调控光束，光子技术改写传统计算逻辑

在近期新一轮技术创新浪潮中，光计算同样迎来快速发展。科研人员依托相位调控技术实现光束偏转、光学压缩、图像处理等多项应用。下文汇总麻省理工学院（MIT）、加州大学洛杉矶分校（UCLA）与东京科学大学（Science Tokyo）近期前沿光学研究成果。

麻省理工学院：光束光学偏转技术取得突破

麻省理工学院研究团队近期发布研究成果，提出一种全新光束电控偏转方案。该技术基于大视场集成光学相控阵（OPA），有望研发出无机械运动部件、性能更优异的激光雷达（LiDAR）传感器。

光学相控阵普遍采用兼容 CMOS 的工艺制备，光波导依托绝缘层上硅（SOI）工艺制作。外部激光器向硅基光路输入光源，光束经过多次分光后接入一系列相位调控光波导。传统光学相控阵的相邻波导间距等于一个完整激光波长；而麻省理工学院新方案将波导间距压缩至二分之一波长。

左侧为传统全波长间距光波导（视场受限），右侧为半波长间距大视场光波导；图片来源：MIT

据该论文介绍，天线阵列间距为全波长时，阵列间动态耦合会在中心轴线 ±30° 区间产生串扰（栅瓣效应），器件有效视场仅 60°。将阵列间距缩减至半波长后，相邻波导出射光束互不耦合干涉，栅瓣出现角度延后至 ±90°，理论视场可达 180°。

(a) 大视场集成光学相控阵结构图；(b) 器件单光束投射至红外感应卡片实测图；(c) 搭载精密旋转载台的实验平台，用于采集芯片远场光束分布；图片来源：Nature

实测验证该光学相控阵可在 180° 范围内无栅瓣调控光束。多组相位调试实验中，样机实测光束偏转范围 15°。大视场特性为车用、机器视觉领域研制高精度、低成本无机械式激光雷达奠定基础；研究团队后续计划优化材料体系，实现单片芯片完整 180° 全域光束扫描。

加州大学洛杉矶分校：依托光学运算实现大景深投影

加州大学洛杉矶分校萨米工程学院课题组研发出一款高分辨率、拓展景深的投影系统。这套无源混合光学系统搭载光学卷积神经网络，可基于相位实现 36 倍光学数据压缩。

空间带宽积（SBP）用于表征光学系统信息承载能力，分辨率、色深是其核心参数，光波相位同样可承载信息。该样机借助相位编码生成低分辨率图像，占用常规带宽仅为原图的 1/36，但整体空间带宽积与全分辨率画面保持一致。

大景深成像投影用光场编解码系统原理图；图片来源：UCLA

图像解码流程：先由低分辨率相位投影机输出压缩画面，光束再经由三段式光学衍射解码器完成相位解压，最终生成景深优于传统投影设备的三维成像画面。

该技术在近眼级 AR/VR 设备中应用前景广阔：传统近眼投影易造成人眼对焦疲劳，这套新方案可大幅缓解佩戴者用眼不适。

东京科学大学：单片二极管兼顾发光与光电发电

多数半导体具备光电效应，发光二极管（LED）也不例外；但消费显示常用的有机发光二极管（OLED）光电转化效率偏低，难以实现实用化发电。

东京科学大学科研团队发表论文，提出一种新型 OLED 器件结构，可同时用作显示面板与光能采集器件。该一体化芯片能够利用显示层半导体吸收光能补能，减少整机元器件用量、降低硬件成本。

兼具显示与光伏发电功能的半导体材料结构；图片来源：Science Tokyo

光电效应依靠半导体 PN 结产生可移动电子：电子脱离原位后形成带正电的空穴，电子与空穴复合时可转化为电能或光能。但 OLED 所用可见光有机半导体普遍存在非辐射复合（NRR）问题，载流子复合时既无法高效产电，还会降低发光效率、产生多余废热。

研究团队采用两种不同的多共振热活化延迟荧光（MR-TADF）材料叠层制备器件，分别为硼基 v-DABNA、羰基 / 胺基 QAO 材料。原型器件光电转换效率达 1.36%、发光效率 2%，系全球首款两项指标同步突破 1% 的有机半导体器件。

样机红光亮度可达 1000cd/m²，对标商用 OLED 水准。团队后续将攻关全彩化工艺，优化光伏响应效率，实现具备实用取电能力的一体化器件。