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(fā)生革命――該技術無需機械轉動就能朝著特定方向發(fā)射射頻波束。每個輻射單元所發(fā)射波束的幅、相均可變化，以通過與其他輻射單元所發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(chuàng)造的一種能力。對于許多系統(tǒng)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(yī)學成像、三維全息顯示器和超高數據率通信”。

開發(fā)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(fā)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(fā)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。