近年來，光學相控陣憑借著全固態架構、高掃描速度、高穩定性、高分辨率和低成本等優勢，被廣泛應用于激光雷達、自由空間光通信、激光成像和生物傳感等領域。然而，目前已報道的結構受限于測距能力，尚不能實現大規模商業應用。為了提高光學相控陣的測距范圍，中科院半導體所潘教青團隊啁啾光柵天線（CGA）展開了研究，并與傳統的均勻光柵天線（UGA）結構進行了對比。在相干測距實驗中，研究者驗證了CGA設計能夠提升光學相控陣的有效口徑，進而提高光學相控陣的測距能力。

CGA的具體實施方式為通過調控天線側壁刻蝕的深度和長度實現光柵的擾動因子調控，最終使得天線具有均勻的近場出光分布。與之相比，UGA的擾動因子則恒定不變，近場出光分布呈現e指數衰減，這導致UGA的天線后半段對于信號探測的貢獻微乎其微。

在實驗中，研究者通過對比近場驗證了CGA的設計成功實現了預期目標，并從近場強度分布曲線分析出CGA的有效口徑是UGA的2倍。此外，在相干測距中，相同的系統配置下CGA展示出UGA近2倍的測距能力，與基于激光雷達測距方程的推論一致。

圖1 (a)單天線示意圖。(b)天線陣列示意圖。(c)光學相控陣芯片。

圖2 (a)-(c)在-40 dBm和-30dBm輸入功率下CGA的近場圖以及歸一化分布。(d)-(f)在-40dBm和-30dBm輸入功率下UGA的近場圖以及歸一化分布。

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

相關研究成果發表在Optics Express上(Vol.30, No.15)。中科院半導體所博士研究生于磊和馬鵬飛為共同第一作者，王鵬飛助理研究員為通訊作者，該工作得到了國家自然科學基金的資助。

編輯：黃飛