科毅光通信作為國內領(lǐng)先的光通信器件供應商，持續致力于光開(kāi)關(guān)技術(shù)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(kāi)關(guān)技術(shù)，該技術(shù)在光通信網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)路徑管理領(lǐng)域實(shí)現了重大突破，相關(guān)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(kāi)關(guān)技術(shù)的挑戰與機遇

隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能等新興技術(shù)的爆發(fā)式發(fā)展，全球數據流量呈現指數級增長(cháng)，光傳送網(wǎng)正朝著(zhù)超高速、超大容量方向演進(jìn)。光開(kāi)關(guān)作為全光交換的核心器件，其性能直接影響網(wǎng)絡(luò )資源配置的靈活性與效率。

目前主流的光開(kāi)關(guān)技術(shù)主要分為兩類(lèi)：

1. 微電子機械系統（MEMS）光開(kāi)關(guān)

• 技術(shù)優(yōu)勢：光在自由空間傳播，不受波長(cháng)、偏振及調制方式影響，可實(shí)現無(wú)損光交叉。

• 技術(shù)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換對機械組件和集成工藝要求極高，大端口 MEMS 開(kāi)關(guān)還需高驅動(dòng)電壓及頻繁校準，系統復雜度與成本顯著(zhù)增加。

• 《科毅光通信 MEMS 光開(kāi)關(guān)技術(shù)解析》

2. 集成式光開(kāi)關(guān)（MZI/MRR 型）

• 技術(shù)優(yōu)勢：基于導波空間實(shí)現光路切換，可通過(guò)成熟的端面耦合技術(shù)與光纖對接。

• 技術(shù)瓶頸：?jiǎn)卧丝跀凳芟蓿ㄍǔ?1×2 或 2×2），級聯(lián)構建大端口網(wǎng)絡(luò )時(shí)，驅動(dòng)電路設計、光電集成及封裝復雜度呈指數級上升，且存在損耗高、波長(cháng)適用范圍窄、偏振敏感等問(wèn)題。

在集成光學(xué)領(lǐng)域，亟需一種低損耗、寬帶、偏振不敏感的新型光開(kāi)關(guān)技術(shù)，以極簡(jiǎn)方式降低大端口光開(kāi)關(guān)的制備門(mén)檻，減少控制單元數及驅動(dòng)電路復雜度，推動(dòng)集成式光開(kāi)關(guān)的規?；瘧?。

二、核心技術(shù)：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(guò)理論推導、數值仿真和實(shí)驗驗證，成功構建了一種基于平方律介質(zhì)（SLM）的可調光開(kāi)關(guān)系統。其核心原理與關(guān)鍵性能如下：

1. 技術(shù)原理與特性

• 平方律介質(zhì)特性：TOWL 通過(guò)熱光效應在多模波導中形成拋物線(xiàn)型折射率分布，等效為漸變折射率（GRIN）透鏡，可實(shí)現光束準直、聚焦與成像功能。

• 靈活可調性：通過(guò)芯片上平行電極的自由選取及電流注入，可動(dòng)態(tài)調節光軸、孔徑、焦距等參數，突破傳統 GRIN 透鏡固定參數的限制。

圖 1：廣西科毅光通信熱光波導透鏡（TOWL）器件結構示意圖，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(kāi)關(guān)單元：在 1500-1600 nm 測量區間，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(cháng)相關(guān)損耗（WDL）≤0.4 dB，偏振依賴(lài)損耗（PDL）≤0.1 dB。

圖 2：廣西科毅光通信 1×24 光開(kāi)關(guān)單元傳輸光譜測試結果，體現低損耗與寬波長(cháng)特性

• 1×576 光開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )：通過(guò)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，總電極數及同時(shí)驅動(dòng)電極數顯著(zhù)低于傳統 MZI 型光開(kāi)關(guān)（如 1×576 配置僅需 4 條電極）。

圖 3：廣西科毅光通信 1×576 光開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )損耗測試數據，驗證大端口低損耗優(yōu)勢

3. 制備與集成優(yōu)勢

• 工藝簡(jiǎn)化：核心區域僅需一根多模光波導和一組電極陣列，電極與波導無(wú)需精確對準，可通過(guò)普通光刻（SUSS MA6）在小型實(shí)驗室批量生產(chǎn)，大幅降低制備成本。

• 系統兼容性：支持與現有光纖通信系統無(wú)縫對接，可直接替換傳統光開(kāi)關(guān)模塊，無(wú)需重構網(wǎng)絡(luò )架構。

三、關(guān)鍵技術(shù)突破：功能可編程波導引擎（FPWE）

為解決傳統仿真設計的高資源消耗與實(shí)驗結果偏差問(wèn)題，廣西科毅光通信科技有限公司開(kāi)發(fā)了功能可編程波導引擎（FPWE），通過(guò)實(shí)驗反饋優(yōu)化機制實(shí)現對多模干涉圖案的精準控制。該技術(shù)的核心價(jià)值包括：

1. 實(shí)驗驅動(dòng)的設計優(yōu)化

• 快速驗證：?jiǎn)未螌?shí)驗僅需 1 秒，硬件升級后可壓縮至毫秒級，顯著(zhù)縮短研發(fā)周期。

• 智能算法集成：結合多模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（MNN）等智能算法，實(shí)現對光場(chǎng)輸出的邏輯化調控，支持并行電光邏輯門(mén)、非線(xiàn)性神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )分類(lèi)器等新型器件開(kāi)發(fā)。

圖 4：廣西科毅光通信多模干涉型全邏輯光開(kāi)關(guān)示意圖，展示 FPWE 調控下的光場(chǎng)分布

2. 片上光場(chǎng)調控能力

• 任意光場(chǎng)生成：可擦寫(xiě)片上干涉圖案，實(shí)現幾乎任意的明暗分布及特定函數響應，為光計算、光信號處理等領(lǐng)域提供創(chuàng )新平臺。

• 低串擾設計：通過(guò)離軸間距優(yōu)化及孔徑控制，有效抑制電、熱、光串擾，確保光路切換的穩定性與可靠性。

四、應用前景與發(fā)展方向

1. 光通信網(wǎng)絡(luò )場(chǎng)景

• 數據中心：1×576 光開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )可實(shí)現動(dòng)態(tài)光路重構，支持SDN控制器接口（OpenFlow/gRPC），滿(mǎn)足AI算力集群對超高帶寬、超低時(shí)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，減少中繼節點(diǎn)數量，降低網(wǎng)絡(luò )建設與運維成本。

2. 技術(shù)演進(jìn)路徑

• 端口擴展與損耗優(yōu)化：通過(guò)改進(jìn)多模區結構（如曲線(xiàn)型輸出波導排布），計劃將端口數擴展至24以上并進(jìn)一步降低損耗。

• 無(wú)阻塞光交換：探索 M×N型TOWL光開(kāi)關(guān)的無(wú)阻塞配置，滿(mǎn)足復雜網(wǎng)絡(luò )拓撲的動(dòng)態(tài)調度需求。

• 多功能集成：通過(guò)多組電極加熱等效復雜透鏡組，實(shí)現對輸入光場(chǎng)的多維調控，拓展在光計算、量子通信等領(lǐng)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(jiǎn)單且無(wú)需依賴(lài)高端代工，可實(shí)現規?；a(chǎn)。

• 可靠性保障：通過(guò)熱補償封裝設計與雙閉環(huán)控制技術(shù)，器件在 - 40℃~+85℃環(huán)境下仍能保持穩定性能，重復定位精度達 0.0005°。

• 《科毅光通信高速光開(kāi)關(guān)解決方案》

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五、關(guān)于廣西科毅光通信科技有限公司

科毅光通信是一家專(zhuān)注于光通信器件研發(fā)與生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，產(chǎn)品涵蓋 MEMS光開(kāi)關(guān)、高速光開(kāi)關(guān)、集成式光模塊等全系列解決方案。公司自主研發(fā)的光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品通過(guò) Telcordia GR-468 可靠性認證，廣泛應用于數據中心、國家干線(xiàn)網(wǎng)、半導體制造等關(guān)鍵領(lǐng)域，以 “高性能、高可靠、高性?xún)r(jià)比” 的產(chǎn)品特性贏(yíng)得全球客戶(hù)信賴(lài)。

選擇合適的光開(kāi)關(guān)是一項需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應商實(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，詳細對比關(guān)鍵參數，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(zhuān)業(yè)的合作伙伴。

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