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科毅光通信作為國內(nèi)領(lǐng)先的光通信器件供應(yīng)商，持續(xù)致力于光開關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)?；趯π袠I(yè)趨勢的深刻洞察，我們聯(lián)合科研機(jī)構(gòu)推出了基于熱光波導(dǎo)透鏡（TOWL）的大端口光開關(guān)技術(shù)，該技術(shù)在光通信網(wǎng)絡(luò)動態(tài)路徑管理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重大突破，相關(guān)研究成果已發(fā)表于國際期刊《PhotoniX》（論文鏈接：https://photonix.springeropen.com/articles/10.1186/s43074-024-00131-w）。

一、研究背景：光開關(guān)技術(shù)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的爆發(fā)式發(fā)展，全球數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)指數(shù)級增長，光傳送網(wǎng)正朝著超高速、超大容量方向演進(jìn)。光開關(guān)作為全光交換的核心器件，其性能直接影響網(wǎng)絡(luò)資源配置的靈活性與效率。

目前主流的光開關(guān)技術(shù)主要分為兩類：

1. 微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）光開關(guān)

• 技術(shù)優(yōu)勢：光在自由空間傳播，不受波長、偏振及調(diào)制方式影響，可實(shí)現(xiàn)無損光交叉。

• 技術(shù)瓶頸：需將光從光纖中釋放并重新聚焦，波導(dǎo)與自由空間的轉(zhuǎn)換對機(jī)械組件和集成工藝要求極高，大端口 MEMS 開關(guān)還需高驅(qū)動電壓及頻繁校準(zhǔn)，系統(tǒng)復(fù)雜度與成本顯著增加。

• 《科毅光通信 MEMS 光開關(guān)技術(shù)解析》

2. 集成式光開關(guān)（MZI/MRR 型）

• 技術(shù)優(yōu)勢：基于導(dǎo)波空間實(shí)現(xiàn)光路切換，可通過成熟的端面耦合技術(shù)與光纖對接。

• 技術(shù)瓶頸：單元端口數(shù)受限（通常為 1×2 或 2×2），級聯(lián)構(gòu)建大端口網(wǎng)絡(luò)時(shí)，驅(qū)動電路設(shè)計(jì)、光電集成及封裝復(fù)雜度呈指數(shù)級上升，且存在損耗高、波長適用范圍窄、偏振敏感等問題。

在集成光學(xué)領(lǐng)域，亟需一種低損耗、寬帶、偏振不敏感的新型光開關(guān)技術(shù)，以極簡方式降低大端口光開關(guān)的制備門檻，減少控制單元數(shù)及驅(qū)動電路復(fù)雜度，推動集成式光開關(guān)的規(guī)模化應(yīng)用。

二、核心技術(shù)：熱光波導(dǎo)透鏡（TOWL）的創(chuàng)新突破

廣西科毅光通信科技有限公司研發(fā)的熱光波導(dǎo)透鏡（TOWL），通過理論推導(dǎo)、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，成功構(gòu)建了一種基于平方律介質(zhì)（SLM）的可調(diào)光開關(guān)系統(tǒng)。其核心原理與關(guān)鍵性能如下：

1. 技術(shù)原理與特性

• 平方律介質(zhì)特性：TOWL 通過熱光效應(yīng)在多模波導(dǎo)中形成拋物線型折射率分布，等效為漸變折射率（GRIN）透鏡，可實(shí)現(xiàn)光束準(zhǔn)直、聚焦與成像功能。

• 靈活可調(diào)性：通過芯片上平行電極的自由選取及電流注入，可動態(tài)調(diào)節(jié)光軸、孔徑、焦距等參數(shù)，突破傳統(tǒng) GRIN 透鏡固定參數(shù)的限制。

圖 1：廣西科毅光通信熱光波導(dǎo)透鏡（TOWL）器件結(jié)構(gòu)示意圖，展示多模波導(dǎo)與電極陣列集成設(shè)計(jì)

2. 器件性能指標(biāo)

• 1×24 光開關(guān)單元：在 1500-1600 nm 測量區(qū)間，所有端口正交偏振下的最差絕對插入損耗僅為 2.6 dB（含兩次光纖 - 芯片耦合損耗），波長相關(guān)損耗（WDL）≤0.4 dB，偏振依賴損耗（PDL）≤0.1 dB。

圖 2：廣西科毅光通信 1×24 光開關(guān)單元傳輸光譜測試結(jié)果，體現(xiàn)低損耗與寬波長特性

• 1×576 光開關(guān)網(wǎng)絡(luò)：通過二次級聯(lián)，C 波段正交偏振態(tài)下的最差絕對插入損耗僅為 7.8 dB，總電極數(shù)及同時(shí)驅(qū)動電極數(shù)顯著低于傳統(tǒng) MZI 型光開關(guān)（如 1×576 配置僅需 4 條電極）。

圖 3：廣西科毅光通信 1×576 光開關(guān)網(wǎng)絡(luò)損耗測試數(shù)據(jù)，驗(yàn)證大端口低損耗優(yōu)勢

3. 制備與集成優(yōu)勢

• 工藝簡化：核心區(qū)域僅需一根多模光波導(dǎo)和一組電極陣列，電極與波導(dǎo)無需精確對準(zhǔn)，可通過普通光刻（SUSS MA6）在小型實(shí)驗(yàn)室批量生產(chǎn)，大幅降低制備成本。

• 系統(tǒng)兼容性：支持與現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)無縫對接，可直接替換傳統(tǒng)光開關(guān)模塊，無需重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

三、關(guān)鍵技術(shù)突破：功能可編程波導(dǎo)引擎（FPWE）

為解決傳統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)的高資源消耗與實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差問題，廣西科毅光通信科技有限公司開發(fā)了功能可編程波導(dǎo)引擎（FPWE），通過實(shí)驗(yàn)反饋優(yōu)化機(jī)制實(shí)現(xiàn)對多模干涉圖案的精準(zhǔn)控制。該技術(shù)的核心價(jià)值包括：

1. 實(shí)驗(yàn)驅(qū)動的設(shè)計(jì)優(yōu)化

• 快速驗(yàn)證：單次實(shí)驗(yàn)僅需 1 秒，硬件升級后可壓縮至毫秒級，顯著縮短研發(fā)周期。

• 智能算法集成：結(jié)合多模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（MNN）等智能算法，實(shí)現(xiàn)對光場輸出的邏輯化調(diào)控，支持并行電光邏輯門、非線性神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)分類器等新型器件開發(fā)。

圖 4：廣西科毅光通信多模干涉型全邏輯光開關(guān)示意圖，展示 FPWE 調(diào)控下的光場分布

2. 片上光場調(diào)控能力

• 任意光場生成：可擦寫片上干涉圖案，實(shí)現(xiàn)幾乎任意的明暗分布及特定函數(shù)響應(yīng)，為光計(jì)算、光信號處理等領(lǐng)域提供創(chuàng)新平臺。

• 低串?dāng)_設(shè)計(jì)：通過離軸間距優(yōu)化及孔徑控制，有效抑制電、熱、光串?dāng)_，確保光路切換的穩(wěn)定性與可靠性。

四、應(yīng)用前景與發(fā)展方向

1. 光通信網(wǎng)絡(luò)場景

• 數(shù)據(jù)中心：1×576 光開關(guān)網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)動態(tài)光路重構(gòu)，支持SDN控制器接口（OpenFlow/gRPC），滿足AI算力集群對超高帶寬、超低時(shí)延的需求。

• 骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)：低損耗、寬帶特性可提升光信號傳輸距離與容量，減少中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)維成本。

2. 技術(shù)演進(jìn)路徑

• 端口擴(kuò)展與損耗優(yōu)化：通過改進(jìn)多模區(qū)結(jié)構(gòu)（如曲線型輸出波導(dǎo)排布），計(jì)劃將端口數(shù)擴(kuò)展至24以上并進(jìn)一步降低損耗。

• 無阻塞光交換：探索 M×N型TOWL光開關(guān)的無阻塞配置，滿足復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)調(diào)度需求。

• 多功能集成：通過多組電極加熱等效復(fù)雜透鏡組，實(shí)現(xiàn)對輸入光場的多維調(diào)控，拓展在光計(jì)算、量子通信等領(lǐng)域的應(yīng)用。

3. 產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢

• 成本競爭力：基于聚合物光波導(dǎo)平臺，制備工藝簡單且無需依賴高端代工，可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

• 可靠性保障：通過熱補(bǔ)償封裝設(shè)計(jì)與雙閉環(huán)控制技術(shù)，器件在 - 40℃~+85℃環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定性能，重復(fù)定位精度達(dá) 0.0005°。

• 《科毅光通信高速光開關(guān)解決方案》

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五、關(guān)于廣西科毅光通信科技有限公司

科毅光通信是一家專注于光通信器件研發(fā)與生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，產(chǎn)品涵蓋 MEMS光開關(guān)、高速光開關(guān)、集成式光模塊等全系列解決方案。公司自主研發(fā)的光開關(guān)產(chǎn)品通過 Telcordia GR-468 可靠性認(rèn)證，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、國家干線網(wǎng)、半導(dǎo)體制造等關(guān)鍵領(lǐng)域，以 “高性能、高可靠、高性價(jià)比” 的產(chǎn)品特性贏得全球客戶信賴。

選擇合適的光開關(guān)是一項(xiàng)需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應(yīng)商實(shí)力的工作。希望本指南能為您提供清晰的思路。我們建議您在明確自身需求后，詳細(xì)對比關(guān)鍵參數(shù)，并優(yōu)先選擇像科毅光通信這樣技術(shù)扎實(shí)、質(zhì)量可靠、服務(wù)專業(yè)的合作伙伴。

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