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硅基光子集成光学相控阵

更新时间：2026-07-24 08:12:48 大小：17K 上传用户：潇潇江南查看TA发布的资源 标签：光子光学相控阵 下载积分：2分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

一、基本概念与核心原理

1.1 定义

**硅基光子集成光学相控阵（Silicon Photonic Integrated Optical Phased Array, 硅基OPA）**是基于硅基光子集成工艺制造，由多个可独立调控相位的光学辐射单元按照一定规则排列组成的阵列器件，通过调控每个单元出射光的相位差，改变远场干涉图案实现光束指向的动态电调，是实现固态激光雷达、空间光调制的核心技术。

1.2 核心原理

硅基OPA基于光学干涉与相控扫描原理工作：当多个同频相干光源从阵列单元出射后，空间不同位置会因各单元出射光的光程差产生相位差，满足相长干涉的位置就是主光束方向。根据远场衍射原理，一维OPA的主光束偏转角θ满足公式：

 

其中是工作波长，$d$是相邻单元间距，是相邻单元的相位差。通过改变即可连续改变光束指向，实现无机械结构的固态光束扫描。

在硅基平台上，相位调控利用硅的等离子色散效应实现：通过给PN结注入载流子改变硅的折射率，进而改变光在硅波导中的传播相位，单个单元的相位调控范围可以覆盖，满足全范围扫描的要求。

二、硅基平台的技术优势

相比传统三五化合物、铌酸锂等材料体系的OPA，硅基平台具备多方面独特优势：

1. 与CMOS工艺兼容，可大规模量产

硅基光子集成工艺完全依托成熟的CMOS晶圆制造线，能够实现片上OPA与驱动电路的单片异质集成或者共封集成，在12英寸晶圆上可批量制备上百颗完整的OPA芯片，单位器件成本远低于分立器件组装和其他材料体系的制造，适合大规模商业化应用。

2. 集成度高，可实现大阵列高密度制造

硅的折射率远高于二氧化硅衬底，对光的束缚能力强，波导弯曲半径可以缩小到几微米，因此OPA阵列单元间距可以做到亚波长级别，避免远场扫描出现栅瓣（鬼光束），同时在单片芯片上可以集成上千个单元，获得更高的偏转角度分辨率和更小的光束发散角，提升雷达测距的角分辨率。


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