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为满足自动驾驶对激光雷达系统大视场（FoV）和高扫描速率的需求，研究人员设计了一种集光束转向与分束于一体的新型微机电系统（MEMS）镜。该研究将衍射光学元件（Dammann光栅）集成于静电驱动的万向节架构MEMS扫描器上，实现了单光束同时分裂为五束，并在20 Hz帧率下获得了86°（水平）×13°（垂直）的扫描视场，将相同机械偏转下的探测视场提升了5倍，显著提高了下一代多光斑激光雷达的扫描线分辨率。
自动驾驶技术正推动着感知系统的快速发展，而激光雷达（LiDAR）作为其核心“眼睛”之一，性能至关重要。理想的激光雷达需要“看得广”——即拥有大视场（Field-of-View, FoV），以覆盖车辆周围尽可能大的区域；同时还要“看得快”——即具备高扫描速率，以快速捕捉动态变化的道路环境。然而，传统的基于微机电系统（MEMS）的单光束扫描方案在扩大视场与提高扫描速率之间存在固有矛盾。扩大机械扫描角度往往意味着更大的镜面尺寸和更慢的响应速度，反之亦然。如何在不牺牲扫描速度的前提下，突破单个光束的物理限制，大幅提升有效探测范围，成为推动高性能、紧凑型激光雷达发展的关键瓶颈。
为了解决这一挑战，一篇发表于《IEEE Sensors Journal》的研究提出了一种巧妙的思路：何不让一个光束在扫描的同时，就“分身”为多个光束？研究人员将目光投向了衍射光学元件与MEMS微镜的深度融合。他们设计并制造了一种创新的“全硅多光斑二维光束转向MEMS镜”。这项研究的核心在于，不再仅仅依赖机械扫描来拓展视场，而是通过光学手段在扫描过程中同步增加探测光束的数量。
研究者采用了几项关键技术来实现这一目标。首先，整个器件基于一块50 μm厚的绝缘体上硅（SOI）晶圆，通过一种多层、自对准且无需划片的工艺进行制造，确保了器件的集成度和可靠性。其次，他们设计了一个静电驱动的万向节（gimbal）架构MEMS扫描器。其创新点在于，在微镜的反射表面上直接加工制作了一个表面浮雕型的达曼光栅（Dammann grating），该光栅针对1550 nm波长设计，能将入射的单个激光束均匀地分裂成五个等间距分布的出射光束。在驱动方面，他们采用了垂直不对称的电极来驱动内轴（对应水平视场）进行共振扫描，以实现高速水平扫描；同时，对外轴（对应垂直视场）进行了准静态操作的优化，采用了交错式（staggered）驱动器来实现稳定的垂直偏转。
研究取得了多项具体成果。通过结构与设计，团队成功将达曼光栅与MEMS微镜单片集成。光学表征结果显示，衍射光斑之间的角间距为2.57°，光束均匀性达到68%。机械与光学性能方面，该器件在20 Hz的帧率下，实现了86°（水平）×13°（垂直）的综合视场。关键在于，对于相同的垂直机械偏转角，由于光束被分裂为五束，其有效探测视场增加了5倍。系统集成与演示部分验证了该器件作为多光斑扫描核心元件的可行性。
总而言之，这项研究成功演示了一种将光束转向与光束分裂功能合二为一的MEMS镜。它通过集成衍射光栅，在机械扫描的基础上引入光学分束，从而在不增加机械负载和扫描时间的情况下，同步提升了激光雷达系统的视场范围和扫描线分辨率。这项工作不仅提供了一种解决MEMS-LiDAR视场与速率矛盾的有效技术路径，其全硅、集成的制造工艺也为其在未来紧凑、低成本、高性能的多光斑激光雷达系统中的集成应用奠定了坚实基础，对推动下一代自动驾驶感知系统的发展具有重要意义。
