在近年“智能化”的浪潮中,各类无人系统正在悄无声息的改变世界,改变人们习以为常的生活方式。先进的环境感知能力成为实现智能无人系统的前提和必要条件,相关传感技术成为了支撑智能无人系统发展的关键技术体系中的核心环节。激光雷达作为重要的传感技术手段,目前很大程度上受限于其机械扫描的运作方式,不可避免的带来尺寸大,扫描速度慢的缺点。利用硅基光子集成技术,设计制造尺寸小,速度快的波束扫描器件有着十分重要的意义。硅基光学相控阵列(Optical Phased Array,OPA)是包含一组阵列排布的光输出单元,可以通过控制每个单元的相位,实现远场辐射波束的扫描,具有尺寸小,速度快的特点。本论文在充分的理论学习以及总结前人设计经验的基础上,结合课题组的实际情况,对硅基光学相控阵展开了充分的研究,设计并搭建了傅里叶成像系统,用作硅基光学相控阵芯片远场辐射图的测试系统;分难度多次设计并流片制作了相关器件,利用傅里叶成像系统完成测试,验证了其基本功能;搭建了硅基光学相控阵的反馈优化系统,对相应器件的辐射性能实现优化,验证了反馈优化系统的可行性;设计制造光栅不等间距分布的光学相控阵,验证了其在栅瓣消除方面的优势。本文的主要内容如下:1.介绍了硅基光学相控阵的基本原理,从单个辐射单元的远场辐射结果的计算到阵列辐射单元的远场辐射结果的计算,给出了完整的理论分析。介绍了主流的硅基光学相控阵的结构组成,以实际流片结构为例,仿真分析了其中关键器件(MMI(Multimode Interference)功分器,输出光栅阵列,热电极组)的特性参数。2.搭建了硅基光学相控阵的远场测试系统。通过一维硅基光学相控阵的测试,详细介绍了远场辐射结果的测试步骤,测试分析其辐射特性。3.设计搭建了硅基光学相控阵的反馈优化系统,用于优化提升相控阵的远场辐射结果。设计了一个1×8的输出光栅紧密排布的光学相控阵,利用反馈优化系统进行优化,验正了反馈优化系统与紧密排布相控阵的可行性。4.设计制作了用于栅瓣消除的光栅不等间距分布的硅基光学相控阵,反馈优化其相位误差,消除了高阶栅瓣,给出了其相控方式,实现了波束偏转。