OPA技术具有统一自动驾驶激光雷达行业的潜力

据报道，现阶段自动驾驶激光雷达路线之争MEMS振镜扫描+ToF测距是最大的赢家。事实上，MEMS目前，机械旋转镜的扫描结构也是唯一能够实现大规模生产、体积足够小的激光雷达产品，可以安装在乘用车上。

然而，在未来通往纯固态激光雷达BYT01-400的道路上，业内人士认为，OPA扫描(光学相控阵)+FMCW测距激光雷达将是最终的最佳方案。但问题是，OPA虽然扫描效率是各方面最高的形式，但到目前为止还没有实用的产品，与其他产品相比，比如Flash，FMCW实现纯固态激光雷达技术，落地进度明显落后一大段。

OPA激光雷达的新进展

最近，丹麦科技大学研究小组的两名成员HaoHu和YongLiu在《光学》杂志上发表了一篇文章，介绍了一种基于芯片的新型光束控制技术。HaoHu他们的成就将以他们的成就为基础OPA低成本紧凑型激光雷达奠定了基础。

光束控制是目前激光雷达中最关键的技术之一。MEMS，机械光束控制系统，如旋转镜，有一些局限性，因为机械部件的存在对振动更敏感，扫描速度有限。基于芯片的OPA激光雷达可以在没有机械结构的情况下无需机械结构，但由于技术原因，目前大部分都是OPA光束质量差的设备，视场角也难以突破100°。

OPA激光雷达的原理是通过多个激光发射单元形成发射阵列，通过调整发射阵列中每个单元的相位差来改变激光束的发射角度，并在设定的方向上产生相互强化的干扰，从而实现高强度指向光束，完成扫描。

一直以来，OPA激光雷达进展缓慢的一个重要原因是侧瓣效应难以解决。侧瓣效应是由光学衍射引起的邻近效应。OPA在激光雷达上，光束通过OPA设备后的光束合成实际上是由光波的相互干扰形成的，因此很容易形成阵列干扰，分散激光能量，最终出现光学伪影等问题。正因为如此，OPA很难平衡视场和光束质量。

因此，这个研究小组设计了一个新的OPA结构，用平板光栅取代传统OPA多个发射机。由于平板光栅中的相邻通道本身可以非常接近，并且可以在单个发射机附近形成干扰和光束，因此相邻通道之间的耦合不会干扰平板光栅，可以消除叠加误差。同时，研究人员还使用其他光学技术来减少光学阴影，如背景噪声和侧瓣效应。

在实际测量中，这套新型OPA可以实现系统±70°光束转向没有混合，但也有一些光束衰减的情况。通过将光源波长从1480nm调谐至1580nm测试光束控制的垂直方向，最终实现13.5°调谐范围的垂直方向。测试在光束宽度为2时.1°研究小组仍在努力降低光束宽度，以实现更高的分辨率和更远的波束控制范围。

各大厂商进展如何？

中国有许多激光雷达制造商和研究机构OPA投资方向，包括洛微科技、万集科技、力策科技等。OPA今年7月，扬州群发热交换器有限公司与美国密歇根大学合作制造了激光雷达的关键硅光芯片，称经过多年的研发掌握OPA2D/3D激光雷达是一全新的专利技术，并在中国完成了多轮迭代流式工作，其中包括在中国完成多轮迭代流式工作OPA2D激光雷达试制芯片各项技术指标均符合设计要求，即将进入产业化发展阶段。OPA3D还在开发激光雷达芯片。

另一个在中国走得更远的OPA，去年9月，第二代硅光技术完成FMCWSoC和OPA激光雷达硅光芯片流片。前面也提到了FMCW+OPA这可能是激光雷达的终极形式吗？洛微科技也在成立之初就确立了采用FMCW和OPA纯固态激光雷达技术的发展方向。根据洛微科技官方网站，采用了LuminScan光束控制系统的D系列纯固体激光雷达已经推出。基于自主研发的硅片，检测距离达到30m，视场角120°×90°，角分辨率为0.3°×0.3°。

总体而言，OPA与其他纯固体激光雷达相比，例如使用激光雷达Flash，FMCW等技术产品的大规模落地进度可能要晚2-3年。但芯片化、集成化程度高、未来大规模生产后成本低、抗干扰能力强、探测距离长、扫描频率高等优点。OPA技术具有统一自动驾驶激光雷达行业的潜力。随着硅光芯片工艺的改进和光束质量的进一步提高，相信OPA技术会被更多激光雷达厂商选择。