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1×N+N×1叠层二维OPA
资料介绍
一、基本结构与原理
1×N + N×1叠层二维光学相控阵（Optical Phased Array, OPA）是一种基于叠层架构设计的二维光束扫描器件，核心结构由两个一维OPA沿垂直方向堆叠而成：第一层为1×N线阵，负责完成一个维度的光束偏转控制；第二层为N×1线阵，负责完成另一个垂直维度的光束偏转控制。两个一维阵列沿光传播方向级联，依次对入射光的相位进行调制，最终实现二维方向的光束扫描。
与传统的N×N二维OPA相比，叠层架构最显著的特点是减少了相位调制器的总数量：N×N二维OPA需要N²个独立可控的相位调制单元，而1×N + N×1叠层OPA仅需要2N个相位调制单元，当阵列规模N较大时，该架构可以大幅降低器件的制备复杂度、控制通道数量以及整体功耗，为大规模二维OPA的实用化提供了更简洁的实现路径。
二、工作过程
光束扫描的完整过程分为两个阶段：首先，平行入射光输入到1×N一维线阵中，每个调制单元通过施加独立的相位控制电压，按照预期偏转角度计算得到对应的相位梯度分布，对入射光在第一个维度（设为X方向）进行相位调制，使输出光束在X方向实现指定角度的偏转；经过X方向调制后的光束，再耦合输入到垂直于X方向排布的N×1一维线阵中，该阵列同样按照目标偏转角度计算Y方向的相位梯度，对光束进行第二次相位调制，最终使输出光束在Y方向完成指定角度偏转，通过两个独立维度的相位控制组合，即可实现二维平面内任意方向的光束输出。
由于两个维度的相位控制相互独立，该架构的相位计算过程可分解为两个一维问题，不需要进行复杂的二维相位优化，降低了控制算法的复杂度。同时，叠层结构使得每个维度的阵列可以分别优化设计，比如针对不同的扫描范围要求调整两个维度的单元间距，匹配不同的性能需求。
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