光学相控阵（OPA）是一种具有高方向性和偏转效率的非机械光束控制装置。由于具有高分辨率、快速响应和无惯性等特点，OPA广泛应用于激光雷达、自由空间光通信、多波束形成等领域。受制造水平的限制，结构误差的累积对偏转梁的质量进行了分级。此外，制造因素引起的随机相位噪声会导致角度偏差和低能效。
研究优化了远场分布，以提高OPA在波束控制、聚焦和能源效率方面的性能。 使用相位传感器或相位恢复算法可获取波前的相位分布。然而，构建复杂的光路调整和光场采集系统面临诸多挑战。
据外媒报道，北京航空航天大学（Beihang University）孙鸣捷教授领导的科学家团队从理论上和实验上证明了相位校准光学系统，相关论文已发表于期刊《Light: Advanced Manufacturing》。
图片来源：期刊《Light: Advanced Manufacturing》
最近，基于自适应光学的相位校准方法已成为OPA相关研究的焦点。该方法不再需要相位检测和波前重建，直接优化每个元件的电压以获得最佳的光束偏转效率。这种自适应优化方法包括模拟退火算法、遗传算法和快速搜索算法，并且实验设置和计算简单。
常用的方法是应用随机并行梯度下降（SPGD）算法来优化波前形状，从而提高多通道处理的性能并减少对目标函数的约束。然而，当数组元素数量增加时，由于优化的非凸性质，优化很容易陷入局部极小值，评估函数的收敛速度显著下降。
为了解决这一问题，研究团队提出替代方法来对OPA进行快速、准确的光束偏转。这种方法使用精心设计的机制对每个阵列元件单独进行相位校准。随后，基于该方法，OPA的远场衍射效率稳步提高，并且线性且确定性地获得了理论极限。
数值模拟和实验结果表明，与典型的SPGD算法相比，新提出的逐点优化方法将收敛速度提高了53.5%，同时将时间消耗降低了9.7%。这表明逐点优化方法结合了计算过程中不同部分的全局搜索和精确标定的特点，从而减少了迭代次数，提高了收敛速度。
所提出的仿真和实验结果表明，逐点校准方法实现了快速、精确的相位校准。借助精心设计的机制，该逐点校准方法实现了不同元素的选择。该方法是一种提高OPA衍射效率的确定性方法，结合了全局搜索和精确标定的特点，显著减少了迭代次数。此外，其相位校准过程中的适当划分也降低了计算成本。
与典型的自适应光学方法相比，所提出的逐点校准方法仍然表现出优异的收敛速度和能效性能。逐点校准方法的实验结果与仿真数据更加接近，表明了其鲁棒性的优势。
总之，逐点优化方法对于改善光束转向和聚焦有效且可靠。该方法使用逐点和分段校正过程执行快速且确定性的相位校准，可能是具有成本效益和高性能的OPA。这种方法已在自动驾驶汽车和激光雷达中显示出实用价值。
