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在光電子集成芯片快速發(fā)展的背景下，2×2光開關(guān)作為光信息處理和信號(hào)路由的核心器件，在通信、傳感、量子系統(tǒng)及微波光子線路中具有不可替代的作用。隨著大規(guī)模光電子集成芯片需求的激增，光開關(guān)的性能指標(biāo)（如低串?dāng)_、低功耗）成為行業(yè)關(guān)注焦點(diǎn)。

廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.m.bmortechnologies.com）作為專業(yè)光開關(guān)生產(chǎn)銷售企業(yè)，始終聚焦光電子集成領(lǐng)域的技術(shù)革新。針對(duì)大規(guī)模光電子集成芯片對(duì)光開關(guān)性能的嚴(yán)苛需求，公司聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)推出低串?dāng)_、低功耗硅基光開關(guān)解決方案，其核心技術(shù)基于高度均衡的耦合器與折疊式移相器設(shè)計(jì)，相關(guān)研究成果已發(fā)表于《Optics Letters》（2025 年第 50 卷第 1 期），為光通信、傳感及量子系統(tǒng)提供了高性能核心器件支持。

一、技術(shù)背景：2×2 光開關(guān)的性能瓶頸與突破方向

在光信息處理與信號(hào)路由中，2×2光開關(guān)是構(gòu)建大規(guī)模光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)單元，其性能直接影響系統(tǒng)可靠性與能效。當(dāng)前主流實(shí)現(xiàn)方案存在明顯局限：

• 微環(huán)諧振器（MRR）：結(jié)構(gòu)緊湊但溫度敏感性極高，需復(fù)雜溫控機(jī)制維持穩(wěn)定，難以滿足大規(guī)模集成需求；

• 傳統(tǒng)馬赫 - 曾德爾干涉儀（MZI）：雖支持寬帶路由，但存在耦合器分光不均、移相臂損耗差異大等問題，導(dǎo)致串?dāng)_高、功耗高，限制了其在高密度集成場(chǎng)景的應(yīng)用。

廣西科毅光通信通過深入分析 MZI 開關(guān)的性能瓶頸，創(chuàng)新采用高度均衡多模干涉（MMI）耦合器與折疊式高效移相器組合設(shè)計(jì)，成功突破傳統(tǒng)技術(shù)限制，實(shí)現(xiàn)了低串?dāng)_、低功耗的硅基光開關(guān)量產(chǎn)化解決方案。

二、核心技術(shù)：低串?dāng)_低功耗硅基光開關(guān)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新

1. 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該硅基光開關(guān)基于 MZI 架構(gòu)，核心由高度均衡 MMI 耦合器和折疊式移相器組成，通過優(yōu)化波導(dǎo)與熱極金屬的折疊布局，實(shí)現(xiàn)高熱效率與低損耗特性。

 1.1MZI光開關(guān)的核心優(yōu)勢(shì)

·         寬帶光路由能力：與波長(zhǎng)無關(guān)的切換特性，適用于多波長(zhǎng)通信場(chǎng)景。

·         高溫度穩(wěn)定性：無需主動(dòng)反饋調(diào)諧，降低系統(tǒng)復(fù)雜度。

·         低功耗設(shè)計(jì)：通過折疊波導(dǎo)與金屬加熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化熱分布，顯著降低能耗。

圖1：硅基MZI光開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

（圖片說明：展示折疊波導(dǎo)、金屬加熱器及移相器橫截面設(shè)計(jì)，標(biāo)注關(guān)鍵尺寸與材料參數(shù)。）

2. 高度均衡 MMI 耦合器設(shè)計(jì)

MMI 耦合器是決定 MZI 開關(guān)串?dāng)_的關(guān)鍵組件，其分光均衡性直接影響干涉消光效果。本設(shè)計(jì)通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)：

• 寬波段低損耗：C 波段插入損耗低于 0.14 dB，1550 nm 波長(zhǎng)下理論損耗僅 0.096 dB；

• 高均衡性：分光不平衡度低于 0.13 dB（1550 nm 處低至 0.037 dB）；

• 工藝容忍度高：對(duì)硅波導(dǎo)寬度變化容忍度達(dá) ±40 nm，兼容主流硅光制造工藝，大幅降低量產(chǎn)難度。

• 應(yīng)用價(jià)值：為大規(guī)模集成光芯片提供高穩(wěn)定性基礎(chǔ)組件。

圖2：MMI耦合器性能測(cè)試

（圖片說明：展示不同波導(dǎo)寬度下的插入損耗與不均衡度曲線。）

3. 折疊式高效移相器設(shè)計(jì)

移相器功耗是制約光開關(guān)集成密度的核心因素，本設(shè)計(jì)采用折疊波導(dǎo) + TiW 合金加熱器組合方案：

• 低功耗：π 相移功耗（Pπ）僅約 8 mW，較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)降低 50% 以上；

• 高熱效率：200 nm 厚 TiW 合金加熱材料與波導(dǎo)尺寸精準(zhǔn)匹配，熱場(chǎng)分布均勻（如圖 3d）；

• 緊湊結(jié)構(gòu)：折疊布局減少占用空間，適合高密度集成。

• 開關(guān)速度：10%-90%上升/下降時(shí)間為22μs/9μs，滿足高速通信需求。

圖3：移相器設(shè)計(jì)與熱場(chǎng)分析

（圖片說明：展示波導(dǎo)彎曲結(jié)構(gòu)、電場(chǎng)分布及熱場(chǎng)模擬結(jié)果。）

三、制造工藝與性能指標(biāo)

1. 高精密制造工藝流程

 采用電子束光刻（EBL） 與感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)，關(guān)鍵參數(shù)控制：

• 硅波導(dǎo)：厚度 220 nm，寬度 500 nm，特殊區(qū)域（如 1.75 μm 半徑彎曲波導(dǎo)）精準(zhǔn)成型；

• 包層與埋氧層：厚度分別控制在 2.2 μm 和 2.0 μm，確保光場(chǎng)約束與散熱性能；

• 兼容深紫外（DUV）光刻工藝，滿足大規(guī)模量產(chǎn)需求。

圖4：器件制造結(jié)果

 （圖片說明：顯微鏡與SEM圖像展示折疊波導(dǎo)及MMI區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)。）

2. 核心性能指標(biāo)

經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該硅基光開關(guān)綜合性能領(lǐng)先行業(yè)水平：

• 低串?dāng)_：電子束光刻工藝器件串?dāng)_低于 - 35      dB，深紫外工藝器件低于 - 30 dB；

• 低功耗：π 相移功耗僅 8 mW，大幅降低系統(tǒng)散熱壓力；

• 快速響應(yīng)：10%-90% 上升 / 下降時(shí)間分別為 22 μs/9 μs，支持高速光信號(hào)路由；

• 低插入損耗：片上總損耗約 1.6 dB（含彎曲波導(dǎo) 0.3 dB、MMI 耦合器      0.3 dB 及直波導(dǎo)傳輸損耗）。

• 穩(wěn)定性驗(yàn)證：在寬譜光測(cè)試中表現(xiàn)出優(yōu)異的波長(zhǎng)適應(yīng)性。

圖5：光譜響應(yīng)測(cè)試數(shù)據(jù)

（圖片說明：不同加熱功率條件下的輸出端口光譜響應(yīng)曲線。）

四、應(yīng)用場(chǎng)景與行業(yè)價(jià)值

1. 核心應(yīng)用領(lǐng)域

• 光通信網(wǎng)絡(luò)：適用于數(shù)據(jù)中心高速光互聯(lián)、骨干網(wǎng)光交叉連接（OXC）；

• 光傳感系統(tǒng)：支持高精度光信號(hào)路由與切換；

• 量子信息處理：低串?dāng)_特性滿足量子態(tài)傳輸保真度要求；

• 微波光子線路：適配寬帶信號(hào)處理需求。

2. 廣西科毅光通信產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)

作為專業(yè)光開關(guān)生產(chǎn)銷售商，公司將該技術(shù)轉(zhuǎn)化為量產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，額外實(shí)現(xiàn)：

• 成本優(yōu)化：兼容成熟硅光工藝，量產(chǎn)成本較傳統(tǒng)方案降低      30% 以上；

• 可靠性保障：通過 - 40℃~+85℃寬溫測(cè)試，滿足 Telcordia GR-468 可靠性標(biāo)準(zhǔn)；

• 定制化服務(wù)：可根據(jù)客戶需求調(diào)整端口配置、封裝形式（詳情訪問www.m.bmortechnologies.com）。

五、關(guān)于廣西科毅光通信科技有限公司

科毅光通信專注于光開關(guān)及光通信器件的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，產(chǎn)品涵蓋硅基光開關(guān)、MEMS 光開關(guān)、集成光模塊等全系列解決方案。公司依托自主研發(fā)的低串?dāng)_、低功耗光開關(guān)核心技術(shù)，為全球客戶提供高性能、高可靠的光網(wǎng)絡(luò)核心器件，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、5G 通信、光纖傳感等領(lǐng)域。

 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(duì)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

如需獲取該硅基光開關(guān)的詳細(xì)技術(shù)參數(shù)、樣品申請(qǐng)或合作咨詢，歡迎訪問官網(wǎng)www.m.bmortechnologies.com，或聯(lián)系技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)。