在5G通信、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等光通信場景中，光開關(guān)作為光路切換與路由調(diào)控的核心設(shè)備，其體積、響應(yīng)速度與調(diào)控精度直接影響通信系統(tǒng)的效率。廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.wagerqb.com）自主研發(fā)的MEMS光開關(guān)及光交叉連接器，融合超構(gòu)表面前沿技術(shù)與電磁熱耦合驅(qū)動方案，打破傳統(tǒng)光開關(guān)設(shè)計局限，為光通信領(lǐng)域提供高效、緊湊的核心器件解決方案。

一、MEMS光開關(guān)核心結(jié)構(gòu)：小巧設(shè)計暗藏大能量

科毅光通信MEMS光開關(guān)以“框架-超構(gòu)表面透鏡-連接結(jié)構(gòu)”為核心架構(gòu)，通過模塊化設(shè)計實現(xiàn)光路的精準(zhǔn)調(diào)控，整體結(jié)構(gòu)緊湊，適配各類集成化通信設(shè)備需求。

圖1 MEMS光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖

核心組成部分解析：

1.      超構(gòu)表面透鏡：作為光調(diào)控核心，透鏡由石英基底與陣列分布的亞波長結(jié)構(gòu)單元組成（如圖2）。亞波長結(jié)構(gòu)單元為高度一致、尺寸各異的微納米柱，可通過不同尺寸組合實現(xiàn)對入射光束的相位調(diào)節(jié)，同時完成準(zhǔn)直與偏轉(zhuǎn)雙重功能，替代傳統(tǒng)光開關(guān)中的準(zhǔn)直透鏡與反射鏡，大幅減少器件數(shù)量。

圖2 超構(gòu)表面透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖

1.      相位調(diào)控原理：超構(gòu)表面透鏡的相位分布通過入射光波長、透鏡焦距及亞波長結(jié)構(gòu)單元位置精準(zhǔn)計算，滿足兩種核心方程（P=2π/λ(f-√(r2+f2))或P=πr2/(λf)），確保光束經(jīng)透鏡透射后精準(zhǔn)耦合至目標(biāo)端口。圖3展示了亞波長結(jié)構(gòu)單元尺寸與相位、透過率的對應(yīng)關(guān)系，為透鏡設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

圖3 超構(gòu)表面透鏡的尺寸與相位透過率的關(guān)系曲線 

1.      連接結(jié)構(gòu)：由熱驅(qū)動單元與迂回式連接梁組成（如圖4），熱驅(qū)動單元呈軸對稱設(shè)計，通過多組熱驅(qū)動梁串聯(lián)形成驅(qū)動力。連接梁采用“第一迂回段+第二迂回段”的組合結(jié)構(gòu)，其長度方向與熱驅(qū)動單元對稱軸平行或垂直，確保驅(qū)動力高效傳遞至超構(gòu)表面透鏡，實現(xiàn)多方向位移調(diào)節(jié)。

圖4 圖1中A處的局部結(jié)構(gòu)放大圖

二、創(chuàng)新驅(qū)動方案：電磁+熱驅(qū)動，兼顧速度與精度

傳統(tǒng)光開關(guān)單一驅(qū)動方式常面臨“位移不足”或“響應(yīng)緩慢”的痛點，科毅光通信采用電磁驅(qū)動與熱驅(qū)動耦合的創(chuàng)新方案，實現(xiàn)“大位移+快響應(yīng)+高精度”三重優(yōu)勢。

1.熱驅(qū)動單元：提供穩(wěn)定大位移輸出

熱驅(qū)動單元由對稱設(shè)置的第一熱驅(qū)動梁、第二熱驅(qū)動梁及連接桿組成（如圖5），通入電流后通過焦耳熱產(chǎn)生熱膨脹，利用V型結(jié)構(gòu)（夾角165°~175°）將熱膨脹量轉(zhuǎn)化為連接桿方向的位移。多組熱驅(qū)動梁串聯(lián)設(shè)計可進(jìn)一步放大位移，滿足大行程光路調(diào)節(jié)需求。

圖5 MEMS光開關(guān)經(jīng)熱驅(qū)動和電磁驅(qū)動后的結(jié)構(gòu)示意圖

熱驅(qū)動單元材料選用Cu、W、NiCr合金等電導(dǎo)率與熱膨脹系數(shù)優(yōu)異的材質(zhì)，確保驅(qū)動效率與穩(wěn)定性，適配長期高頻次的光路切換場景。

2.電磁驅(qū)動補強：提升響應(yīng)速度與對準(zhǔn)精度

在熱驅(qū)動單元下方增設(shè)永磁體（如圖6、圖7），利用熱驅(qū)動單元工作時的大電流密度，在磁場中產(chǎn)生洛倫茲力（F=BIL?sinθ）。電磁驅(qū)動的快響應(yīng)特性彌補了熱驅(qū)動速度短板，同時洛倫茲力可實現(xiàn)微米級微調(diào)，讓光路對準(zhǔn)精度大幅提升，完美適配高帶寬通信場景的精準(zhǔn)調(diào)控需求。

圖6 圖1中B處的局部結(jié)構(gòu)放大圖

圖7 MEMS光開關(guān)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖

三、光交叉連接器：多端口靈活組網(wǎng)核心設(shè)備

基于上述MEMS光開關(guān)核心技術(shù)，科毅光通信推出光交叉連接器，由輸入光纖、第一MEMS光開關(guān)、第二MEMS光開關(guān)及輸出光纖依次組成（如圖8），可實現(xiàn)多端口之間的光路靈活切換與交叉連接。

圖8 光交叉連接器的原理示意圖

該光交叉連接器支持多端口擴展，通過超構(gòu)表面透鏡的光束偏轉(zhuǎn)功能，可實現(xiàn)49個及以上輸出端口的穩(wěn)定切換（如圖9）。輸出光束強度分布呈高斯分布（如圖10），光路損耗低、穩(wěn)定性強，適用于數(shù)據(jù)中心、骨干網(wǎng)等需要大規(guī)模光路調(diào)度的場景。

圖9 超構(gòu)表面透鏡光束偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)49個輸出端口的0XC仿真的結(jié)果圖

圖10 超構(gòu)表面透鏡光束偏轉(zhuǎn)光強分布進(jìn)行仿真的結(jié)果圖

四、產(chǎn)品核心優(yōu)勢：重塑光開關(guān)應(yīng)用價值

1.      體積更緊湊：超構(gòu)表面透鏡集成準(zhǔn)直與偏轉(zhuǎn)功能，減少傳統(tǒng)光開關(guān)的元件數(shù)量，整體器件體積大幅縮小，適配集成化通信設(shè)備安裝需求。

2.      調(diào)控更精準(zhǔn)：電磁熱耦合驅(qū)動方案結(jié)合超構(gòu)表面相位精準(zhǔn)調(diào)控，光路對準(zhǔn)誤差控制在微米級，確保通信信號穩(wěn)定傳輸。

3.      響應(yīng)更快速：電磁驅(qū)動的快響應(yīng)特性彌補熱驅(qū)動短板，整體響應(yīng)速度優(yōu)于傳統(tǒng)單一驅(qū)動光開關(guān)，滿足高頻次光路切換需求。

4.      兼容性更強：支持1550nm通信波長，適配5G、數(shù)據(jù)中心、光纖傳感等多場景應(yīng)用，可與現(xiàn)有光通信系統(tǒng)無縫對接。

五、應(yīng)用場景：覆蓋全場景光通信需求

科毅光通信MEMS光開關(guān)及光交叉連接器已廣泛應(yīng)用于：

1.      數(shù)據(jù)中心互聯(lián)：實現(xiàn)服務(wù)器之間的光路快速切換與負(fù)載均衡；

2.      5G基站通信：滿足基站間信號路由調(diào)控，提升通信網(wǎng)絡(luò)靈活性；

3.      骨干網(wǎng)傳輸：支持多端口交叉連接，優(yōu)化骨干網(wǎng)資源調(diào)度效率；

4.      光纖傳感系統(tǒng)：精準(zhǔn)調(diào)控傳感光路，提升傳感信號靈敏度。

作為專業(yè)的光通信設(shè)備生產(chǎn)銷售商，廣西科毅光通信科技有限公司始終以技術(shù)創(chuàng)新為核心，依托自主研發(fā)的MEMS光開關(guān)技術(shù)，為客戶提供定制化的光通信核心器件解決方案。如需了解產(chǎn)品詳情或咨詢合作，可訪問官網(wǎng)【www.www.wagerqb.com】或直接聯(lián)系我們，攜手共創(chuàng)光通信行業(yè)新價值。

選擇合適的光開關(guān)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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