丹麦研究人员开发新型芯片级光束操纵技术 可提升汽车的安全性能

丹麦技术大学（TU Denmark）开发的芯片级OPA技术可以消除混叠，在大视场范围内实现精细的光束操纵。

丹麦技术大学Hao Hu和Yong Liu开发出基于平板光栅的大视场角芯片级OPA

据麦姆斯咨询报道，近期，丹麦的研究人员开发出一种新型芯片级光束操纵技术——该技术为小型、高性能、具有成本效益的激光雷达（LiDAR）提供了一条光明的发展途径。

“光束操纵是激光雷达系统的一项关键技术，但传统基于机械的光束操纵系统体积庞大、价格昂贵、对振动敏感且速度有限。”丹麦技术大学研究团队负责人Hao Hu评论道。

“虽然芯片级光学相控阵（OPA）技术能够以非机械方式快速准确地操纵光束，但是，到目前为止，现有OPA产生的光束质量和视场角都较差，通常低于100度。”Hao Hu补充道。

Hao Hu和本项研究合作者Yong Liu在Optica期刊上的一篇题为“Silicon optical phased array with a 180-degree field of view for 2D optical beam steering”论文中介绍了他们新型芯片级OPA如何解决困扰OPA的许多问题。他们表明，该芯片级OPA可以消除关键光学伪影：混叠，在大视场范围内实现光束操纵，同时保持高光束质量。

Hao Hu继续说：“这项开发为基于OPA的低成本和紧凑型激光雷达奠定了基础，这将使激光雷达能够广泛用于各种应用领域，例如用于驾驶和停车的高级驾驶辅助系统（ADAS），并提升汽车的安全性能。”

新型OPA设计

OPA通过电子控制光的相位分布来执行光束操纵，以形成特定的光图案。大多数OPA使用波导阵列来发射多光束，然后在远场（远离发射端）施加干涉以形成所需的图案。

然而，这些波导发射单元通常彼此相距很远并在远场中产生多光束的混叠。为避免混叠误差并实现180度视野，发射单元需要靠得很近，但这会导致相邻发射单元之间的强串扰并降低光束质量。

到目前为止，OPA视场角和光束质量之间一直存在权衡。为了克服这种权衡，Hao Hu等研究人员设计了一种新型OPA技术，利用平板光栅取代了传统OPA的多个发射单元，以构建具有单个发射单元的芯片级OPA。

新型OPA技术利用平板光栅取代传统OPA的多个发射单元

新型OPA技术消除了混叠误差，因为平板光栅中的相邻通道可以彼此非常接近。相邻通道之间的耦合对平板光栅并没有不利影响，因为它能够在靠近单个发射器的近场中实现干涉和光束形成，然后再将光束以所需的角度发射到远场。

研究人员还应用了其他光学技术来降低背景噪声并减少旁瓣等光学伪影。

审核编辑：彭静