光學相控陣(OPA)是一種具有高指向性和偏轉效率的非機械波束控制裝置。由于其高分辨率、響應速度快、無慣性等優點，在激光雷達、自由空間光通信、多波束形成等領域得到了廣泛的應用。

受制造水平的限制，結構誤差的累積會降低撓曲梁的質量。此外，由于制造因素引起的隨機相位噪聲導致了器件的角偏差和低能效。

研究人員對遠場分布進行了優化，以提高OPA在光束導向、聚焦和能效方面的性能。采用相位傳感器或相位恢復算法獲取波前的相位分布。然而，構建一個復雜的光路調整和光場采集系統是一個挑戰。

在《光：先進制造》雜志上發表的一篇新論文中，由北京航空航天大學孫鳴捷教授領導的一組科學家從理論上和實驗上證明了一種相位校準光學系統。

OPA相位校準系統設置圖

近年來，基于自適應光學的相位校準方法已成為OPA相關研究的熱點。該方法不再需要對波前進行相位檢測和重構，直接對各元件的電壓進行優化，從而獲得的波束偏轉效率。這些自適應優化方法包括模擬退火算法、遺傳算法和快速搜索算法，實驗設置和計算簡單。

常用的方法采用隨機并行梯度下降(SPGD)算法對波前形狀進行優化，提高了多通道處理的性能，減少了對目標函數的約束。然而，當陣列元素數量增加時，由于優化的非凸性，優化很容易陷入局部極小值，評價函數的收斂速度明顯降低。

為了解決這個問題，研究小組提出了一種替代方法來實現OPA的快速準確的光束偏轉。這種方法使用精心設計的力學原理對每個陣列元件單獨進行相位校準。隨后，基于該方法，OPA遠場衍射效率穩步提高，并線性確定地得到了理論極限。

數值模擬和實驗結果表明，與典型的SPGD算法相比，提出的逐點優化方法的收斂速度提高了53.5%，時間消耗減少了9.7%。結果表明，點向優化方法結合了全局搜索和精確標定的特點，減少了迭代次數，提高了收斂速度。

仿真和實驗結果表明，該方法能夠實現快速、精確的相位標定。借助精心設計的力學原理，點式標定方法實現了不同元件的選擇。這是一種提高OPA衍射效率的確定性方法。它結合了全局搜索和精確標定的特點，大大減少了迭代次數。在相位校準過程中進行適當的分割也降低了計算成本。

與典型的自適應光學方法相比，所提出的點向校準方法仍然具有良好的收斂速度和節能性能。該方法的實驗結果與仿真數據更為接近，具有較好的魯棒性。

綜上所述，點向優化方法在改善光束轉向和聚焦方面是有效和可靠的。所提出的方法使用逐點和分段校正過程進行快速和確定的相位校準，這可能是一種具有潛在成本效益和高性能的OPA。這種方法已經在自動駕駛汽車和激光雷達中顯示出實用價值。

審核編輯 黃宇