在全光網(wǎng)絡(luò )加速滲透的當下，數據中心、5G 基站、長(cháng)途光纖通信等場(chǎng)景對光信號傳輸的速率與穩定性提出了更高要求。作為全光交換的核心器件，光開(kāi)關(guān)的性能直接決定了光網(wǎng)絡(luò )的運行效率 —— 其核心功能是實(shí)現光信號在不同傳輸路徑間的精準切換，而 “開(kāi)關(guān)點(diǎn)電壓” 作為控制光開(kāi)關(guān)狀態(tài)的關(guān)鍵參數，若存在標定偏差，將導致光信號泄漏、傳輸損耗增大等問(wèn)題，嚴重影響網(wǎng)絡(luò )穩定性。

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)的光通信器件生產(chǎn)銷(xiāo)售商，基于相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)了一套高效、精準的光開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)點(diǎn)電壓標定方法，有效解決了傳統標定方案的痛點(diǎn)，為全光網(wǎng)絡(luò )設備的穩定運行提供技術(shù)支撐。本文將詳細解讀這一創(chuàng )新技術(shù)的原理、優(yōu)勢及應用場(chǎng)景，助力行業(yè)伙伴深入了解光開(kāi)關(guān)標定的核心邏輯。

一、光開(kāi)關(guān)在全光網(wǎng)絡(luò )中的核心地位與標定需求

全光網(wǎng)絡(luò )的核心價(jià)值在于擺脫 “光 - 電 - 光” 轉換瓶頸 —— 傳統電子交換方式需將光信號轉為電信號處理后再轉回光信號，不僅限制了傳輸速率（難以突破 100Gbps 以上的實(shí)時(shí)處理需求），還導致設備能耗居高不下（占數據中心總能耗的 30% 以上）。而全光網(wǎng)絡(luò )通過(guò)光開(kāi)關(guān)直接在光域完成信號交換，傳輸速率可輕松突破 400Gbps，能耗降低 50% 以上。

作為全光交換模塊的 “心臟”，光開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)由控制電壓決定：當電壓達到 “開(kāi)關(guān)點(diǎn)電壓” 時(shí)，光開(kāi)關(guān)切換至 “直通” 或 “交叉” 狀態(tài)（前者使光信號沿原路徑傳輸，后者使光信號轉向另一路徑）。

然而，受芯片制造誤差（如光波導尺寸偏差、移相器性能波動(dòng)）影響，光開(kāi)關(guān)的實(shí)際開(kāi)關(guān)點(diǎn)電壓與理想值往往存在 5%-15% 的偏差，若不進(jìn)行精準標定，會(huì )出現以下問(wèn)題：

1.      光信號串擾：電壓未達真實(shí)開(kāi)關(guān)點(diǎn)時(shí)，部分光信號泄漏至非目標路徑，導致接收端誤碼率升高；

2.      傳輸損耗超標：非標定電壓下，光開(kāi)關(guān)內部光功率衰減增加，需額外配置放大器補償，提升設備成本；

3.      設備壽命縮短：長(cháng)期在非最優(yōu)電壓下工作，光開(kāi)關(guān)的移相器（如加熱電阻型）易出現老化，使用壽命從 5 年縮短至 2-3 年。

因此，一套高效、精準的開(kāi)關(guān)點(diǎn)電壓標定方法，是光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品量產(chǎn)與應用的關(guān)鍵前提。

二、傳統光開(kāi)關(guān)標定方案的技術(shù)痛點(diǎn)

當前行業(yè)主流的光開(kāi)關(guān)標定方法為 “直接探測法”：在每個(gè)光開(kāi)關(guān)的輸出端口連接光探測器，通過(guò)測量不同電壓下的光功率，確定功率極值對應的電壓為開(kāi)關(guān)點(diǎn)。

該方法存在明顯缺陷，難以滿(mǎn)足高密度集成光開(kāi)關(guān)的需求：

1.      光損耗大：光探測器與光開(kāi)關(guān)輸出端口的連接需通過(guò)光纖跳線(xiàn)，每增加一個(gè)探測器，光功率損耗增加 0.5-1dB（若鏈路含 5 個(gè)光開(kāi)關(guān)，總損耗達 2.5-5dB，超出光網(wǎng)絡(luò )允許的損耗閾值）；

2.      測試成本高：集成光開(kāi)關(guān)鏈路（如 8×8 光開(kāi)關(guān)矩陣）需數十個(gè)光探測器，單臺測試設備成本增加 10-20 萬(wàn)元，且探測器的校準維護需額外投入；

3.      芯片尺寸受限：若將探測器集成在光芯片上，會(huì )使芯片面積擴大 30%-50%，導致封裝成本上升，不符合光器件 “小型化” 趨勢；

4.      標定效率低：需逐一斷開(kāi) / 連接探測器以測試不同光開(kāi)關(guān)，單條鏈路標定耗時(shí)從 1 小時(shí)延長(cháng)至 3-4 小時(shí)，影響量產(chǎn)效率。

針對這些痛點(diǎn)，廣西科毅光通信基于干涉原理，提出了 “基于光程差與頻譜分析的標定方法”，無(wú)需在每個(gè)光開(kāi)關(guān)后配置探測器，僅通過(guò)鏈路末端的單一探測器即可完成所有光開(kāi)關(guān)的標定，大幅提升效率與精準度。

三、廣西科毅光通信的創(chuàng )新標定方法：原理與步驟

1. 核心設計：帶光程差的光開(kāi)關(guān)鏈路

標定方案的核心是構建 “待測光開(kāi)關(guān) + 相鄰光開(kāi)關(guān)” 的鏈路結構，且兩者之間設置兩條具有預設光程差的光傳輸路徑（如圖 1 所示）。

圖 1：光開(kāi)關(guān)結構示意圖

如圖 1，光開(kāi)關(guān)包含兩個(gè)光輸入端口（12、13）、兩個(gè)光輸出端口（18、19）及兩條傳輸波導（16、17），波導間的長(cháng)度差形成光程差。當光信號從輸入端口進(jìn)入后，經(jīng)功率分配器分為兩路，分別沿兩條波導傳輸，最終在輸出端合并 —— 由于光程差存在，兩路光信號會(huì )發(fā)生干涉，干涉后的光功率變化與控制電壓直接相關(guān)。

實(shí)際標定時(shí)，光開(kāi)關(guān)鏈路的搭建需滿(mǎn)足以下要求（如圖 2 所示）：

1.      鏈路含 N 個(gè)光開(kāi)關(guān)（N≥2），兩兩相鄰光開(kāi)關(guān)間均設置兩條光傳輸路徑，且各路徑的光程差互不相同（如第 1-2 個(gè)光開(kāi)關(guān)間光程差為 ΔL?，第 2-3 個(gè)間為 ΔL?，ΔL?≠ΔL?）；

2.      光源采用寬譜光源或可調諧激光器，可輸出 1530-1570nm 波長(cháng)的光信號（覆蓋光通信常用的 C 波段）；

3.      鏈路末端連接 1 個(gè)光探測器與終端（如計算機），終端可采集光功率數據并進(jìn)行頻譜分析。

圖 2：光開(kāi)關(guān)鏈路標定場(chǎng)景示意圖

2. 標定核心步驟：從頻譜分析到開(kāi)關(guān)點(diǎn)確定

基于上述鏈路，廣西科毅光通信的標定方法分為 4 個(gè)關(guān)鍵步驟（如圖 3 所示），適用于鏈路中所有光開(kāi)關(guān)的標定：

圖 3：標定流程示意圖

步驟 1：獲取波域掃譜圖

對待測光開(kāi)關(guān)施加 “預設步長(cháng)的多個(gè)控制電壓”（如電壓范圍 0-25V，步長(cháng) 0.5V），同時(shí)用不同波長(cháng)的光信號（如 1530nm、1530.1nm…1570nm）掃描鏈路。

通過(guò)光探測器測量每個(gè)波長(cháng)對應的輸出光功率，在終端生成 “波域掃譜圖”（如圖 4 所示）—— 橫坐標為波長(cháng)，縱坐標為光功率，反映不同波長(cháng)下的光功率變化。

圖 4：波域掃譜圖

步驟 2：轉換為頻譜圖（含自由光譜范圍）

對波域掃譜圖進(jìn)行傅里葉變換，將 “波長(cháng) - 光功率” 關(guān)系轉換為 “自由光譜范圍（FSR）- 光功率” 關(guān)系，得到頻譜圖（如圖 5 所示）。其中，自由光譜范圍（FSR） 【是干涉信號的關(guān)鍵參數，代表相鄰兩個(gè)干涉峰的波長(cháng)差，其值由光程差計算得出：

FSR = λ2 / (n?×ΔL)

公式中：λ 為預設波長(cháng)（如 1550nm，取掃描波長(cháng)的平均值），n?為光波導的群折射率（硅基波導的 n?約為 3.45），ΔL 為兩條光傳輸路徑的光程差（如 10μm）。

例如，當 λ=1550nm、n?=3.45、ΔL=10μm 時(shí)，FSR= (1550×10??)2 / (3.45×10×10??) ≈ 0.068nm，即頻譜圖中相鄰峰的間隔為 0.068nm。

圖 5：頻譜圖

步驟 3：確定各電壓下的目標光功率

由于鏈路中各相鄰光開(kāi)關(guān)的光程差不同，每個(gè)光開(kāi)關(guān)對應的 FSR 值也不同（如第 1 個(gè)光開(kāi)關(guān)對應 FSR?=0.068nm，第 2 個(gè)對應 FSR?=0.085nm）。在頻譜圖中，找到與待測光開(kāi)關(guān) FSR 值匹配的 “目標干涉峰”，讀取該峰對應的光功率 —— 此功率即為 “待測光信號的光功率”（僅由待測光開(kāi)關(guān)的電壓控制，不受其他光開(kāi)關(guān)影響）。

步驟 4：定位開(kāi)關(guān)點(diǎn)電壓

重復步驟 1-3，獲取待測光開(kāi)關(guān)在所有控制電壓下的目標光功率，繪制 “電壓 - 光功率” 曲線(xiàn)（如圖 6 所示）。當光功率達到最小值時(shí)，對應的電壓即為開(kāi)關(guān)點(diǎn)電壓 —— 原理是：當電壓為真實(shí)開(kāi)關(guān)點(diǎn)時(shí)，光開(kāi)關(guān)僅允許一路光信號通過(guò)（直通或交叉狀態(tài)），兩條傳輸路徑中只有一條有光，無(wú)干涉發(fā)生，光功率最??；若電壓非開(kāi)關(guān)點(diǎn)，兩路光信號均有傳輸，干涉后光功率升高。

圖 7：電壓 - 光功率響應曲線(xiàn)（ALT 標簽：）

3. 多光開(kāi)關(guān)鏈路的標定技巧

若鏈路含 N 個(gè)光開(kāi)關(guān)（N≥3），需按 “從前到后” 的順序標定，確保精度：

1.      先標定第 1 個(gè)光開(kāi)關(guān)：此時(shí)其他光開(kāi)關(guān)施加默認電壓（如 0V），按上述步驟確定其開(kāi)關(guān)點(diǎn)電壓；

2.      標定第 i 個(gè)光開(kāi)關(guān)（2≤i≤N-1）：對第 1 至 i-1 個(gè)光開(kāi)關(guān)施加已標定的開(kāi)關(guān)點(diǎn)電壓（使其處于穩定狀態(tài)），再按步驟 1-4 標定第 i 個(gè)；

3.      標定第 N 個(gè)光開(kāi)關(guān)（最后一個(gè)）：由于其后方無(wú)其他光開(kāi)關(guān)，無(wú)需依賴(lài)干涉信號，直接測量不同電壓下的總光功率，取功率極大值與極小值對應的電壓為開(kāi)關(guān)點(diǎn)（極大值對應 “直通 / 交叉” 狀態(tài)，極小值對應信號阻斷狀態(tài)）。

通過(guò)該方法，即使鏈路含 10 個(gè)光開(kāi)關(guān)，也可在 1 小時(shí)內完成全部標定，且總光損耗控制在 1dB 以?xún)?，遠優(yōu)于傳統方案。

四、創(chuàng )新方案的技術(shù)優(yōu)勢與實(shí)際應用場(chǎng)景

1. 四大核心優(yōu)勢，適配量產(chǎn)與工程需求

相比傳統 “直接探測法”，廣西科毅光通信的標定方案具有顯著(zhù)優(yōu)勢：

此外，方案還支持馬赫曾德?tīng)柛缮鎯xMZI光開(kāi)關(guān)與微機電系統MEMS光開(kāi)關(guān)等主流類(lèi)型，兼容性覆蓋 90% 以上的光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品。

2. 三大應用場(chǎng)景，賦能全光網(wǎng)絡(luò )建設

場(chǎng)景 1：數據中心光交換矩陣

大型數據中心的 “葉脊架構” 需大量 8×8、16×16 光開(kāi)關(guān)矩陣，用于實(shí)現服務(wù)器間的高速互聯(lián)。采用科毅標定方案后，光開(kāi)關(guān)矩陣的誤碼率從 10??降至 10?12，滿(mǎn)足 AI 訓練、云計算等大流量場(chǎng)景的需求，同時(shí)每臺矩陣的能耗降低 20W（年節省電費約 175 元 / 臺）。

場(chǎng)景 2：5G 基站前傳網(wǎng)絡(luò )

5G 基站的前傳鏈路需通過(guò)光開(kāi)關(guān)實(shí)現 “靈活調度”（如基站故障時(shí)自動(dòng)切換備用鏈路）?？埔惴桨傅臉硕ň冗_ ±0.1V，確保光開(kāi)關(guān)在 - 40℃-70℃的戶(hù)外環(huán)境中仍穩定工作，切換響應時(shí)間＜1ms，避免基站斷網(wǎng)風(fēng)險。

場(chǎng)景 3：長(cháng)途光纖通信干線(xiàn)

長(cháng)途干線(xiàn)（如跨省光纖網(wǎng)絡(luò )）中的光開(kāi)關(guān)需長(cháng)期運行在高穩定性狀態(tài)，科毅方案標定的光開(kāi)關(guān)使用壽命從 3 年延長(cháng)至 5 年以上，減少干線(xiàn)維護次數（從每年 2 次降至每 2 年 1 次），單條干線(xiàn)年維護成本降低 10 萬(wàn)元。

五、廣西科毅光通信的技術(shù)實(shí)力與服務(wù)保障

作為光通信器件領(lǐng)域的深耕者，廣西科毅光通信不僅掌握光開(kāi)關(guān)標定的核心技術(shù)，還具備從研發(fā)到量產(chǎn)的全鏈條能力：

1.      研發(fā)團隊：核心成員來(lái)自清華大學(xué)、電子科技大學(xué)等高校，擁有 10 年以上光芯片研發(fā)經(jīng)驗，已申請光開(kāi)關(guān)相關(guān)專(zhuān)利 15 項（含 2 項發(fā)明專(zhuān)利）；

2.      生產(chǎn)能力：配備萬(wàn)級潔凈車(chē)間與全自動(dòng)光器件測試線(xiàn)，光開(kāi)關(guān)月產(chǎn)能達 5000 臺，可滿(mǎn)足批量訂單需求；

3.      服務(wù)體系：為客戶(hù)提供 “標定 + 調試 + 售后” 一站式服務(wù)，免費提供標定軟件（支持 Windows/Linux 系統），并承諾設備故障 24 小時(shí)內響應、支持返廠(chǎng)保養維修。

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。

訪(fǎng)問(wèn)廣西科毅光通信官網(wǎng)www.www.hellosk.com瀏覽我們的光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，或聯(lián)系我們的銷(xiāo)售工程師，獲取專(zhuān)屬的選型建議和報價(jià)！