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高传输速率、集成化、硅光技术，光通信发展的未来三大趋势

光电汇OESHOW

2021-08-24

导读：现代信息承载的核心方式

光纤通信：

现代信息承载的核心方式

光通信通常泛指光纤通信。光纤通信是指以石英光纤作为传输媒介，以光作为信息载体的通信方式，工作范围在近红外区域，对应波长区域是800 nm至1800 nm。经过几十年的发展，光纤通信已经成为现代信息承载的核心方式，在现代通信网中起着举足轻重的作用。光通信产业链包括光芯片、光器件、光模块、光网络设备和电信及数通应用（如图1）。

图1 光通信产业链

光通信产品主要包括光纤光缆、光电器件(含有源光器件、无源光器件、光电端机等)、光传输设备(含PDH、SDH、WDM、DWDM等光传输设备)。光通信产业中最主要的是光纤通信，光纤已经成为通信网的重要传输媒介，目前世界上大约有60%～80%的通信业务经光纤传输，而光纤网络只占所有网络的30%，其余为电缆网络，预计未来也会逐渐被光网络所取代。目前，我国已经形成了较完整的光纤通信产业体系，涵盖了光纤、光传输设备、光源与探测器件、光电器件等领域。

中国光网络市场：

全球格局下占主导地位

根据市场咨询公司Omdia统计（如图2），2020年全球光网络市场规模约162.00亿美元，未来五年复合增长率约为1.55%，至2025年市场规模将达到174.93亿美元；其中，亚太市场增长最快，未来五年将以2.27%的复合增长率增长，至2025年增长至88.49亿美元。2020年，中国光网络市场市场规模约为53.47亿美元，未来5年复合增长率约为2.75%至2025年市场规模达61.23亿美元。

图2 全球主要地区光网络市场规模

资料来源：Omdia

全球光网络市场主要由中国厂商主导。根据Omdia统计（如图3），2019年第三季度至2020年第二季度，全球光网络市场的前五大厂商占比为77.14%，其中华为以29.86%的市场份额稳居首位，中兴通讯股份有限公司以12.05%的市场份额位列第三。

图3 2019Q3-2020Q2全球光网络市场竞争格局

资料来源：Omdia

发展趋势：

高传输速率、集成化、硅光技术发展

光纤通信技术从最初的低速传输发展到现在的高速传输，已成为支撑信息社会的骨干技术之一，并形成了一个庞大的学科与社会领域。随着社会对信息传递需求的不断增加，光纤通信传输技术的不断成熟，光纤通信系统及网络技术将向高传输速率、集成化、智能化的方向不断发展，其使用成本更低、应用效果更好，在即将实现全面覆盖的 5G 时代，现代光纤通信传输技术的发展前景广阔。

（1）传输速率迅速向800 Gbit/s发展

高速一直是光网络发展的主旋律，目前100 Gbit/s是干线和城域网等的主流传输速率，200 Gbit/s也已经开展了初步的规模部署，而基于单通路400 Gbit/s的WDM（波分复用）系统相关的标准也已基本完成，预期将会逐步在区域干线、城域、数据中心互联等场景规模商用，与100 Gbit/s、200 Gbit/s速率系统共同解决长距传输的问题。

此外，行业龙头传输设备商和运营商大力布局800 Gbit/s，IEEE（电气与电子工程师协会）、OIF（光互连论坛）、以太网联盟、CCSA（中国通信标准化协会）等组织已启动或准备启动800 Gbit/s标准化研究，800 Gbit/s将成为未来几年行业的重点关注趋势。

（2）集成技术与系统的发展

器件集成的核心目的是降低成本。在光纤通信技术中，通过不断的信号再生可以实现信号的短距离高速传输。但是由于相位和偏振态恢复的问题，目前相干系统的集成还较困难。另外，如果大规模集成的光-电-光（OEO）系统可以实现，也会显著提升系统容量。但是限于技术效率低、复杂度高、难以集成等因素，光通信领域不太可能广泛推广如全光 2R（再放大、再整形）、3R（再放大、再定时、再整形）等全光信号处理技术。

因此，在集成技术与系统方面，今后研究的方向有：对空分复用系统的现有研究虽已较丰富，但学界、业界对空分复用系统关键器件尚未实现技术突破，需进一步加强研究，如集成激光器与调制器、二维的集成接收机、高能效的集成光放大器等；新型光纤可能会显著拓展系统带宽，但仍需深入研究以确保其综合性能与制造工艺能达到现有单模光纤的水平；研究通信链路中可与新型光纤搭配使用的各类器件。

（3）硅光子技术是未来发展重点

硅光子技术是一种基于硅光子学的低成本、高速的光通信技术。基于硅基衬底材料，利用CMOS工艺，结合微电子为代表的集成电路及光子技术，用激光束代替电子信息传输数据。随着云计算、大数据、物联网、大视频应用的发展，硅光子技术凭借其可靠性更高、价格更低等优势一直是业界讨论的热点，被认为可能是光器件的未来趋势，尤其在数据中心应用方面被看好。

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