透射式光学相控阵激光雷达

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。器件封装技术的成熟增强了OPA在恶劣环境下的适应性。透射式光学相控阵激光雷达

AI大模型的爆发式增长对算力基础设施提出了前所未有的要求——千亿甚至万亿参数的大模型训练需要数万张GPU的并行协同，传统电互连在带宽、延迟和功耗方面已逼近物理极限。OPA硅光芯片凭借大带宽、低延迟、低功耗、高集成度的特性，被多家行业头部企业技术专业人士认为完美契合当前AI大模型爆发式增长带来的技术需求。光子芯片基于光子器件的集成电路，通过光的传输和调制实现信号的传输和处理，在传输速度、能耗和带宽上具有优势，其中数据传输速度约是电子芯片的千倍。尤为重要的是，光子芯片基于成熟130nm工艺即可实现算力跃升，制造过程不需用到EUV光刻机，这为我国在集成电路领域实现“换道超车”提供了战略机遇。OPA硅光芯片不只是光通信和激光雷达的重要器件，更有望成为AI算力基础设施从“电时代”迈向“光时代”的关键技术路径。小型化光学相控阵驱动ASIC光学相控阵大幅缩短了卫星间激光链路的建立时间。

南京大学江伟团队提出了一种新颖的子阵列划分和相位调控策略，在标准硅光OPA芯片上实现了远场双光束的单独精确控制，且每个光束的偏转角均可单独调节，两光束的视场角范围扩展至100°，相比传统方法扩大了近一倍。他们还验证了双光束各自携带单独调制信号，在自由空间同时传输给两个不同位置的接收机，信道隔离度优于15dB，误码率低于10⁻⁶。这一成果为光学相控阵在激光雷达多目标场景中的应用打开了大门——例如，一辆自动驾驶汽车可同时用两束光分别扫描前方车辆和侧面行人，大幅提高了感知帧率。实现多光束的挑战在于：子阵列间的串扰和功率分配不均会导致波束质量下降，需引入自适应均衡算法；同时，驱动电路需为每个子阵列提供单独的相位控制通道，增加了芯片布线和功耗的复杂度。未来，结合波分复用（WDM）技术，不同波长的光束可各自生成单独的相控模式，进一步拓展多光束的空间复用容量，有望在6G太赫兹通信中扮演重要角色。

微波光子相控阵（Microwave Photonic Phased Array）是光学相控阵技术在射频领域的延伸应用，其**思想是利用光子学方法产生、处理和分配微波信号，从而实现宽带、灵活、抗波束倾斜的相控阵雷达系统。传统电子学相控阵采用移相器*改变载波相位，但对于宽带信号（如高分辨率雷达的线性调频脉冲），不同频率分量经过移相器后会产生不同的时延差，导致波束随频率发散，即“波束倾斜”效应。光学真延时（Optical True Time Delay, OTTD）技术完美解决了这一问题——通过可调光延时线（如光纤延迟线、光开关延时网络或环形谐振腔）直接控制每个阵元的信号传播时延，使得所有频率分量经历相同的延迟，从而在整个瞬时带宽内保持波束方向恒定。通过优化量化相位台阶，可降低数字控制带来的量化误差。

OPA光学相控阵技术是激光雷达行业毋庸置疑的前列技术。在全固态激光雷达的三大技术路线（OPA、Flash、MEMS）中，OPA被认为是技术难度比较高但前景更为广阔的方案。其重要价值在于：彻底摒弃机械运动部件，从根本上解决了传统机械式激光雷达“成本高、体积大、易损坏”的量产痛点。OPA芯片可更大面积运用于激光雷达、光通信、AR/VR、量子计算等诸多领域，其重要优势在于高集成度、小型化、低功耗、无机械结构、高可靠性以及可批量CMOS制造能力。在智能网联汽车产业快速发展的背景下，OPA全固态激光雷达有望成为L4/L5级自动驾驶的重要传感器。随着硅光工艺的日益成熟和III-V激光异质集成的突破，OPA芯片的成本将持续下降。业内普遍预测，全固态OPA激光雷达将在2028年前后实现前装量产，成为推动自动驾驶技术大规模商业化落地的关键使能硬件。铌酸锂材料制成的OPA具备极高的电光响应速度。低功耗光学相控阵周期

精密温控系统可提升OPA在复杂热环境下的稳定性。透射式光学相控阵激光雷达

随着硅光工艺的成熟和III-V激光异质集成的突破，OPA芯片正从实验室走向产业化。据市场研究机构统计，2025年全球OPA硅光芯片市场销售额达到3600万美元，预计2032年将达到1.42亿美元。OPA硅光芯片广泛应用于车载激光雷达、自动驾驶感知、3D成像、自由空间光通信（FSO）、AR/VR空间感知以及重要安防探测系统。在光通信领域，OPA芯片的重要优势在于高集成度、小型化、低功耗、无机械结构、高可靠性以及可批量CMOS制造能力。多家光通信、AI算力领域的行业头部企业技术专业人士认为，OPA硅光芯片大带宽、低延迟、低功耗、高集成度的特性，完美契合当前技术发展的核心需求。随着全球首条OPA硅光芯片中试线的投产，OPA光通信芯片有望在未来三至五年内实现规模化量产，推动自由空间光通信从高价专门用场景走向大众化应用。透射式光学相控阵激光雷达

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