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2025-07-10
科毅光通信作為國內(nèi)領先的光通信器件供應商，持續(xù)致力于光開關技術的創(chuàng)新研發(fā)?；趯π袠I(yè)趨勢的深刻洞察，我們聯(lián)合科研機構推出了基于熱光波導透鏡（TOWL）的大端口光開關技術，該技術在光通信網(wǎng)絡動態(tài)路徑管理領域?qū)崿F(xiàn)了重大突破，相關研究成果已發(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：光開關技術的挑戰(zhàn)與機遇
隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術的爆發(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。光開關作為全光交換的核心器件，其性能直接影響網(wǎng)絡資源配置的靈活性與效率。
目前主流的光開關技術主要分為兩類：
1. 微電子機械系統(tǒng)（MEMS）光開關
技術優(yōu)勢：光在自由空間傳播，不受波長、偏振及調(diào)制方式影響，可實現(xiàn)無損光交叉。
技術瓶頸：需將光從光纖中釋放并重新聚焦，波導與自由空間的轉(zhuǎn)換對機械組件和集成工藝要求極高，大端口 MEMS 開關還需高驅(qū)動電壓及頻繁校準，系統(tǒng)復雜度與成本顯著增加。
2. 集成式光開關（MZI/MRR 型）
技術優(yōu)勢：基于導波空間實現(xiàn)光路切換，可通過成熟的端面耦合技術與光纖對接。
技術瓶頸：單元端口數(shù)受限（通常為 1×2 或 2×2），級聯(lián)構建大端口網(wǎng)絡時，驅(qū)動電路設計、光電集成及封裝復雜度呈指數(shù)級上升，且存在損耗高、波長適用范圍窄、偏振敏感等問題。
在集成光學領域，亟需一種低損耗、寬帶、偏振不敏感的新型光開關技術，以極簡方式降低大端口光開關的制備門檻，減少控制單元數(shù)及驅(qū)動電路復雜度，推動集成式光開關的規(guī)?；瘧谩?/span>
二、核心技術：熱光波導透鏡（TOWL）的創(chuàng)新突破
廣西科毅光通信科技有限公司研發(fā)的熱光波導透鏡（TOWL），通過理論推導、數(shù)值仿真和實驗驗證，成功構建了一種基于平方律介質(zhì)（SLM）的可調(diào)光開關系統(tǒng)。其核心原理與關鍵性能如下：
1. 技術原理與特性
平方律介質(zhì)特性：TOWL 通過熱光效應在多模波導中形成拋物線型折射率分布，等效為漸變折射率（GRIN）透鏡，可實現(xiàn)光束準直、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透鏡（TOWL）器件結(jié)構示意圖，展示多模波導與電極陣列集成設計
2. 器件性能指標
1×24 光開關單元：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 光開關網(wǎng)絡：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)及同時驅(qū)動電極數(shù)顯著低于傳統(tǒng) MZI 型光開關（如 1×576 配置僅需 4 條電極）。
圖 3：廣西科毅光通信 1×576 光開關網(wǎng)絡損耗測試數(shù)據(jù)，驗證大端口低損耗優(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和一組電極陣列，電極與波導無需精確對準，可通過普通光刻（SUSS MA6）在小型實驗室批量生產(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)光開關模塊，無需重構網(wǎng)絡架構。
三、關鍵技術突破：功能可編程波導引擎（FPWE）
為解決傳統(tǒng)仿真設計的高資源消耗與實驗結(jié)果偏差問題，廣西科毅光通信科技有限公司開發(fā)了功能可編程波導引擎（FPWE），通過實驗反饋優(yōu)化機制實現(xiàn)對多模干涉圖案的精準控制。該技術的核心價值包括：
1. 實驗驅(qū)動的設計優(yōu)化
快速驗證：單次實驗僅需 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（MNN）等智能算法，實現(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，實現(xiàn)幾乎任意的明暗分布及特定函數(shù)響應，為光計算、光信號處理等領域提供創(chuàng)新平臺。
低串擾設計：通過離軸間距優(yōu)化及孔徑控制，有效抑制電、熱、光串擾，確保光路切換的穩(wěn)定性與可靠性。
四、應用前景與發(fā)展方向
1. 光通信網(wǎng)絡場景
數(shù)據(jù)中心：1×576 光開關網(wǎng)絡可實現(xiàn)動態(tài)光路重構，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)點數(shù)量，降低網(wǎng)絡建設與運維成本。
2. 技術演進路徑
端口擴展與損耗優(yōu)化：通過改進多模區(qū)結(jié)構（如曲線型輸出波導排布），計劃將端口數(shù)擴展至24以上并進一步降低損耗。
無阻塞光交換：探索 M×N型TOWL光開關的無阻塞配置，滿足復雜網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)調(diào)度需求。
多功能集成：通過多組電極加熱等效復雜透鏡組，實現(xiàn)對輸入光場的多維調(diào)控，拓展在光計算、量子通信等領域的應用。
3. 產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢
成本競爭力：基于聚合物光波導平臺，制備工藝簡單且無需依賴高端代工，可實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。
可靠性保障：通過熱補償封裝設計與雙閉環(huán)控制技術，器件在 - 40℃~+85℃環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定性能，重復定位精度達 0.0005°。
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五、關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)的高新技術企業(yè)，產(chǎn)品涵蓋 MEMS光開關、高速光開關、集成式光模塊等全系列解決方案。公司自主研發(fā)的光開關產(chǎn)品通過 Telcordia GR-468 可靠性認證，廣泛應用于數(shù)據(jù)中心、國家干線網(wǎng)、半導體制造等關鍵領域，以 “高性能、高可靠、高性價比” 的產(chǎn)品特性贏得全球客戶信賴。
選擇合適的光開關是一項需要綜合考量技術、性能、成本和供應商實力的工作。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，詳細對比關鍵參數(shù)，并優(yōu)先選擇像科毅光通信這樣技術扎實、質(zhì)量可靠、服務專業(yè)的合作伙伴。
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