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2025-07-11
光纖光開關作為光通信網(wǎng)絡的核心器件，正迎來2025年的技術(shù)突破與應用擴展。隨著AI算力需求激增、智能網(wǎng)聯(lián)汽車普及和6G網(wǎng)絡研發(fā)推進，光纖光開關正從傳統(tǒng)的骨干網(wǎng)保護倒換場景，向智算中心全光互聯(lián)、車載光通信網(wǎng)絡和衛(wèi)星激光通信等前沿領域延伸。
這些新應用場景對光開關提出了更高的性能要求，推動了MEMS、DBS等技術(shù)路線的創(chuàng)新與突破，同時促進了光開關與新型光纖（如空芯光纖、多芯光纖）的深度融合，形成了光算融合、車光一體和空天地一體化的新技術(shù)生態(tài)。本報告將從技術(shù)特點、應用場景和未來趨勢三個維度，全面解析2025年光纖光開關的新應用方向。
2025年光纖光開關技術(shù)呈現(xiàn)多路線并行發(fā)展的態(tài)勢，主要技術(shù)路線包括MEMS微鏡陣列、DBS直接光束偏轉(zhuǎn)、C+L WSS一體化等，各自在性能指標上各具特色。MEMS光開關通過微機電系統(tǒng)實現(xiàn)光路切換，具有低插入損耗（典型值≤0.50dB）、寬波長范圍（1260-1650nm）和低信道串擾（抑制≥55dB）的技術(shù)優(yōu)勢 。華為DC-OXC采用MEMS微鏡陣列實現(xiàn)全光交換，端口可靠性提升20%以上，實測數(shù)據(jù)顯示網(wǎng)絡平均無故障時間（MTBF）較全電方案優(yōu)化超20%，年停機時間減少25% 。DBS技術(shù)則通過直接光束偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)超大端口配置（最高支持576×576） ，支持大規(guī)模AI集群拓撲靈活重構(gòu)，典型插損低至2.7dB，回損優(yōu)于-50dB，已累計運行超過188億端口小時，具備超高可靠性 。中興通訊的C+L WSS一體化方案支持12THz全波段調(diào)度，單端調(diào)度波長數(shù)提升1倍，未來將支持40維以上高維度光層調(diào)度，提升網(wǎng)絡靈活性 。
在性能指標方面，2025年光纖光開關實現(xiàn)了顯著突破。光迅科技推出國內(nèi)首款超小型Φ2.4×16mm的1×2MEMS光開關，較常規(guī)Φ5.5mm產(chǎn)品體積縮小90%以上 。同時，光開關在能耗方面也取得重大進展，中興通訊800G C+L一體化可插拔光模塊采用5nm DSP芯片、薄膜鈮酸鋰調(diào)制技術(shù)和nano-ITLA封裝，尺寸減少60%、功耗降低68% 。華為DC-OXC方案通過光電混合架構(gòu)降低設備投資30%，功耗減少40% 。在可靠性方面，微機械式光開關經(jīng)過10^9次機械循環(huán)測試后，插入損耗漂移量＜0.05dB，抗振動性能達到GR-1221-CORE標準，滿足電信級可靠性要求 。
在智算時代，光纖光開關正成為構(gòu)建高效算力網(wǎng)絡的關鍵技術(shù)。隨著AI大模型參數(shù)量突破萬億級、智算集群規(guī)模向百萬卡邁進，傳統(tǒng)電互聯(lián)在密度與功耗上漸漸變得難以為繼，光互聯(lián)技術(shù)成為智算中心的必然選擇 。谷歌作為行業(yè)先行者，已在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡（DCN）核心層和智算參數(shù)面規(guī)?；渴鹑饨徊妫∣CS），完成了90%的替代，并推動OCS從”單點突破”走向”全局重構(gòu)” 。華為推出的DC-OXC解決方案通過MEMS微鏡陣列實現(xiàn)全光交換，支持超大規(guī)模AI集群互聯(lián)，如TPU v4的64個機柜通過OCS互聯(lián)，形成4096卡的超大規(guī)模算力單元，故障隔離效率提升50倍，集群可用性從8%躍升至75% 。
在智算中心架構(gòu)方面，華為DC-OXC實現(xiàn)了三層創(chuàng)新：首先是架構(gòu)之變，從”堆疊枷鎖”到”樂高式擴展”，傳統(tǒng)CLOS架構(gòu)受限于電交換機端口密度，萬卡集群需多層堆疊，導致時延與擁塞點激增。華為DC-OXC在頂層構(gòu)建全光交換平面，支持計算單元（POD）按需分批接入，理論可擴展至百萬卡規(guī)模，“光層一次規(guī)劃、電層分步擴容”的模式降低初期投資門檻，避免重復布線帶來的資源浪費 。其次是可靠性躍升，光模塊故障削減92%的”零妥協(xié)”：據(jù)統(tǒng)計，光模塊故障占智算網(wǎng)絡故障的92.3%，而華為DC-OXC采用免光模塊設計，通過MEMS微鏡陣列實現(xiàn)全光交換，端口可靠性提升20%以上 。最后是效率優(yōu)化，跳數(shù)減1，性能增益3.5%：在時延敏感型場景中，華為DC-OXC通過扁平化架構(gòu)將傳輸跳數(shù)從5跳降至4跳，單跳時延降低56μs。仿真和實測顯示，可助力GPT-MoE等模型訓練任務吞吐量提升1.5%3.5%，小規(guī)模集群實測性能增益達2% 。
中國電信在智算中心場景中也實現(xiàn)了突破，其空芯光纖與光開關的協(xié)同應用將時延降低30%，支持S+C+L波段超120Tbit/s實時傳輸 。在杭州智算中心和義橋互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心之間完成空芯光纜現(xiàn)網(wǎng)部署，基于現(xiàn)網(wǎng)部署的20km空芯光纖，實現(xiàn)了100.4Tbit/s的信號實時傳輸，容量距離積達到了2008Tbit/s·km。在光纖鏈路方面，實現(xiàn)超10km空芯光纖連續(xù)拉絲長度，并在擴展C與擴展L波段上實現(xiàn)最低0.6dB/km的衰減系數(shù)。在光纖接續(xù)方面，基于梯度放大斜切優(yōu)化技術(shù)，實現(xiàn)單模光纖與空芯光纖單點連接損耗0.25dB、回損小于50dB的高性能連接 。
車載光通信和激光雷達正成為光纖光開關在汽車領域的新應用方向。隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的興起，車內(nèi)通信帶寬需求激增，光纖光通信技術(shù)提供高速數(shù)據(jù)傳輸、低延遲和高可靠性，滿足自動駕駛實時決策和大容量數(shù)據(jù)交換的需求 。2023年底，IEEE發(fā)布了車載光通信標準，加速了該技術(shù)在汽車領域的應用。同時，中國也在積極推動相關技術(shù)標準的制定 。
在車載光通信技術(shù)實現(xiàn)方面，東風汽車開發(fā)的車規(guī)級光纜線束總成已通過1.2萬公里實車測試，支持控制器間直接光通信 。未來計劃取消中間的光電交換設備，實現(xiàn)控制器之間的直接光通信，推動光纖通信深度融入整車控制系統(tǒng)。這一過程需產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同推進，尤其在協(xié)議選型、硬件適配及測試工具鏈建設等方面形成合力。目前主流方案包括以太網(wǎng)、PON和MIPI三類。綜合考慮技術(shù)成熟度與產(chǎn)業(yè)配套情況，以太網(wǎng)與PON為當前主要發(fā)展方向 。
在激光雷達應用方面，華為技術(shù)有限公司申請了一項名為”光裝置、激光雷達和交通工具”的專利，公開號CN117434644A，申請日期為2022年7月。該專利中，光開關陣列用于將入射光從入射光對應的光通路輸出，光柵用于將光開關陣列的出射光進行反射或透射輸出，其中，對于光開關陣列的每個光通路，該光通路的出射光入射至光柵的同一位置點，該光通路的不同波長的出射光從光柵出射的出射角度不相同。采用這種設計，長期使用可靠性較高 。
上海交通大學的研究團隊提出了一種基于透鏡輔助光束掃描(LABS)技術(shù)和現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)的固態(tài)激光雷達測距系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用收發(fā)一體的結(jié)構(gòu)，其中的LABS器件由1×16光開關芯片、4×4光纖陣列和透鏡組成。根據(jù)LABS方案特點，通過選擇不同的發(fā)射器，將光束照亮到透鏡的不同位置來實現(xiàn)光束的轉(zhuǎn)向。光束掃描采用FPGA結(jié)合外部選通電路進行控制的方式，通過輸出電壓控制4級馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)型光開關工作，實現(xiàn)光束的快速切換。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)光束轉(zhuǎn)向角度步長為0.35°，最大測距范圍可達200m，9.2m內(nèi)的測距誤差約為1cm 。
在車載光開關標準化方面，2022年底新發(fā)布的AEC-Q102-003標準將光耦列為OE-MCM類型之一，正式確認了光耦的車規(guī)標準為AEC-Q102-003。該標準對光開關的高溫工作、溫度循環(huán)、高溫高濕等環(huán)境應力試驗提出了嚴格要求，確保車載光開關在極寒、極熱等復雜環(huán)境下穩(wěn)定工作 。
在5G-A/6G網(wǎng)絡演進中，光纖光開關正發(fā)揮著關鍵作用。5G-A網(wǎng)絡實現(xiàn)了從千兆到萬兆的10倍能力提升，在5G環(huán)境下端到端時延為50毫秒，而5G-A環(huán)境下這一數(shù)字降低到20毫秒，小區(qū)切換時延從百毫秒級降為毫秒級 。上海移動在金橋示范區(qū)開通了全球首條5G-A車聯(lián)網(wǎng)示范路線，該路線支持無人物流小車在行駛中遇到緊急情況時，工作人員的遙控指令在20毫秒以內(nèi)下發(fā)到車機，幫助車輛回到指定地點 。華為基站具有通信感知一體的能力，可以提供全天候、多場景、高精度的感知服務，在白天、夜間、雨天、霧天等環(huán)境下感知目標物體，對人、車、物精準識別 。
在衛(wèi)星激光通信領域，中國科學院西安光學精密機械研究所研制的星載光開關樣機已成功在軌驗證。該光開關支持40Gbps交換容量，切換時間僅為0.388μs，解決了我國空間信息網(wǎng)絡高速激光鏈路數(shù)據(jù)交換帶寬瓶頸難題 。星載光開關是星載光交換設備的核心器件，設計實現(xiàn)高頻率、低插損、低串擾、長壽命、高可靠等性能優(yōu)越的光開關器件，可提升光交換載荷系統(tǒng)級能力，從而影響整個空間光網(wǎng)絡效能發(fā)揮 。常用的光開關技術(shù)體制包括平面光波導(PLC)、微機電系統(tǒng)(MEMS)及硅基液晶顯示器(LCOS)，各有其優(yōu)缺點 。
在新型光纖技術(shù)應用方面，空芯光纖與光開關的協(xié)同應用展現(xiàn)出巨大潛力。空芯光纖以空氣或特定氣體為纖芯，主要優(yōu)勢在于低時延（較現(xiàn)有光纖系統(tǒng)降低30%）、低損耗（在通信窗口理論最小極限可低至0.1dB/km）、超低非線性（較常規(guī)光纖材料低3到4個數(shù)量級）等 。中國電信完成擴展C+L波段結(jié)合單波1.2T超高速模塊，實現(xiàn)單向100.4T、20km的空芯光纖現(xiàn)網(wǎng)傳輸 。微軟作為空芯光纖產(chǎn)業(yè)化的引領者，計劃未來24個月部署15000公里的空芯光纖，提高數(shù)據(jù)傳輸能力 。
藤倉（中國）有限公司在多芯光纖(MCF)與空芯光纖(HCF)熔接技術(shù)方面取得最新進展，開發(fā)了多軸對芯、標記點識別、低功率放電等專用熔接工藝，配合IPA2、EV-AUTO等模式，實現(xiàn)MCF與HCF低于0.15dB和0.1dB的低損熔接。報告還指出以”拉斷法”替代傳統(tǒng)壓斷切割，顯著提升端面質(zhì)量，配合FSM-100P+特種熔接機與CT110小型切割刀，已完成多個項新型光纖野外部署實踐，支撐國內(nèi)廠商推進產(chǎn)業(yè)化落地 。
2025年光纖光開關技術(shù)正朝著更高集成度、更低損耗和更智能化的方向演進。在智算中心領域，光開關技術(shù)將向AI賦能方向發(fā)展，通過光算融合架構(gòu)實現(xiàn)”光網(wǎng)for AI”筑基和”AI for光網(wǎng)”融智雙向賦能 。中興通訊提出”光算融合”創(chuàng)新架構(gòu)，基于智算場景，采用新一代全頻OTN方案，實現(xiàn)”光網(wǎng)for AI”筑基，“AI for光網(wǎng)”融智雙向賦能：在”光網(wǎng) for AI”方面，C+L全頻一體方案鑄就智算堅實光底座；探索空芯光纖系統(tǒng)極致低時延如何提升算效，筑造高效算網(wǎng)之路；高可靠光傳輸方案構(gòu)建長距無損智算光網(wǎng)絡 。
在車載光通信領域，技術(shù)路線正從”打通物理通路”的無源介質(zhì)階段，逐步邁向”實現(xiàn)功能通信”的有源系統(tǒng)集成階段。第二階段的核心目標是取消中間的光電交換設備，實現(xiàn)控制器之間的直接光通信，推動光纖通信深度融入整車控制系統(tǒng) 。這一過程需產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同推進，尤其在協(xié)議選型、硬件適配及測試工具鏈建設等方面形成合力。
在衛(wèi)星激光通信領域，星載光開關技術(shù)將向高容量、多維度的方向發(fā)展，同時需要考慮良好的網(wǎng)絡擴展能力，能夠?qū)崿F(xiàn)來去向不對稱的光信號處理 。隨著天問二號等深空探測任務的實施，星載光開關技術(shù)將在空間信息網(wǎng)絡建設中發(fā)揮重要作用 。
空芯光纖與光開關的融合應用也將成為未來發(fā)展方向?？招竟饫w在超大容量、超長距離、超低時延、低功耗傳輸?shù)确矫婢哂酗@著優(yōu)勢，但面臨CO2/CO氣體吸收譜線導致現(xiàn)有波段系統(tǒng)容量無法實現(xiàn)最大化、機械環(huán)境適應性問題以及單纜纖芯密度低等挑戰(zhàn) 。通過光開關技術(shù)的創(chuàng)新，可以優(yōu)化空芯光纖系統(tǒng)的性能，如通過光開關實現(xiàn)不同波長光束的定向輸出，規(guī)避吸收譜線影響；通過光開關動態(tài)調(diào)整光路，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；通過光開關與多芯光纖的協(xié)同，提升端口密度和傳輸效率 。
2025年光纖光開關技術(shù)正迎來多領域應用的爆發(fā)期。在智算中心領域，光開關通過全光互聯(lián)技術(shù)，顯著降低設備投資和能耗，提升算力網(wǎng)絡效率；在車載光通信領域，光開關支持車內(nèi)高速數(shù)據(jù)傳輸，滿足自動駕駛實時決策需求；在5G-A/6G網(wǎng)絡領域，光開關實現(xiàn)動態(tài)組網(wǎng)和通感一體，提升網(wǎng)絡性能；在新型光纖技術(shù)領域，光開關與空芯光纖、多芯光纖的協(xié)同應用，突破傳統(tǒng)光纖的傳輸瓶頸。
未來，光纖光開關技術(shù)將與AI、量子通信、衛(wèi)星通信等前沿技術(shù)深度融合，形成更高效的光網(wǎng)絡架構(gòu)。同時，隨著技術(shù)的交叉融合，光纖光開關將在各自賽道上不斷創(chuàng)新，共同構(gòu)建未來智能系統(tǒng)的底層架構(gòu)。在標準化方面，IEEE 802.3cz和ISO 24581等國際標準將為車載光通信提供技術(shù)支撐 ；在產(chǎn)業(yè)化方面，微軟、中國電信等企業(yè)的空芯光纖部署將加速光開關技術(shù)的創(chuàng)新應用 ；在技術(shù)演進方面，MEMS、DBS、C+L WSS等技術(shù)路線將不斷突破，為光網(wǎng)絡升級提供技術(shù)保障。
隨著技術(shù)的不斷進步，光纖光開關將在構(gòu)建面向AI時代的算力網(wǎng)絡、支持智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展、推進5G-A/6G網(wǎng)絡建設以及實現(xiàn)空天地一體化通信等方面發(fā)揮更加重要的作用，為全球尊貴客戶提供可靠和創(chuàng)新的解決方案 。
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