关键词：光学开关阵列、氮化硅、结构光成像
上海科技大学的研究团队在《Laser & Photonics Reviews》期刊上发表了题为“Silicon Nitride Optical Switch Array for Intensity-Wavelength Encoded Structured Light Imaging”的文章，展示了一种基于32通道氮化硅光学开关阵列的创新3D成像系统。
传统结构光成像因环境光干扰和分辨率与范围的权衡而在面部识别、工业机器人及机器视觉中受限。
新系统结合1×32光学开关阵列与梯度光栅天线，通过粗略通道切换（0.65°步进）和精细波长调谐（0.07° nm⁻¹）实现无机械部件的紧凑设计，扩展至40°(H)×20°(V)的视场角，并保持光束整形与定向发射。这一突破为动态环境下的高精度3D传感提供了切实可行的解决方案。
该系统的核心依托氮化硅（SiN）光子平台的低损耗和宽带特性，优于传统硅基或硅绝缘体平台。
展开剩余55%研究团队设计了光学开关阵列扫描芯片（OSASC），利用多模干涉耦合器和梯度光栅天线实现光束操控：粗扫描通过通道切换快速覆盖大范围，精细扫描则依赖波长调谐在1550 nm带内精确调整。
强度-波长混合编码将光强与波长信息整合，用于高效点云重建，插入损耗低于1 dB cm⁻¹，光束发散角约0.03°。相较于机械扫描，该设计避免了振动和对准问题，结合VCSEL-DOE的低功耗特性，通过集成光子学提升了眼安全性和抗干扰能力，为复杂场景3D成像奠定了技术基础。
实验中，团队对平面和阶梯表面进行了扫描，取得亚毫米级精度，根均方误差分别小于360 µm和900 µm，优于传统方法。对1米距离的“大卫”雕像，点云密度达200 pts cm⁻²，清晰再现细节；在5米复杂场景下，系统仍能生成高分辨率深度图。光束转向角度从-15°至15°，波长范围覆盖14 nm至20 nm，适应231 mm至5000 mm距离。利用SWIR相机和三角测量法，系统在低信噪比下展现鲁棒性，验证了其在动态环境中的实用性，为行业应用提供了可靠数据。
这项研究标志着集成光电子在结构光成像领域的重大进步，成功突破传统技术瓶颈，为自动驾驶和医疗成像等领域注入新活力。
依托氮化硅平台的潜力，该系统有望进一步优化功耗和分辨率，业内专家预计其将加速光子芯片的产业化进程，重新定义3D感知技术标准，推动更智能安全的应用落地。
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