OES封面 | 窄主瓣、低旁瓣！薄膜铌酸锂光学相控阵实现高质量电光波束转向【暨南大学卢惠辉教授团队】

发布时间：2026-03-30来源：光电期刊

Opto-Electronic Science

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暨南大学卢惠辉教授、关贺元教授团队聚焦薄膜铌酸锂光学相控阵的核心技术瓶颈，提出创新设计方案，实现窄主瓣、低旁瓣的高性能电光波束控制，为自由空间光通信、激光雷达等领域的芯片级器件研发提供重要支撑。

封面文章 | Li Y, Deng SY, Ma X et al. Narrow beam and low-sidelobe electro-optic beam steering on thin-film lithium niobate optical phased array. Opto-Electron Sci 5, 260002 (2026).

第一作者：黎洋

通信作者：卢惠辉、关贺元

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研究背景

在现代光子学领域，光学波束转向是自由空间光通信、激光雷达(LiDAR)及生物光子操控等前沿技术中的核心功能。相比传统机械扫描方式，光学相控阵(Optical Phased Array, OPA)作为全固态光束扫描技术的核心方案，凭借无机械惯性、高速响应、高集成度等优势，成为当前研究的热点方向。然而，现有集成光学相控阵技术仍面临主瓣宽、旁瓣高和扫描精度受限等问题，严重制约了其在高精度和高信噪比场景中的应用。近年来，薄膜铌酸锂凭借其优异的电光效应和低光学损耗，为解决上述瓶颈提供了理想的集成光子学平台。但在实际器件中，如何在有限孔径下同时实现窄主瓣和低旁瓣，仍是一个具有挑战性的关键科学与工程问题。

正是在这一背景下，研究团队聚焦薄膜铌酸锂光学相控阵的核心技术瓶颈，提出创新设计方案，实现窄主瓣、低旁瓣的高性能电光波束控制，为自由空间光通信、激光雷达等领域的芯片级器件研发提供重要支撑。

本文亮点

针对传统光学相控阵在波束质量与扫描性能之间难以兼顾的“痛点”问题，该研究提出并实验验证了一种基于薄膜铌酸锂的电光波束转向新方案，目标是在小尺寸器件中实现窄主瓣与低旁瓣的协同突破。

研究团队结合薄膜铌酸锂材料本身强烈的电光效应，以多重创新设计构建了高性能二维电光扫描光学相控阵。在结构设计上，采用超晶格脊型波导结构，显著降低了相邻阵元之间的光学串扰，进一步提升了远场辐射的纯净度。并且引入了基于粒子群优化算法的非均匀间距阵列设计，在保证旁瓣抑制效果的同时，大幅提升光束扫描精度。另外，还研究集成单一梯形端射辐射器与刻蚀光栅，使其在有限孔径条件下进一步压缩主瓣波束宽度，实现高性能波束输出。实验结果表明，该16通道的光波导相控阵仅需140 μm×250 μm的小光学孔径下，即可实现0.99°×0.63°的主瓣束宽，同时达成47°×9.36°的宽二维扫描视场和20 dB的旁瓣抑制，表现出优异的光束电光调控与扫描性能。这一成果不仅验证了窄波束、低旁瓣与宽视场协同优化的有效性，也为高性能、低功耗、可集成的光束转向器件提供了新的技术路径。

该工作以“Narrow beam and low-sidelobe electro-optic beam steering on thin-film lithium niobate optical phased array”为题发表在Opto-Electronic Science 2026年第2期，并被选为封面文章，展示了薄膜铌酸锂在新一代光束调控技术中的巨大潜力。

图1 (a)薄膜铌酸锂光波导相控阵的结构示意图，右上插图为超晶格结构，左下插图为脊型波导横截面；(b) 1550 nm波长下波导TE模式仿真；(c) 1 V电压下，波导电极的电场分布仿真

图2 光波导相控阵的二维光束扫描。(a) 1550 nm波长下，施加外部电压进行相位调制的远场辐射；(b)电光调制下，纵向扫描视场角为47°；(c) 1510~1610 nm波长调谐下的远场辐射；(d)波长调谐实现9.36°视场角的横向扫描

图3 波长与相位协同调谐下，远场合成显示“JNU”图像

研究团队简介

光波导混合集成与微纳光电器件团队深耕微纳光子技术与微纳光电集成技术领域，主要研究微纳尺度下光与物质相互作用的规律及光的产生、传输、调控、探测和传感等方面应用。团队在光波导混合集成与微纳光电器件研究领域取得丰硕成果，在Nature Nanotechnology、Light: Science & Applications、Laser & Photonics Reviews、Nano Letters、Research、Photonics Research等国际著名期刊发表重要成果80余篇。承担有国家重点研发计划、国家科技重大专项、国家自然科学基金、广东省杰出青年基金等资助。

卢惠辉教授

卢惠辉，博士，暨南大学教授、博士生导师，光电工程系主任、电子研究所所长。从事光波导与微纳光电器件的相关研究，目前已在Light、Nano Letters、Laser & Photonics Reviews等发表80多篇学术论文，主持国家科技重大专项项目及课题、国家重点研发计划项目任务课题、国家自然科学基金、科技部国家交流与合作项目、广东省杰出青年基金项目、广东省重大人才工程计划、珠江科技新星、广东省国际科技合作项目等多项科研项目；并曾参与欧盟第六框架研究项目、法国国家研究项目；在多个国际学术会议上做专题主席或邀请报告。国家级一流本科专业（光电信息科学与工程）负责人，光学工程学科组副组长。2025年获广东省人民政府授予“南粤优秀教师”。是Light: Advanced Manufacturing、《光学精密工程》等学科权威期刊的编委，是多个国际权威期刊(Nature Reviews Physics、Nature Physics、Light、Nature Communication、Laser & Photonics Reviews、PR等)审稿人。

关贺元教授

关贺元，博士，暨南大学教授、博士生导师，物理与光电工程学院副院长，光电工程研究所所长，国家级高层次青年人才，广东省杰青，广东省科协“青年科技人才”，暨南大学“双百英才”。主要面向国家重大工程需求，研究薄膜界面增强的光栅集成器件、铌酸锂集成器件、太赫兹集成器件和光电集成芯片等。在Laser & Photonics Reviews (6篇)、Research、Photonics Research等高水平期刊上发表论文100余篇，其中封面论文4篇，邀请论文3篇，获授权发明专利5项。研究成果被LPR，PRL等权威学术期刊以及中国科学报和人民号等权威媒体报道。主持国家级项目9项，省部级项目10项以及厅局级项目6项；担任Research、Chip和《光学学报》等期刊青年编委；任广东省光学学会光学薄膜专业委员会副主任，广东省科技特派员，CSTM光学薄膜标准化技术委员会委员，广州市第二届重大行政决策论证专家等。

课题组团队合影

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