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在密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)中，光信號的功率均衡是實現(xiàn)長距離高速傳輸?shù)年P(guān)鍵。可變光衰減器（VOA）作為動態(tài)功率調(diào)節(jié)的核心器件，其性能直接影響整個光網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與傳輸效率。本文將系統(tǒng)剖析當(dāng)前主流的 VOA 技術(shù)原理、性能差異及應(yīng)用場景，為光通信系統(tǒng)設(shè)計提供權(quán)威技術(shù)參考。作為光通信器件領(lǐng)域的專業(yè)企業(yè)，廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.racimosdehumanidad.com）已實現(xiàn)多種 VOA 與光開關(guān)的集成方案，相關(guān)測試技術(shù)可參考《光無源器件測試技術(shù)全解析：從原理到實踐的專業(yè)指南》。

一、VOA 技術(shù)原理與分類

可變光衰減器通過主動調(diào)節(jié)光信號的衰減量，實現(xiàn)多通道功率均衡、接收機(jī)保護(hù)及動態(tài)增益控制。根據(jù)工作原理可分為七大技術(shù)流派，各具獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能優(yōu)勢。

①高分子可調(diào)衍射光柵 VOA

基于薄膜表面調(diào)制技術(shù)的高分子 VOA，其核心結(jié)構(gòu)由玻璃基底、銦錫氧化物（ITO）電極及聚合物層構(gòu)成（圖 1）。未加電時，聚合物與空氣界面保持平面狀態(tài)，入射光無衍射直接透射；加電后，界面形成周期性正弦光柵，通過調(diào)節(jié)電壓改變光柵振幅（最大 300nm），實現(xiàn)零級衍射光強(qiáng)從 100% 到 0% 的連續(xù)調(diào)控。

圖 1

該技術(shù)的突出優(yōu)勢在于微秒級響應(yīng)速度與 0.8dB 的超低插入損耗，配合內(nèi)置的光功率監(jiān)控功能，在城域網(wǎng) DWDM 系統(tǒng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性價比。其溫度特性穩(wěn)定（-6~70℃），無需額外補(bǔ)償電路，特別適合戶外基站部署。

②磁光 VOA

利用法拉第磁致旋光效應(yīng)的磁光 VOA，通過磁場調(diào)控偏振態(tài)實現(xiàn)衰減（圖 2）。入射光經(jīng)雙折射晶體分為 o 光和 e 光，經(jīng)法拉第旋轉(zhuǎn)器后由全反射鏡折返，再次通過旋轉(zhuǎn)器和晶體。當(dāng)法拉第旋轉(zhuǎn)角為 45° 時，兩束光偏振態(tài)互換后平行出射，衰減最??；旋轉(zhuǎn)角為 0° 時，光束分離導(dǎo)致最大衰減。

圖 2

磁光 VOA 的響應(yīng)時間可達(dá) 35ms 以下，動態(tài)范圍 25dB，但磁疇效應(yīng)會導(dǎo)致衰減重復(fù)性偏差，需配合精密磁場控制技術(shù)改善。目前主要應(yīng)用于軍工通信等對響應(yīng)速度要求嚴(yán)苛的場景。

③液晶 VOA

液晶材料的折射率各向異性使其成為天然的光調(diào)制介質(zhì)（圖 3上）。未加電時，液晶分子平行排列，使入射光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn) 90°；加電后分子垂直排列，偏振態(tài)不變。通過雙折射晶體的分束與合束，未被接收的光束形成衰減（圖 3下）。

圖 3

該技術(shù)成本僅為 MEMS 方案的 60%，但溫度敏感性強(qiáng)（0-65℃工作范圍），低溫環(huán)境下響應(yīng)時間會延長至數(shù)百毫秒，更適合室內(nèi)機(jī)房環(huán)境使用。

④ MEMS VOA

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)在 VOA 領(lǐng)域衍生出反射式與衍射式兩種方案（圖 4）。反射式通過靜電驅(qū)動微鏡扭轉(zhuǎn)改變反射光耦合效率；衍射式則通過動?xùn)艞l位移形成動態(tài)光柵，調(diào)控一級衍射光強(qiáng)度。

圖 4

MEMS VOA 的突出優(yōu)勢在于 0.2dB 的超低偏振相關(guān)損耗（PDL），動態(tài)范圍可達(dá) 25dB 以上，響應(yīng)時間最快 1ms。但作為機(jī)械結(jié)構(gòu)，其長期可靠性受振動影響較大，需在封裝中加入減震設(shè)計。

⑤平面光波導(dǎo) VOA

基于光子集成技術(shù)的平面光波導(dǎo) VOA 分為兩類：Mach-Zehnder 干涉儀（MZI）型利用熱光效應(yīng)改變光程差（圖 5），電吸收（EA）型則通過載流子注入調(diào)節(jié)吸收系數(shù)（圖 6）。

圖 5

圖 6

MZI 型動態(tài)范圍可達(dá) 40dB，適合大功率調(diào)節(jié)；EA 型響應(yīng)時間 < 1ms，可兼作低速調(diào)制器，兩者均利于高密度集成，但插入損耗較高（1.5-2.0dB）。

⑥高光電系數(shù)材料 VOA

采用特殊陶瓷光電材料（光電系數(shù)優(yōu)于鈮酸鋰）的自由空間結(jié)構(gòu) VOA（圖 7），通過電壓調(diào)控材料折射率實現(xiàn)衰減。其優(yōu)勢在于無需波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可承受大功率輸入，響應(yīng)時間 < 0.5ms，適合高功率光放大鏈路應(yīng)用。

圖 7

二、核心性能參數(shù)對比

不同技術(shù)路線的 VOA 在關(guān)鍵指標(biāo)上呈現(xiàn)顯著差異，需根據(jù)應(yīng)用場景精準(zhǔn)選型（表 1）。

表 1：主流 VOA 技術(shù)性能參數(shù)對比（成本指數(shù)以高分子型為基準(zhǔn)）

關(guān)鍵參數(shù)解析

1.      動態(tài)范圍：MZI 光波導(dǎo)型可達(dá) 40dB，適合長距離干線網(wǎng)；而城域網(wǎng)應(yīng)用中 25dB 已足夠滿足需求。

2.      偏振相關(guān)損耗：MEMS 技術(shù) < 0.2dB 的優(yōu)勢，使其成為偏振敏感系統(tǒng)的首選。

3.      溫度特性：高分子與 MZI 光波導(dǎo)型在 - 5~70℃范圍內(nèi)性能穩(wěn)定，無需溫補(bǔ)電路。

4.      響應(yīng)時間：衍射式 MEMS（<1ms）與高光電材料（<0.5ms）適合動態(tài)光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。

三、典型應(yīng)用場景

VOA 的技術(shù)選型需緊密結(jié)合應(yīng)用場景的核心訴求，以下為三大典型應(yīng)用案例：

①DWDM 系統(tǒng)功率均衡

在 80 通道 DWDM 系統(tǒng)中，各通道功率偏差需控制在 ±0.5dB 以內(nèi)。采用高分子可調(diào)衍射光柵 VOA 陣列，配合在線光功率監(jiān)測，可實現(xiàn)每個通道 0.1dB 步進(jìn)的精密調(diào)節(jié)。其 0.8dB 的低插損特性，可減少對 EDFA 增益的消耗，延長傳輸距離約 10km。

②可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM）

ROADM 節(jié)點需要快速切換的光衰減功能，衍射式 MEMS VOA 憑借 < 1ms 的響應(yīng)時間，完美適配波長調(diào)度需求。廣西科毅光通信科技將其與 1×4光開關(guān)集成，構(gòu)建的緊湊型模塊（尺寸 < 100×80mm）已應(yīng)用于中國移動省級干線網(wǎng)。

③接收機(jī)過載保護(hù)

在突發(fā)光信號場景（如 PON 系統(tǒng) ONU 端），液晶 VOA 的 < 0.3ms 快速響應(yīng)可有效抑制功率驟升導(dǎo)致的接收機(jī)損壞。其低成本優(yōu)勢使每端口保護(hù)方案成本降低 40%，特別適合 FTTH 大規(guī)模部署。

三、技術(shù)發(fā)展趨勢

VOA 技術(shù)正朝著三大方向演進(jìn)：一是芯片級集成，MZI 型 VOA 已實現(xiàn)與光開關(guān)、波分復(fù)用器的單片集成，通道密度達(dá) 64 通道 / 芯片；二是智能化，加入 AI 功率預(yù)測算法的 VOA 模塊，可提前 50ms 預(yù)判功率波動；三是寬波段兼容，最新的高光電系數(shù)材料 VOA 已實現(xiàn) 1260-1650nm 全波段覆蓋。

廣西科毅光通信科技有限公司通過自研的微光學(xué)對準(zhǔn)平臺，已突破 VOA 與光開關(guān)的集成難題，相關(guān)產(chǎn)品在隔離度（>60dB）、溫度穩(wěn)定性（±0.1dB/℃）等關(guān)鍵指標(biāo)上達(dá)到國際領(lǐng)先水平。更多技術(shù)細(xì)節(jié)可訪問官網(wǎng)技術(shù)白皮書欄目。

四、選型決策指南

選擇 VOA 時需遵循 "三看" 原則：一看系統(tǒng)帶寬，C+L 波段應(yīng)用優(yōu)先選擇MEMS或光波導(dǎo)技術(shù)；二看響應(yīng)速度，動態(tài)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需 < 5ms 響應(yīng)的方案；三看成本敏感程度，大規(guī)模部署可選用液晶或高分子技術(shù)。建議結(jié)合《光無源器件測試技術(shù)全解析》中提到的插入損耗、偏振相關(guān)損耗測試方法，對候選方案進(jìn)行全面驗證。

隨著 5G 承載網(wǎng)向 200G/400G 升級，VOA 作為核心調(diào)節(jié)器件將面臨更高的性能挑戰(zhàn)。廣西科毅光通信將持續(xù)推動 VOA與光開關(guān)、可調(diào)濾波器的集成創(chuàng)新，為下一代光網(wǎng)絡(luò)提供更具競爭力的解決方案。

選擇合適的無源光器件是一項需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應(yīng)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(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、質(zhì)量可靠、服務(wù)專業(yè)的合作伙伴。

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