美國演示世界上最復雜二維激光相控陣技術

據中國國防科技信息網報道,美國國防部國防預研計劃局網站2013年1月15日文章稱,美國國防部國防預研計劃局(DARPA)驗證了新的二維光學相控陣技術，該技術可用于先進激光雷達(LADAR)和其他國防用途。

許多人已熟悉了雷達的概念，最近幾十年來，雷達技術已因電子掃描陣列(相掃)的出現而發生革命――該技術無需機械轉動就能朝著特定方向發射射頻波束。每個輻射單元所發射波束的幅、相均可變化，以通過與其他輻射單元所發射波束的疊加或抵消來形成指向特定方向的波束。激光相控陣雷達的原理與此類似，但它發射的是激光光束而不是射頻波束。激光雷達可提供更精細的信息，能用于快速三維測繪等領域。但是，大多數現用的激光雷達光束方向控制方法都是基于簡單的機械旋轉，過于笨重、緩慢和不精確，難以發揮出激光雷達的全部潛力。

就像當前這期《自然》雜志所報道的那樣，DARPA的研究人員們最近驗證了有史以來最復雜的二維光學相控陣。該陣列的尺寸只有576微米x576微米，大約和針頭相當；但是，它卻包含了4096個(64x64)集成到一塊硅芯片上的納米天線。實現這一突破的關鍵是：發展一種可以擴展以容納大量納米天線的設計；新的微尺寸加工工藝；將電子和光學部件集成到一塊單獨的芯片。

DARPA“多樣兼容混雜集成”(DAHI)項目經理桑杰 拉曼(Sanjay Raman)表示：“將一個光學相控陣的所有部件集成到一個二維微芯片上，可能會為感知和成像領域帶來新的能力……通過為一個芯片尺寸的波形因數帶來這樣的功能，該陣列將能產生高分辨率的波束方向圖――這是研究人員們長期以來試圖通過光學相控陣創造的一種能力。對于許多系統來說，該芯片確實是一種賦能技術，并可能在某一天支持激光雷達產生革命性進步，就像相控陣雷達為雷達領域帶來的革命一樣。除了激光雷達之外，該芯片還可能用于生物醫學成像、三維全息顯示器和超高數據率通信”。

開發和演示二維激光相控陣技術的工作得到了DARPA的“短距、寬視場、極度敏捷、電子掃描光學發射機”(Short-Range, Wide Field-of-View Extremely agile, Electronically Steered Photonic Emitter，SWEEPER)項目和“電子-光子混雜集成”(Electronic-Photonic Heterogeneous Integration，E-PHI)項目的支持，其中后一項目是DAHI項目的一部分。未來的工作包括利用正在發展之中的各項E-PHI技術，將非硅激光器單元與其他光學器件、硅基控制與處理電子設備等直接集成到芯片上。