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在數(shù)字時(shí)代，光通信網(wǎng)絡(luò)正朝著超高速?超大容量方向迅猛發(fā)展，而光開(kāi)關(guān)作為核心器件，其性能與功耗直接影響網(wǎng)絡(luò)效率?廣西科毅光通信科技有限公司深耕光通信領(lǐng)域 10 余年，專(zhuān)注于為行業(yè)提供高性能?低功耗的光開(kāi)關(guān)解決方案?本文將深入解析非易失性光開(kāi)關(guān)的技術(shù)核心，揭秘 GST 材料的創(chuàng)新應(yīng)用，以及廣西科毅在該領(lǐng)域的技術(shù)突破與實(shí)踐成果?

一?傳統(tǒng)光開(kāi)關(guān)的痛點(diǎn)：高功耗成行業(yè)發(fā)展瓶頸

光開(kāi)關(guān)是光通信網(wǎng)絡(luò)的 "交通指揮官", 負(fù)責(zé)光信號(hào)的切換與路由，廣泛應(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)保護(hù)倒換?光交叉連接 (OXC)?數(shù)據(jù)中心光互連等場(chǎng)景?但傳統(tǒng)光開(kāi)關(guān)存在顯著短板:

• 機(jī)械式光開(kāi)關(guān): 雖插入損耗低 (<1dB)、隔離度高 (>45dB), 但響應(yīng)慢 (ms 量級(jí))、體積大，難以適配大規(guī)模集成需求；

• MEMS光開(kāi)關(guān): 集成度高但驅(qū)動(dòng)電壓高達(dá) 118V, 制造復(fù)雜且成本高；

• 熱光/電光開(kāi)關(guān): 響應(yīng)快卻需持續(xù)供電，靜態(tài)功耗居高不下 —— 在大規(guī)模光交叉連接陣列中，成千上萬(wàn)個(gè)單元的功耗會(huì)使系統(tǒng)能耗飆升，與      "綠色光網(wǎng)絡(luò)" 趨勢(shì)相悖?

隨著 5G?數(shù)據(jù)中心算力需求爆發(fā)，低功耗光開(kāi)關(guān)成為行業(yè)剛需?非易失性光開(kāi)關(guān)的出現(xiàn)，徹底解決了這一痛點(diǎn) —— 而其核心，正是相變材料 GST?

二?GST 材料：非易失性光開(kāi)關(guān)的 "零功耗" 密碼

相變材料 (PCM) 能在不同相態(tài)間可逆轉(zhuǎn)換，而 GST 材料 (Ge?Sb?Te?) 憑借獨(dú)特性能成為非易失性光開(kāi)關(guān)的理想之選:

1. 顯著折射率差異: 非晶態(tài) GST 折射率約 2.7, 晶態(tài)時(shí)飆升至 3.3 以上，通過(guò)相態(tài)切換可精準(zhǔn)調(diào)控光路，實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)功能；

2. 非易失性核心優(yōu)勢(shì): 相變完成后無(wú)需持續(xù)供電，狀態(tài)可長(zhǎng)期保持 —— 這意味著光開(kāi)關(guān)切換后靜態(tài)功耗趨近于零，較傳統(tǒng)熱光開(kāi)關(guān) (數(shù)百 μW 至 mW) 降低 99% 以上；

3. 快速可控的相變: 通過(guò)短脈沖電流即可觸發(fā)相變：25ns?45mW 的高斯脈沖可使 GST 從晶態(tài)轉(zhuǎn)為非晶態(tài)；多個(gè) 20mW?周期 1μs 的脈沖陣列可使其重回晶態(tài)，響應(yīng)速度達(dá)納秒至微秒級(jí)，滿(mǎn)足高速通信需求；

4. 高耐用性與兼容性: 支持?jǐn)?shù)十億次開(kāi)關(guān)操作不衰減，且與 CMOS 工藝兼容，可大規(guī)模集成到光子芯片中，降低量產(chǎn)成本?

廣西科毅敏銳捕捉到 GST 材料的技術(shù)潛力，率先將其應(yīng)用于非易失性光開(kāi)關(guān)研發(fā)，通過(guò)優(yōu)化材料沉積工藝與微納結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決了 GST 與硅基底的兼容性問(wèn)題，產(chǎn)品性能穩(wěn)定性居行業(yè)前列?

三?廣西科毅GST光開(kāi)關(guān)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：從參數(shù)到實(shí)際價(jià)值

與傳統(tǒng)光開(kāi)關(guān)相比，廣西科毅基于GST材料的非易失性光開(kāi)關(guān)展現(xiàn)出全方位優(yōu)勢(shì):

表 1：GST 光開(kāi)關(guān)與傳統(tǒng)光開(kāi)關(guān)性能參數(shù)對(duì)比

實(shí)際應(yīng)用價(jià)值:

• 低功耗直接降本: 在數(shù)據(jù)中心光互連中，單個(gè) GST 光開(kāi)關(guān)每年可節(jié)省電費(fèi)約 80 元，大規(guī)模陣列 (如 1000 個(gè)單元) 年省電費(fèi)超 8 萬(wàn)元；

• 高消光比保障通信質(zhì)量:27dB 消光比意味著光信號(hào)切換更徹底，減少串?dāng)_，使長(zhǎng)途傳輸誤碼率降低 1 個(gè)數(shù)量級(jí)；

• 超緊湊設(shè)計(jì)提升集成度:μm 量級(jí)尺寸支持單芯片集成數(shù)千個(gè)光開(kāi)關(guān)單元，滿(mǎn)足 5G 基站?量子通信等場(chǎng)景的高密度需求?

四?應(yīng)用場(chǎng)景：從光通信網(wǎng)絡(luò)到新興領(lǐng)域的全面覆蓋

廣西科毅的 GST 非易失性光開(kāi)關(guān)已在多領(lǐng)域落地應(yīng)用:

1. 光網(wǎng)絡(luò)保護(hù)倒換

當(dāng)光纜中斷或設(shè)備故障時(shí)，光開(kāi)關(guān)可在微秒內(nèi)切換至備用路徑，且切換后無(wú)需供電，大幅降低基站 / 機(jī)房能耗?某省級(jí)電信運(yùn)營(yíng)商應(yīng)用后，基站備用系統(tǒng)年耗電量下降 52%?

2. 數(shù)據(jù)中心光互連

支持光信號(hào)動(dòng)態(tài)路由，適配算力波動(dòng)需求，某大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用后，光互連系統(tǒng)總功耗下降 40%?

3. 光計(jì)算與量子信息

作為光子集成電路 (PIC) 的核心器件，零功耗特性助力構(gòu)建低功耗光計(jì)算芯片，為 AI 算力基座提供支撐?

4. 光傳感系統(tǒng)

在光纖振動(dòng)傳感中，通過(guò)光開(kāi)關(guān)切分時(shí)域信號(hào)，使監(jiān)控精度提升 30%, 已應(yīng)用于油氣管道?橋梁安全監(jiān)測(cè)?

五?廣西科毅的技術(shù)突破與未來(lái)布局

公司簡(jiǎn)介: 廣西科毅成立于 2015 年，是國(guó)內(nèi)首批專(zhuān)注相變材料光開(kāi)關(guān)研發(fā)的高新技術(shù)企業(yè)，擁有 5000㎡生產(chǎn)基地及 30 余人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，累計(jì)申請(qǐng)專(zhuān)利 42 項(xiàng)?

為進(jìn)一步提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，廣西科毅在 GST 光開(kāi)關(guān)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)創(chuàng)新:

• 工藝優(yōu)化: 通過(guò)改良薄膜沉積技術(shù)，使 GST 與硅波導(dǎo)的兼容性提升，插入損耗控制在 0.2-0.5dB (非晶態(tài) 0.2-0.3dB, 晶態(tài) 0.4-0.5dB);

• 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新: 開(kāi)發(fā)級(jí)聯(lián) GST 納米盤(pán)設(shè)計(jì)，使消光比穩(wěn)定在 25dB 以上，遠(yuǎn)超行業(yè)平均水平；

• 成本控制: 依托 CMOS 工藝兼容優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)成本降低 30%, 讓高性能光開(kāi)關(guān)更易普及?

研發(fā)突破: 廣西科毅研發(fā)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng) 3 年攻關(guān)，于 2024 年成功將 GST 材料的相變響應(yīng)時(shí)間縮短至 18ns, 較行業(yè)平均水平提升 30%, 相關(guān)技術(shù)已申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利 (專(zhuān)利號(hào)：ZL202410023456.7)?

未來(lái)，廣西科毅將聚焦三大方向：探索新型相變材料 (如 GSST?Sb?Se?) 以降低吸收損耗；研發(fā) 1000 + 端口大規(guī)模光開(kāi)關(guān)陣列；深化與 5G?量子通信場(chǎng)景的定制化結(jié)合?

六?行業(yè)洞察：2025 年光開(kāi)關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1. 綠色數(shù)據(jù)中心驅(qū)動(dòng)低功耗需求: 隨著 "東數(shù)西算" 工程推進(jìn)，數(shù)據(jù)中心 PUE 值要求趨嚴(yán)，零功耗光開(kāi)關(guān)將成為標(biāo)配；

2. 光子集成降低應(yīng)用門(mén)檻: 硅基光子技術(shù)成熟使光開(kāi)關(guān)成本下降 60%, 推動(dòng)中小規(guī)模數(shù)據(jù)中心普及；

3. 6G 預(yù)研拓展應(yīng)用場(chǎng)景: 太赫茲頻段通信試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)，要求光開(kāi)關(guān)支持更寬頻譜 (1-3THz)?

七?如何選擇適合的非易失性光開(kāi)關(guān)？

企業(yè)選擇光開(kāi)關(guān)時(shí)，需結(jié)合場(chǎng)景需求重點(diǎn)關(guān)注:

1. 功耗與成本: 數(shù)據(jù)中心?長(zhǎng)途傳輸?shù)葓?chǎng)景優(yōu)先選零靜態(tài)功耗的 GST 光開(kāi)關(guān)，降低長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本；

2. 可靠性: 工業(yè)級(jí)場(chǎng)景需確認(rèn)切換壽命 (如廣西科毅產(chǎn)品支持>1012 次切換);

3. 集成度: 芯片級(jí)應(yīng)用選擇μm量級(jí)超緊湊設(shè)計(jì)，大型系統(tǒng)可采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)；

4. 技術(shù)支持: 優(yōu)先選擇具備定制化能力的廠商 (如廣西科毅可提供從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)的全流程服務(wù))?

作為光通信領(lǐng)域的創(chuàng)新者，科毅光通信始終以 "低功耗?高性能" 為核心，通過(guò)GST材料技術(shù)推動(dòng)光開(kāi)關(guān)行業(yè)變革?如需了解更多產(chǎn)品細(xì)節(jié)或定制方案，可訪問(wèn)官網(wǎng)www.www.racimosdehumanidad.com, 或聯(lián)系技術(shù)團(tuán)隊(duì)獲取專(zhuān)屬解決方案?