光学相控阵测距研究分析

近年来，光学相控阵凭借着全固态架构、高扫描速度、高稳定性、高分辨率和低成本等优势，被广泛应用于激光雷达、自由空间光通信、激光成像和生物传感等领域。然而，目前已报道的结构受限于测距能力，尚不能实现大规模商业应用。为了提高光学相控阵的测距范围，中科院半导体所潘教青团队啁啾光栅天线（CGA）展开了研究，并与传统的均匀光栅天线（UGA）结构进行了对比。在相干测距实验中，研究者验证了CGA设计能够提升光学相控阵的有效口径，进而提高光学相控阵的测距能力。

CGA的具体实施方式为通过调控天线侧壁刻蚀的深度和长度实现光栅的扰动因子调控，最终使得天线具有均匀的近场出光分布。与之相比，UGA的扰动因子则恒定不变，近场出光分布呈现e指数衰减，这导致UGA的天线后半段对于信号探测的贡献微乎其微。

在实验中，研究者通过对比近场验证了CGA的设计成功实现了预期目标，并从近场强度分布曲线分析出CGA的有效口径是UGA的2倍。此外，在相干测距中，相同的系统配置下CGA展示出UGA近2倍的测距能力，与基于激光雷达测距方程的推论一致。

图1 (a)单天线示意图。(b)天线阵列示意图。(c)光学相控阵芯片。

图2 (a)-(c)在-40 dBm和-30dBm输入功率下CGA的近场图以及归一化分布。(d)-(f)在-40dBm和-30dBm输入功率下UGA的近场图以及归一化分布。

图3 (a)-(c)在20m、50m和100m相干测距中CGA的信噪比。(d)-(f)在10m、20m和50m相干测距中UGA的信噪比。

相关研究成果发表在Optics Express上(Vol.30, No.15)。中科院半导体所博士研究生于磊和马鹏飞为共同第一作者，王鹏飞助理研究员为通讯作者，该工作得到了国家自然科学基金的资助。

编辑：黄飞