在5G通信、數據中心互聯(lián)等光通信場(chǎng)景中，光開(kāi)關(guān)作為光路切換與路由調控的核心設備，其體積、響應速度與調控精度直接影響通信系統的效率。廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.hellosk.com）自主研發(fā)的MEMS光開(kāi)關(guān)及光交叉連接器，融合超構表面前沿技術(shù)與電磁熱耦合驅動(dòng)方案，打破傳統光開(kāi)關(guān)設計局限，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(kāi)關(guān)核心結構：小巧設計暗藏大能量

科毅光通信MEMS光開(kāi)關(guān)以“框架-超構表面透鏡-連接結構”為核心架構，通過(guò)模塊化設計實(shí)現光路的精準調控，整體結構緊湊，適配各類(lèi)集成化通信設備需求。

圖1 MEMS光開(kāi)關(guān)的結構示意圖

核心組成部分解析：

1.      超構表面透鏡：作為光調控核心，透鏡由石英基底與陣列分布的亞波長(cháng)結構單元組成（如圖2）。亞波長(cháng)結構單元為高度一致、尺寸各異的微納米柱，可通過(guò)不同尺寸組合實(shí)現對入射光束的相位調節，同時(shí)完成準直與偏轉雙重功能，替代傳統光開(kāi)關(guān)中的準直透鏡與反射鏡，大幅減少器件數量。

圖2 超構表面透鏡的結構示意圖

1.      相位調控原理：超構表面透鏡的相位分布通過(guò)入射光波長(cháng)、透鏡焦距及亞波長(cháng)結構單元位置精準計算，滿(mǎn)足兩種核心方程（P=2π/λ(f-√(r2+f2))或P=πr2/(λf)），確保光束經(jīng)透鏡透射后精準耦合至目標端口。圖3展示了亞波長(cháng)結構單元尺寸與相位、透過(guò)率的對應關(guān)系，為透鏡設計提供科學(xué)依據。

圖3 超構表面透鏡的尺寸與相位透過(guò)率的關(guān)系曲線(xiàn) 

1.      連接結構：由熱驅動(dòng)單元與迂回式連接梁組成（如圖4），熱驅動(dòng)單元呈軸對稱(chēng)設計，通過(guò)多組熱驅動(dòng)梁串聯(lián)形成驅動(dòng)力。連接梁采用“第一迂回段+第二迂回段”的組合結構，其長(cháng)度方向與熱驅動(dòng)單元對稱(chēng)軸平行或垂直，確保驅動(dòng)力高效傳遞至超構表面透鏡，實(shí)現多方向位移調節。

圖4 圖1中A處的局部結構放大圖

二、創(chuàng )新驅動(dòng)方案：電磁+熱驅動(dòng)，兼顧速度與精度

傳統光開(kāi)關(guān)單一驅動(dòng)方式常面臨“位移不足”或“響應緩慢”的痛點(diǎn)，科毅光通信采用電磁驅動(dòng)與熱驅動(dòng)耦合的創(chuàng )新方案，實(shí)現“大位移+快響應+高精度”三重優(yōu)勢。

1.熱驅動(dòng)單元：提供穩定大位移輸出

熱驅動(dòng)單元由對稱(chēng)設置的第一熱驅動(dòng)梁、第二熱驅動(dòng)梁及連接桿組成（如圖5），通入電流后通過(guò)焦耳熱產(chǎn)生熱膨脹，利用V型結構（夾角165°~175°）將熱膨脹量轉化為連接桿方向的位移。多組熱驅動(dòng)梁串聯(lián)設計可進(jìn)一步放大位移，滿(mǎn)足大行程光路調節需求。

圖5 MEMS光開(kāi)關(guān)經(jīng)熱驅動(dòng)和電磁驅動(dòng)后的結構示意圖

熱驅動(dòng)單元材料選用Cu、W、NiCr合金等電導率與熱膨脹系數優(yōu)異的材質(zhì)，確保驅動(dòng)效率與穩定性，適配長(cháng)期高頻次的光路切換場(chǎng)景。

2.電磁驅動(dòng)補強：提升響應速度與對準精度

在熱驅動(dòng)單元下方增設永磁體（如圖6、圖7），利用熱驅動(dòng)單元工作時(shí)的大電流密度，在磁場(chǎng)中產(chǎn)生洛倫茲力（F=BIL?sinθ）。電磁驅動(dòng)的快響應特性彌補了熱驅動(dòng)速度短板，同時(shí)洛倫茲力可實(shí)現微米級微調，讓光路對準精度大幅提升，完美適配高帶寬通信場(chǎng)景的精準調控需求。

圖6 圖1中B處的局部結構放大圖

圖7 MEMS光開(kāi)關(guān)的側視結構示意圖

三、光交叉連接器：多端口靈活組網(wǎng)核心設備

基于上述MEMS光開(kāi)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(kāi)關(guān)、第二MEMS光開(kāi)關(guān)及輸出光纖依次組成（如圖8），可實(shí)現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(guò)超構表面透鏡的光束偏轉功能，可實(shí)現49個(gè)及以上輸出端口的穩定切換（如圖9）。輸出光束強度分布呈高斯分布（如圖10），光路損耗低、穩定性強，適用于數據中心、骨干網(wǎng)等需要大規模光路調度的場(chǎng)景。

圖9 超構表面透鏡光束偏轉實(shí)現49個(gè)輸出端口的0XC仿真的結果圖

圖10 超構表面透鏡光束偏轉光強分布進(jìn)行仿真的結果圖

四、產(chǎn)品核心優(yōu)勢：重塑光開(kāi)關(guān)應用價(jià)值

1.      體積更緊湊：超構表面透鏡集成準直與偏轉功能，減少傳統光開(kāi)關(guān)的元件數量，整體器件體積大幅縮小，適配集成化通信設備安裝需求。

2.      調控更精準：電磁熱耦合驅動(dòng)方案結合超構表面相位精準調控，光路對準誤差控制在微米級，確保通信信號穩定傳輸。

3.      響應更快速：電磁驅動(dòng)的快響應特性彌補熱驅動(dòng)短板，整體響應速度優(yōu)于傳統單一驅動(dòng)光開(kāi)關(guān)，滿(mǎn)足高頻次光路切換需求。

4.      兼容性更強：支持1550nm通信波長(cháng)，適配5G、數據中心、光纖傳感等多場(chǎng)景應用，可與現有光通信系統無(wú)縫對接。

五、應用場(chǎng)景：覆蓋全場(chǎng)景光通信需求

科毅光通信MEMS光開(kāi)關(guān)及光交叉連接器已廣泛應用于：

1.      數據中心互聯(lián)：實(shí)現服務(wù)器之間的光路快速切換與負載均衡；

2.      5G基站通信：滿(mǎn)足基站間信號路由調控，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)資源調度效率；

4.      光纖傳感系統：精準調控傳感光路，提升傳感信號靈敏度。

作為專(zhuān)業(yè)的光通信設備生產(chǎn)銷(xiāo)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(kāi)關(guān)技術(shù)，為客戶(hù)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(xún)合作，可訪(fǎng)問(wèn)官網(wǎng)【www.www.hellosk.com】或直接聯(lián)系我們，攜手共創(chuàng )光通信行業(yè)新價(jià)值。

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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