在光電子集成芯片快速發(fā)展的背景下，2×2光開(kāi)關(guān)作為光信息處理和信號路由的核心器件，在通信、傳感、量子系統及微波光子線(xiàn)路中具有不可替代的作用。隨著(zhù)大規模光電子集成芯片需求的激增，光開(kāi)關(guān)的性能指標（如低串擾、低功耗）成為行業(yè)關(guān)注焦點(diǎn)。

廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.hellosk.com）作為專(zhuān)業(yè)光開(kāi)關(guān)生產(chǎn)銷(xiāo)售企業(yè)，始終聚焦光電子集成領(lǐng)域的技術(shù)革新。針對大規模光電子集成芯片對光開(kāi)關(guān)性能的嚴苛需求，公司聯(lián)合科研團隊推出低串擾、低功耗硅基光開(kāi)關(guān)解決方案，其核心技術(shù)基于高度均衡的耦合器與折疊式移相器設計，相關(guān)研究成果已發(fā)表于《Optics Letters》（2025 年第 50 卷第 1 期），為光通信、傳感及量子系統提供了高性能核心器件支持。

一、技術(shù)背景：2×2 光開(kāi)關(guān)的性能瓶頸與突破方向

在光信息處理與信號路由中，2×2光開(kāi)關(guān)是構建大規模光網(wǎng)絡(luò )的基礎單元，其性能直接影響系統可靠性與能效。當前主流實(shí)現方案存在明顯局限：

• 微環(huán)諧振器（MRR）：結構緊湊但溫度敏感性極高，需復雜溫控機制維持穩定，難以滿(mǎn)足大規模集成需求；

• 傳統馬赫 - 曾德?tīng)柛缮鎯x（MZI）：雖支持寬帶路由，但存在耦合器分光不均、移相臂損耗差異大等問(wèn)題，導致串擾高、功耗高，限制了其在高密度集成場(chǎng)景的應用。

廣西科毅光通信通過(guò)深入分析 MZI 開(kāi)關(guān)的性能瓶頸，創(chuàng )新采用高度均衡多模干涉（MMI）耦合器與折疊式高效移相器組合設計，成功突破傳統技術(shù)限制，實(shí)現了低串擾、低功耗的硅基光開(kāi)關(guān)量產(chǎn)化解決方案。

二、核心技術(shù)：低串擾低功耗硅基光開(kāi)關(guān)的設計創(chuàng )新

1. 整體結構設計

該硅基光開(kāi)關(guān)基于 MZI 架構，核心由高度均衡 MMI 耦合器和折疊式移相器組成，通過(guò)優(yōu)化波導與熱極金屬的折疊布局，實(shí)現高熱效率與低損耗特性。

 1.1MZI光開(kāi)關(guān)的核心優(yōu)勢

·         寬帶光路由能力：與波長(cháng)無(wú)關(guān)的切換特性，適用于多波長(cháng)通信場(chǎng)景。

·         高溫度穩定性：無(wú)需主動(dòng)反饋調諧，降低系統復雜度。

·         低功耗設計：通過(guò)折疊波導與金屬加熱器結構優(yōu)化熱分布，顯著(zhù)降低能耗。

圖1：硅基MZI光開(kāi)關(guān)結構示意圖

（圖片說(shuō)明：展示折疊波導、金屬加熱器及移相器橫截面設計，標注關(guān)鍵尺寸與材料參數。）

2. 高度均衡 MMI 耦合器設計

MMI 耦合器是決定 MZI 開(kāi)關(guān)串擾的關(guān)鍵組件，其分光均衡性直接影響干涉消光效果。本設計通過(guò)結構優(yōu)化，實(shí)現：

• 寬波段低損耗：C 波段插入損耗低于 0.14 dB，1550 nm 波長(cháng)下理論損耗僅 0.096 dB；

• 高均衡性：分光不平衡度低于 0.13 dB（1550 nm 處低至 0.037 dB）；

• 工藝容忍度高：對硅波導寬度變化容忍度達 ±40 nm，兼容主流硅光制造工藝，大幅降低量產(chǎn)難度。

• 應用價(jià)值：為大規模集成光芯片提供高穩定性基礎組件。

圖2：MMI耦合器性能測試

（圖片說(shuō)明：展示不同波導寬度下的插入損耗與不均衡度曲線(xiàn)。）

3. 折疊式高效移相器設計

移相器功耗是制約光開(kāi)關(guān)集成密度的核心因素，本設計采用折疊波導 + TiW 合金加熱器組合方案：

• 低功耗：π 相移功耗（Pπ）僅約 8 mW，較傳統設計降低 50% 以上；

• 高熱效率：200 nm 厚 TiW 合金加熱材料與波導尺寸精準匹配，熱場(chǎng)分布均勻（如圖 3d）；

• 緊湊結構：折疊布局減少占用空間，適合高密度集成。

• 開(kāi)關(guān)速度：10%-90%上升/下降時(shí)間為22μs/9μs，滿(mǎn)足高速通信需求。

圖3：移相器設計與熱場(chǎng)分析

（圖片說(shuō)明：展示波導彎曲結構、電場(chǎng)分布及熱場(chǎng)模擬結果。）

三、制造工藝與性能指標

1. 高精密制造工藝流程

 采用電子束光刻（EBL） 與感應耦合等離子體刻蝕技術(shù)，關(guān)鍵參數控制：

• 硅波導：厚度 220 nm，寬度 500 nm，特殊區域（如 1.75 μm 半徑彎曲波導）精準成型；

• 包層與埋氧層：厚度分別控制在 2.2 μm 和 2.0 μm，確保光場(chǎng)約束與散熱性能；

• 兼容深紫外（DUV）光刻工藝，滿(mǎn)足大規模量產(chǎn)需求。

圖4：器件制造結果

 （圖片說(shuō)明：顯微鏡與SEM圖像展示折疊波導及MMI區域的微觀(guān)結構。）

2. 核心性能指標

經(jīng)實(shí)驗驗證，該硅基光開(kāi)關(guān)綜合性能領(lǐng)先行業(yè)水平：

• 低串擾：電子束光刻工藝器件串擾低于 - 35      dB，深紫外工藝器件低于 - 30 dB；

• 低功耗：π 相移功耗僅 8 mW，大幅降低系統散熱壓力；

• 快速響應：10%-90% 上升 / 下降時(shí)間分別為 22 μs/9 μs，支持高速光信號路由；

• 低插入損耗：片上總損耗約 1.6 dB（含彎曲波導 0.3 dB、MMI 耦合器      0.3 dB 及直波導傳輸損耗）。

• 穩定性驗證：在寬譜光測試中表現出優(yōu)異的波長(cháng)適應性。

圖5：光譜響應測試數據

（圖片說(shuō)明：不同加熱功率條件下的輸出端口光譜響應曲線(xiàn)。）

四、應用場(chǎng)景與行業(yè)價(jià)值

1. 核心應用領(lǐng)域

• 光通信網(wǎng)絡(luò )：適用于數據中心高速光互聯(lián)、骨干網(wǎng)光交叉連接（OXC）；

• 光傳感系統：支持高精度光信號路由與切換；

• 量子信息處理：低串擾特性滿(mǎn)足量子態(tài)傳輸保真度要求；

• 微波光子線(xiàn)路：適配寬帶信號處理需求。

2. 廣西科毅光通信產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢

作為專(zhuān)業(yè)光開(kāi)關(guān)生產(chǎn)銷(xiāo)售商，公司將該技術(shù)轉化為量產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，額外實(shí)現：

• 成本優(yōu)化：兼容成熟硅光工藝，量產(chǎn)成本較傳統方案降低      30% 以上；

• 可靠性保障：通過(guò) - 40℃~+85℃寬溫測試，滿(mǎn)足 Telcordia GR-468 可靠性標準；

• 定制化服務(wù)：可根據客戶(hù)需求調整端口配置、封裝形式（詳情訪(fǎng)問(wèn)www.www.hellosk.com）。

五、關(guān)于廣西科毅光通信科技有限公司

科毅光通信專(zhuān)注于光開(kāi)關(guān)及光通信器件的研發(fā)、生產(chǎn)與銷(xiāo)售，產(chǎn)品涵蓋硅基光開(kāi)關(guān)、MEMS 光開(kāi)關(guān)、集成光模塊等全系列解決方案。公司依托自主研發(fā)的低串擾、低功耗光開(kāi)關(guān)核心技術(shù)，為全球客戶(hù)提供高性能、高可靠的光網(wǎng)絡(luò )核心器件，廣泛應用于數據中心、5G 通信、光纖傳感等領(lǐng)域。

 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

如需獲取該硅基光開(kāi)關(guān)的詳細技術(shù)參數、樣品申請或合作咨詢(xún)，歡迎訪(fǎng)問(wèn)官網(wǎng)www.www.hellosk.com，或聯(lián)系技術(shù)支持團隊。