全球首款2D光子束成形芯片

这家初创企业研发的可编程芯片采用超表面架构，可在无任何运动部件的情况下实现对光线的控制。Lumotive 公司近期发布了一款堪称光子学领域多年来“圣杯”级别的芯片——完全基于半导体工艺制造的可编程二维光子波束成形器。该器件通过在单块硅片上蚀刻的纳米级光学天线，以电控方式在两个空间维度上偏转光束，全程无需任何机械活动部件。这款 Lumotive LM10 芯片于 2023 年推出。

对于高度依赖机械反射镜和旋转光学元件的行业而言，Lumotive 的这项成果标志着行业向软件定义光子学迈出了根本性转变。

基于光控超表面（LCM）架构

该技术依托 Lumotive 自研的光控超表面（LCM）架构。超表面是一种经过特殊设计的超薄材料，可重塑光线的传播特性；在本项技术中，则是通过数百万个小于光波长的微型光学天线实现调控。

当向特定天线施加电压时，天线会改变穿过其光线的相位。通过在芯片二维平面上控制相位分布，Lumotive 可将激光束精准指向160°视场内的任意方向，搭配额外光学组件后可扩展至 180°。光束偏转可在微秒级完成，无运动部件，也不存在机械磨损。Lumotive 还让 LCM 技术兼容其他激光雷达（LiDAR）系统架构，包括调频连续波（FMCW）相干激光雷达。

LCM 方案与CMOS 工艺兼容，意味着它可在标准半导体生产线上制造，未来代工厂能够以类似处理器或存储芯片的规模和成本进行量产。

从 LM10 到二维光子控制

不过，Lumotive 并非一蹴而就。2023 年，公司推出了 LM10 芯片，这是一款只能在单一维度上偏转光束的一维波束成形器。尽管性能亮眼，但功能并不完整。真正灵活的光子学技术需要实现二维控制，这是研究人员多年来仅停留在理论层面、却始终未能在可量产的半导体器件中实现的目标。

从一维升级到二维需要攻克多项难题：超表面必须从单方向相位控制扩展为全空间网格相位控制，同时底层硅片要容纳数量更多的天线和更复杂的控制电路。功耗、散热与光学效率也必须同步优化。Lumotive 的目标，是直接在半导体层面对光线行为进行编程控制。

应用不止于激光雷达

激光雷达与三维感知一直是 Lumotive 的核心起步领域，公司早期芯片已应用于汽车和机器人领域。固态扫描方案彻底解决了旋转反射镜易损坏、成本高的问题。凭借真正的二维波束成形技术，激光雷达的性能将实现跨越式提升：理论上，单块芯片即可无运动部件地扫描整个场景，带来更高分辨率、更快帧率与更小模组体积。Lumotive 采用软件定义扫描技术，可动态调节探测距离与分辨率，适用于实时交通监测。

除激光雷达外，Lumotive 还瞄准AI 数据中心光电路由交换领域。面对数据中心高功耗难题，光子交换——直接在处理器之间传输光信号——可规避电交换带来的发热与延迟问题。可编程二维波束成形器能够实时调控数千条光路。公司还将目标投向光子通信网络与光计算硬件，可调相位控制为这些领域开辟了全新架构。

Lumotive 已完成 B 轮融资，累计融资7200 万美元，投资方包括盖茨前沿基金（Gates Frontier）和瑞士电信风投（Swisscom Ventures）。公司总部位于美国华盛顿州雷德蒙德，拥有160 多项专利。

将于今年正式推出

该公司最新发布的芯片支持激光雷达与光子学领域常用的三种红外波长：905 纳米、1310 纳米和 1550 纳米。Lumotive 计划在2026 年底前推出首款光交换机——专为数据中心互联打造的专用产品。尽管时间紧迫，但公司已验证核心技术能力，制造工艺不再是瓶颈。

一旦光束偏转实现纯电控，控制逻辑便可编程、可升级、可扩展；激光束将不再是“被动工具”，而是能响应软件指令的智能组件。

单一半导体芯片实现二维可编程波束成形，也可能成为光子学行业的分水岭。它证明复杂光学特性可以集成到硅片中并实现规模化量产。Lumotive 接下来的目标——光交换机量产、激光雷达系统落地、数据中心架构集成——将检验这项技术能否在现实世界中兑现其潜力。