了解光学相控阵旁瓣抑制

在AI数据中心中，GPU之间的通信效率直接决定了集群的整体算力利用率。谷歌TPU v4、Meta Llama3等超大规模训练集群的实践经验表明：只有把交换平面搬到光层，让连接关系随作业流量实时重构，才能把GPU利用率从60%提升到90%以上。光电路交换（OCS）技术的重要价值在于实现了物理层拓扑的可重构，可针对性解决传统电交换网络在AI场景下的功耗、延迟、灵活性瓶颈。OCS已在多代TPU加速器超算集群中得到落地应用。通过三维折叠光路设计，可将9片MEMS级联成9216×9216无阻塞矩阵，满足10万GPU全互连需求。光交换技术通过动态重构网络拓扑，可明显提升集群利用率与系统可靠性。在计算技术层面，光电融合有望成为突破算力瓶颈的重要方向。光学相控阵作为光交换的重要光操控器件，将在这一变革中扮演不可替代的角色。光学相控阵可用于微粒操控与光学陷阱的建立。了解光学相控阵旁瓣抑制

随着5G/6G网络对无线数据传输速率的需求式增长（6G目标峰值速率达1 Tbps），传统的射频和毫米波频段已接近香农容量极限，而光频段拥有几乎无限的可用带宽（数百THz），因此自由空间光通信（FSO）被视为超越5G的重要候选方案。光学相控阵在FSO系统中扮演着**角色，它一方面可实现发射光束的快速指向对准（无需粗笨的万向节），另一方面可通过多波束成形同时服务多个用户，且具备空分复用能力。南京大学团队构建的硅光相控阵无线光传输系统具有代表性意义——他们利用OPA芯片作为发射前端，在室内5米距离上实现了12 Gbps的单波束传输速率，且在不同用户间切换时间*为12.8微秒，远低于机械转向的数百毫秒。更令人振奋的是，OPA还支持“隐私通信”模式，即通过波束赋形将信号能量定向投射至特定接收机，而在其他方向的泄漏功率衰减超过20dB，有效防止**，这是射频全向广播无法比拟的安全优势。小型化光学相控阵详解OPA彻底摒弃了传统机械转动部件，可靠性大幅提升。

国内洛微科技、一径科技和力策科技等初创公司也相继发布了自己的OPA芯片样机。然而，OPA激光雷达仍面临几大产业化障碍：一是芯片制造良率低，尤其是大规模波导阵列的相位一致性难以保证，需每片单独校准；二是激光光源耦合效率有限，且高功率激光注入芯片易引发非线性效应和热应力；三是环境适应性——在-40℃~85℃车规温度范围内，硅材料的热光系数变化会导致相位漂移，必须集成片上温度传感器和自适应补偿回路。克服这些问题需要上下游产业链协同攻关，预计未来3~5年内，随着工艺成熟和算法完善，OPA激光雷达将逐步走向量产。

面向星间激光链路的应用，OPA可大幅减轻卫星载荷的重量和功耗，因为传统光学天线需要两轴伺服机构（重达数公斤），而OPA芯片只重几十克；欧洲航天局（ESA）已启动“OPTIMA”项目，研究基于液晶OPA的星间相干光通信终端，目标实现10 Gbps的星地传输。需要指出的是，FSO受大气湍流影响严重，会造成光束漂移和闪烁，OPA的快速波前校正能力恰好可以部分补偿湍流引起的相位畸变，这一自适应光学功能在传统机械系统中很难实现。因此，可以预见，光学相控阵将成为下一代天地一体化信息网络的重要光交换节点。该技术赋能自动驾驶，提升了环境感知的可靠性。

多波束光学相控阵是近年来OPA技术的重要发展方向。它能够在同一芯片上实现多光束的同步成形，为高帧率探测、多目标追踪以及多用户并行通信提供了可能。浙江大学时尧成教授团队提出一种新型架构，头一回将多波束设计引入二维光学相控阵列，并赋予其全新的工作自由度。该团队研究设计了一种低功耗的多波束OPA方案。多波束OPA的重要价值在于将光通信从“串行”推向“并行”——传统单波束系统同一时刻只能服务一个用户或扫描一个方向，而多波束系统可同时完成多项任务。在激光雷达中，多波束可同时探测多个方向，大幅提升点云刷新率；在光通信中，多波束可同时服务多个用户，成倍提升系统容量；在感知通信一体化中，多波束可同时完成环境感知和数据传输。这一技术的成熟将使OPA从“单一功能器件”进化为“多功能光场处理器”。OPA用于光学神经网络的片上光互连与权重调制。低成本光学相控阵天线

高速切换能力使OPA适于建立灵活的自由空间光互连。了解光学相控阵旁瓣抑制

自由空间光通信以大气为信道，光束在大气信道中传输时会受到湍流的严重影响——大气湍流引起光束传输路径上折射率的随机起伏，导致光束漂移、光斑扩展、到达角起伏和强度闪烁等现象。光学相控阵的快速波前校正能力恰好可以部分补偿湍流引起的相位畸变。其原理是：在接收端，OPA阵列作为波前传感器，通过检测各阵元接收到的光场相位分布，反推出大气湍流引入的波前畸变；随后在发射端，OPA加载反向的相位补偿分布，对出射光束进行预畸变，使其在传输过程中抵消湍流影响，更终在接收端形成接近衍射极限的光斑。这一自适应光学功能要求OPA的相位调控速度必须快于湍流的演变速度（通常为毫秒至亚毫秒级）。结合快速收敛的相位校准算法，OPA自适应光学系统有望在大气光通信中实现长距离、高可靠性的数据传输。这使OPA不只是光束转向器件，更成为大气信道补偿的重要处理器件。了解光学相控阵旁瓣抑制

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