近红外和蓝光波长的片上光学相控阵技术
虽然光束控制系统多年来一直用于成像、显示和光捕获等应用，但它们需要笨重的机械镜，并且对振动过于敏感。紧凑型光学相控阵 (OPA) 通过改变光束的相位轮廓来改变光束的角度，对于许多新兴应用来说是一种很有前途的新技术。其中包括自动驾驶汽车上的超小型固态 LiDAR、更小更轻的 AR/VR 显示器、用于处理离子量子比特的大型俘获离子量子计算机以及光遗传学，这是一个使用光和基因工程进行研究的新兴研究领域大脑。
长距离、高性能 OPA 需要一个大的光束发射区域，其中密集地挤满了数千个主动相位控制、耗电的发光元件。迄今为止，这种用于激光雷达的大规模相控阵是不切实际的，因为当前使用的技术必须在无法维持的电力水平下运行。
研究人员开发了一种低功率光束转向平台，该平台是一种非机械、稳健且可扩展的光束转向方法。该团队分别展示了用于自主导航和增强现实的近红外低功率、大规模光学相控阵和蓝色波长的片上光学相控阵。他们还开发了一种基于蓝色波长光开关阵列的可植入光子芯片，用于精确的光遗传神经刺激。
该团队设计了一个多通道平台，可降低光学移相器的功耗，同时保持其运行速度和宽带低损耗，以实现可扩展的光学系统。光信号通过同一个移相器多次循环，因此总功耗降低了它循环的相同因子。他们展示了一个硅光子相控阵，其中包含 512 个主动控制的移相器和光学天线，在大视野范围内执行 2D 波束控制时功耗非常低。结果是在构建包含数千个有源元件的可扩展相控阵方面取得了重大进展。
相控阵设备最初是在更大的电磁波长下开发的。通过在每个天线上应用不同的相位，研究人员可以通过设计一个方向的相长干涉和其他方向的相消干涉来形成一个非常定向的波束。为了控制或转向光束的方向，它们可以延迟一个发射器中的光或相对于另一个发射器移动相位。
当前 OPA 的可见光应用受到体积庞大的桌面设备的限制，这些设备由于像素宽度大而视野有限。以前在近红外波长进行的 OPA 研究在可见光波长进行类似工作时面临制造和材料挑战。
一个主要的挑战是在蓝色范围内工作，它在可见光谱中具有最小的波长，并且比其他颜色散射更多，因为它以更短、更小的波传播。用蓝色演示相控阵的另一个挑战是，为了实现广角，该团队必须克服将发射器放置半个波长或至少小于一个波长的挑战——40nm 间距，比 40nm 小 2,500 倍。人类的头发——这很难实现。此外，为了使光学相控阵在实际应用中有用，他们需要许多发射器。将其扩展到大型系统将非常困难。
解决蓝色的这些问题意味着团队可以轻松地为波长更长的红色和绿色做到这一点。该团队现在的目标是优化电力消耗，因为低功耗操作对于轻型、头戴式 AR 显示器和光遗传学至关重要。
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