一、引言：MEMS光開(kāi)關(guān)在高端領(lǐng)域的應用需求

隨著(zhù)光通信技術(shù)的不斷發(fā)展，光開(kāi)關(guān)作為實(shí)現光路動(dòng)態(tài)重構的核心器件，在光纖通信、數據中心、工業(yè)自動(dòng)化以及航空航天等領(lǐng)域中發(fā)揮著(zhù)重要作用。其中，MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）光開(kāi)關(guān)因其響應速度快、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。

然而，在航空航天、軍事裝備等極端環(huán)境下，光開(kāi)關(guān)不僅要具備良好的光學(xué)性能，還需承受高強度的機械沖擊和復雜振動(dòng)。因此，評估其在宇航級沖擊振動(dòng)條件下的穩定性和可靠性，是衡量其是否適用于高可靠性場(chǎng)景的關(guān)鍵指標。

基于《MEMS光開(kāi)關(guān)抗宇航級沖擊振動(dòng)能力》研究成果，結合廣西科毅光通信科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“科毅光”）在光通信器件領(lǐng)域的研發(fā)經(jīng)驗，深入分析MEMS光開(kāi)關(guān)的結構設計、力學(xué)仿真、實(shí)驗驗證等內容，并探討其在高端應用場(chǎng)景中的技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展前景。

二、MEMS光開(kāi)關(guān)的基本原理與結構設計

1. MEMS光開(kāi)關(guān)的工作原理

MEMS光開(kāi)關(guān)利用微型可動(dòng)鏡面控制光信號的傳輸路徑。通過(guò)靜電驅動(dòng)或其他方式使微鏡發(fā)生偏轉，從而將輸入光束引導至不同的輸出端口，實(shí)現光路切換功能。其典型結構包括：

l  光纖準直器陣列；

l  可控微鏡片；

l  TO封裝外殼；

l  驅動(dòng)電路模塊。

2. 結構優(yōu)化設計

為提高其在極端環(huán)境下的穩定性，科毅光采用對稱(chēng)扭臂梁結構作為微鏡支撐系統。該結構具有以下特點(diǎn)：

l  對稱(chēng)性設計可有效減少因不對稱(chēng)應力造成的形變；

l  扭臂梁材料選用單晶硅，具有優(yōu)異的強度和疲勞壽命；

l  微鏡表面鍍有高反射率涂層，提升光學(xué)效率。

圖1：MEMS光開(kāi)關(guān)結構示意圖

三、抗沖擊振動(dòng)能力的仿真分析

1. 沖擊載荷建模

為了模擬宇航環(huán)境中可能遇到的沖擊條件，研究團隊采用了ANSYS有限元仿真軟件，建立了MEMS光開(kāi)關(guān)的三維力學(xué)模型。設定的沖擊參數如下：

l  沖擊加速度：1000G；

l  持續時(shí)間：0.5ms；

l  方向：垂直作用于微鏡平面。

2. 應力與形變分析

仿真結果顯示，在1000G沖擊作用下，MEMS光開(kāi)關(guān)的主要受力集中在扭臂梁部位，最大應力值為418.99MPa，遠低于單晶硅材料的斷裂極限（約7000MPa）。同時(shí)，最大形變量?jì)H為38.7μm，未造成結構性破壞。

圖2：力學(xué)分析模型圖

圖3：沖擊仿真模型圖

四、實(shí)驗驗證與性能測試

1. 實(shí)驗設置

為了進(jìn)一步驗證理論分析結果，研究團隊進(jìn)行了實(shí)際沖擊與振動(dòng)測試。測試條件如下：

l  沖擊等級：1000G；

l  隨機振動(dòng)頻率范圍：10Hz~2000Hz；

l  測試樣本數量：10個(gè)；

l  環(huán)境溫度：常溫無(wú)減震保護。

2. 性能變化對比

通過(guò)對沖擊前后樣品的插入損耗進(jìn)行測量，發(fā)現其變化量小于0.05dB，符合MIL-STD-810G標準要求。此外，在連續10次沖擊后，器件仍能保持正常工作狀態(tài)，未出現功能失效或顯著(zhù)性能下降。

圖4：沖擊仿真結果圖

圖5：試驗驗證現場(chǎng)圖

圖5：插損對比圖

五、廣西科毅光通信科技有限公司的技術(shù)優(yōu)勢

作為一家專(zhuān)注于光通信技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，廣西科毅光通信科技有限公司始終致力于推動(dòng)MEMS光開(kāi)關(guān)、磁光開(kāi)關(guān)等核心光器件的國產(chǎn)化進(jìn)程。

1. 技術(shù)研發(fā)實(shí)力

l  擁有一支由博士、碩士組成的專(zhuān)業(yè)研發(fā)團隊；

l  自主掌握MEMS微鏡加工、封裝測試、驅動(dòng)控制等多項核心技術(shù)；

l  與航天科研機構合作，開(kāi)展宇航級器件的聯(lián)合攻關(guān)。

2. 產(chǎn)品系列齊全

公司提供從1×1到1×16等多種規格的MEMS光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，滿(mǎn)足不同客戶(hù)的需求。所有產(chǎn)品均通過(guò)嚴格的環(huán)境適應性測試，確保在高溫、低溫、高濕、振動(dòng)等復雜條件下穩定運行。

3. 行業(yè)應用廣泛

l  航空航天：用于衛星通信、遙測遙控系統；

l  軍工電子：應用于雷達、導航、無(wú)人飛行器；

l  數據中心：支持高速光網(wǎng)絡(luò )的靈活配置；

l  工業(yè)激光：實(shí)現激光能量的精確切換與管理。

MEMS光開(kāi)關(guān)憑借其優(yōu)良的光學(xué)性能和結構穩定性，已成為未來(lái)高端光通信系統的重要組成部分。特別是在航空航天、軍工等對器件可靠性要求極高的領(lǐng)域，其抗沖擊振動(dòng)能力顯得尤為重要。

廣西科毅光通信科技有限公司將持續加大研發(fā)投入，優(yōu)化產(chǎn)品性能，推出更多適應極端環(huán)境的光通信解決方案，助力中國光通信產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

歡迎訪(fǎng)問(wèn)我們的官方網(wǎng)站【www.www.hellosk.com】，了解更多關(guān)于MEMS光開(kāi)關(guān)、磁光開(kāi)關(guān)、光通信模塊的產(chǎn)品信息與技術(shù)資料。如有定制化需求，歡迎隨時(shí)聯(lián)系我們的專(zhuān)業(yè)工程師團隊！