性。

　　自由空间型光学相控阵以液晶空间光调制器（LC-SLM）和MEMS微镜阵列为是，其特点在于光信号在自由空间传播，通过分立器件引入相位调制。液晶光学相控阵（LCOPA）是更为成熟的技术路线之一，它利用液晶分子的电控双折射效应——在两片透明导电玻璃之间填充向列相液晶，施加空间变化的电压后，液晶分子主轴沿电场方向重新取向，导致寻常光与非寻常光的折射率差Δn随电压变化，从而对透射光束引入可编程的相位延迟Δφ = (2π/λ)·Δn·d，其中d为液晶层厚度。通过将电极制作成单独寻址的条形阵列（典型宽度数微米至数十微米），即可在每个像素上单独控制电压，形成一维或二维相位分布。LCOPA的优势明显：驱动电压低（通常≤10V）、功耗极小（毫瓦级）、制造成本相对低廉，且已实现数千至上万个像素的大规模阵列，能够产生复杂相位图案。通过编程控制相位分布，可灵活设定任意扫描模式。二维光学相控阵检测

　　波长调谐可辅助OPA进一步拓展有效扫描视场。二维光学相控阵检测

　　薄膜铌酸锂（TFLN）因其***的电光系数和低光学损耗，被视为下一代超高速光学相控阵的理想平台。然而，这一材料体系存在一个根本性的物理短板——铌酸锂的折射率（约2.2）远低于硅（约3.5），导致其对光的束缚能力***较弱。在同等波长条件下，TFLN波导中的光场更容易泄露至包层，造成相邻波导之间的光学串扰加剧，进而在远场辐射中产生远比硅基OPA更为严重的旁瓣。在远距离空间光通信和激光雷达目标探测等应用中，高旁瓣意味着主瓣能量被分散、光斑质量劣化，直接限制了通信距离和探测精度。二维光学相控阵检测

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