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廣西科毅光通信發(fā)布新型熱光波導(dǎo)透鏡光開關(guān)技術(shù),突破大端口光交換難題

2025-07-10

基于熱光波導(dǎo)透鏡的大端口光開關(guān)技術(shù)解析


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。

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)

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。

廣西科毅光通信 1×24 光開關(guān)單元傳輸光譜圖

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)。

廣西科毅光通信 1×576 光開關(guān)網(wǎng)絡(luò)性能測試圖


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)。

廣西科毅光通信多模干涉型全邏輯光開關(guān)示意圖

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。

 

訪問科毅光通信官網(wǎng) www.m.bmortechnologies.com 瀏覽我們的光開關(guān)產(chǎn)品,或聯(lián)系我們的銷售工程師,獲取專屬的選型建議和報(bào)價(jià)!

 



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