激光光源具有能量集中、发散角小、相干性好的特点,常用于对环境的感知探测。机械结构的激光雷达技术成熟,但是体积大成本高。利用光电子集成技术制作的光学相控阵结全固态激光雷达可以减小器件的尺寸。常用来制作光学相控阵激光雷达的材料有铌酸锂、液晶、压电陶瓷和半导体材料等。铌酸锂制作的光学相控阵精度较高,但操作电压高,功耗大,扫描角度较小。液晶制作的光学相控阵所需驱动电压较低、功耗小、使用寿命长、扫描角度较大,但响应速度慢,热稳定性差且工作波长受限。压电陶瓷制作的光学相控阵透射光谱宽、损耗低、价格便宜,但工作电压非常高且造价较高。随着硅基光电子技术的发展,在一个芯片上可以集成数目庞大的光电子器件。利用硅基光电子技术制作的光学相控阵体积小,成本低。但利用硅基光电子技术制作光学相控阵还有许多难点,本文中分析并设计了光学相控阵结构,主要完成了以下几个方面的工作:首先,本文介绍了硅基光电子集成光学相控阵的研究进展,包括一维和二维扫描光学相控阵,简要介绍了光学相控阵应用的瓶颈问题。其次,本文分析了光学相控阵的阵列模型,介绍了远场光束的主要性能参数。分析并探讨了波导数目和波导间距对等间距光学相控阵远场光束的影响,分析了等间距光学相控阵远场光束产生栅瓣的原因,简要的概述了非等间距布局对栅瓣的抑制作用。然后介绍了常用的设计非等间距光学相控阵的算法,包括遗传算法以及粒子群优化算法。这些算法在设计非等间距光学相控阵时都需要不断的迭代,针对此问题,本文进行了一定的优化,提出了一种图案搜索算法,不需要重复迭代就可以设计出性能较高的非等间距光学相控阵。演示了利用此算法设计的一个非等间距光学相控阵的远场光束及其扫描效果。与已报道的设计方案相比,演示的设计方案可以用更少的波导数目实现扫描范围更大,波束角更小的扫描。最后,非等间距制作过程中,由于加工误差等原因,很难保证各个波导之间的均匀性一致,波导间距也会存在偏离设计方案的情况。在此情况下远场衍射光束就会偏离预期。针对制作过程中的相位误差和幅度误差对远场衍射光束的影响进行了分析,以一个非等间距光学相控阵为模型,利用切比雪夫不等式预估了随机的相位误差与幅度误差对远场光束主要性能指标的影响。理论预估的结果与利用MATLAB仿真结果吻合良好。本文得到了在相位与幅度误差存在时的峰值旁瓣电平范围的一般表达式,可以有效的提高后续光束校对效率,为工程实践提高有益参考。