美国演示世界上最复杂二维激光相控阵技术

[据美国国防部国防预研计划局网站2013年1月15日报道]美国国防部国防预研计划局(DARPA)验证了新的二维光学相控阵技术，该技术可用于先进激光雷达(LADAR)和其他国防用途。

许多人已熟悉了雷达的概念，最近几十年来，雷达技术已因电子扫描阵列(相扫)的出现而发生革命——该技术无需机械转动就能朝着特定方向发射射频波束。每个辐射单元所发射波束的幅、相均可变化，以通过与其他辐射单元所发射波束的叠加或抵消来形成指向特定方向的波束。激光相控阵雷达的原理与此类似，但它发射的是激光光束而不是射频波束。激光雷达可提供更精细的信息，能用于快速三维测绘等领域。但是，大多数现用的激光雷达光束方向控制方法都是基于简单的机械旋转，过于笨重、缓慢和不精确，难以发挥出激光雷达的全部潜力。

就像当前这期《自然》杂志所报道的那样，DARPA的研究人员们最近验证了有史以来最复杂的二维光学相控阵。该阵列的尺寸只有576微米x576微米，大约和针头相当；但是，它却包含了4096个(64x64)集成到一块硅芯片上的纳米天线。实现这一突破的关键是：发展一种可以扩展以容纳大量纳米天线的设计；新的微尺寸加工工艺；将电子和光学部件集成到一块单独的芯片。

DARPA“多样兼容混杂集成”(DAHI)项目经理桑杰•拉曼(Sanjay Raman)表示：“将一个光学相控阵的所有部件集成到一个二维微芯片上，可能会为感知和成像领域带来新的能力……通过为一个芯片尺寸的波形因数带来这样的功能，该阵列将能产生高分辨率的波束方向图——这是研究人员们长期以来试图通过光学相控阵创造的一种能力。对于许多系统来说，该芯片确实是一种赋能技术，并可能在某一天支持激光雷达产生革命性进步，就像相控阵雷达为雷达领域带来的革命一样。除了激光雷达之外，该芯片还可能用于生物医学成像、三维全息显示器和超高数据率通信”。

开发和演示二维激光相控阵技术的工作得到了DARPA的“短距、宽视场、极度敏捷、电子扫描光学发射机”(Short-Range, Wide Field-of-View Extremely agile, Electronically Steered Photonic Emitter，SWEEPER)项目和“电子-光子混杂集成”(Electronic-Photonic Heterogeneous Integration，E-PHI)项目的支持，其中后一项目是DAHI项目的一部分。未来的工作包括利用正在发展之中的各项E-PHI技术，将非硅激光器单元与其他光学器件、硅基控制与处理电子设备等直接集成到芯片上。