固态光达(Solid-state LiDAR)被视为促成光达应用普及的关键，但固态光达的结构与机械式光达截然不同，而且通道数量极大，如何准确分析光达晶片的特徵与进行通道校正，成为棘手难题。法国CEA-Leti近日发表一篇论文，展示其实现晶圆级OPA特徵分析的高阶量测设定，以及基于达尔文演化论所发展出的高通道数光相位矩阵(Optical Phase Array, OPA)校正演算法(Genetic Algorithm)，可望让LiDAR系统的商用普及跨出关键一步。

 

 

基于OPA的硅光子显微图。用于0°校正的远场发射曲线(Far Field Emission Profile)OPA。
论文的主要作者Sylvain Guerber表示，高效能OPA的开发将会为自驾车、全像式显示器、生物医学影像及其他应用所需的平价LiDAR系统铺路。然而LiDAR的普及仍取决于更低的系统成本及更小的封装尺寸。

 

OPA是一种新兴技术，由间隔约1µm紧密排列的矩阵组成，并在大角度内辐射相干光(Coherent Light)，可以透过调整每个阵列中发射光的相对位置，来改变干涉图(Interference Pattern)。例如，如果阵列之间的相位梯度是线性的，就会形成定向波束。而透过改变线性梯度的斜率，可以控制光束的方向，达到使固态光束转向的目的。目前的LiDAR使用沉重、耗能的机械结构使光束转向。与现有光达相比，OPA光达的扫瞄速度更快，而且能源使用效率更好。

 

不过，为了获得良好的解析度，基于OPA的固态光达晶片，有著十分惊人的通道密度。举例来说，要侦测到100公尺外10公分大小的物件，在使用1µm波长的OPA晶片上，必须整合至少1,000根天线，每根天线的间隔约1µm。要对这麽多天线的特性进行分析，需要新的测试方法。此外，伴随著极高的通道数，要快速对这些天线进行校正，也需要新的演算法。在这篇名为《Development, Calibration and Characterization of Silicon Photonics-Based Optical Phased Arrays》的论文中，CEA-Leti研究团队对其所使用的测试设定进行描述，同时也发表其基于达尔文进化论所发展出来的高通道数校正演算法。与先前使用的校正算法相比，新的校正算法速度提高约1,000倍。