在微波光子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，光實(shí)時(shí)延時(shí)技術(shù)（OTTD）已成為相控陣雷達、無(wú)線(xiàn)通信、光交換等領(lǐng)域的核心支撐技術(shù)。廣西科毅光通信作為專(zhuān)業(yè)光開(kāi)關(guān)生產(chǎn)銷(xiāo)售商，依托多年光電子技術(shù)積累，成功將磁光開(kāi)關(guān)應用于高精度光實(shí)時(shí)延時(shí)線(xiàn)研發(fā)，打造出兼具小體積、高精度、高可靠性的5bit/32態(tài)光延時(shí)系統，為工程化應用提供了高效解決方案。

一、光實(shí)時(shí)延時(shí)技術(shù)的應用價(jià)值與行業(yè)需求

光實(shí)時(shí)延時(shí)技術(shù)的核心價(jià)值在于解決傳統相控陣技術(shù)中的瞬時(shí)大帶寬制約與波束偏斜問(wèn)題，讓光控相控陣雷達具備更優(yōu)異的性能。同時(shí)，該技術(shù)在無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、光交換技術(shù)及高精度同步控制技術(shù)中也有著(zhù)廣泛應用前景。

在機載、星載等嚴苛應用場(chǎng)景中，光延時(shí)單元對體積、精度、切換速度、可靠性和重量提出了極高要求。傳統光延時(shí)方案存在體積龐大、精度不足、切換延遲等痛點(diǎn)，而基于磁光開(kāi)關(guān)的光實(shí)時(shí)延時(shí)線(xiàn)，憑借全固態(tài)設計、高速切換等優(yōu)勢，成為滿(mǎn)足工程需求的優(yōu)選方案。

二、核心拓撲結構選型：差分結構的技術(shù)優(yōu)勢

基于光開(kāi)關(guān)與延時(shí)光纖的動(dòng)態(tài)配置型光纖延時(shí)線(xiàn)（FDL），主要有旁路結構和差分結構兩種拓撲形式：

圖1 2bit旁路結構和差分結構的光纖延時(shí)線(xiàn)

1.兩種結構對比分析

1.      旁路結構：結構緊湊，可通過(guò)額外光纖補償誤差，但最小延時(shí)單元受限，鏈路損耗較高。

2.      差分結構：上路光纖比下路分別長(cháng)τ和2τ，通過(guò)光開(kāi)關(guān)選擇可實(shí)現0、τ、2τ、3τ四種延時(shí)狀態(tài)，輕松達成2bit延遲線(xiàn)設計。

2.選型關(guān)鍵依據

由于磁光開(kāi)關(guān)為非互易性器件，不支持光路雙向工作，我們最終選定差分結構作為核心實(shí)施方案。該結構能最大化發(fā)揮光開(kāi)關(guān)的切換性能，確保延時(shí)精度與可靠性，為多bit延時(shí)系統搭建奠定基礎。

三、磁光開(kāi)關(guān)：光延時(shí)線(xiàn)的核心性能保障

光開(kāi)關(guān)是光延時(shí)單元的核心部件，其性能直接決定延時(shí)系統的整體表現。經(jīng)過(guò)對機械光開(kāi)關(guān)、MEMS光開(kāi)關(guān)、液晶光開(kāi)關(guān)等多款產(chǎn)品的綜合對比，我們最終選用磁光（MO）開(kāi)關(guān)，核心優(yōu)勢如下：

1.磁光開(kāi)關(guān)的核心特性

3.      全固態(tài)技術(shù)設計，無(wú)機械可動(dòng)部件，避免振動(dòng)、磨損帶來(lái)的可靠性問(wèn)題。

4.      關(guān)鍵性能優(yōu)異：切換速度小于15ps，插入損耗小于1dB，串擾優(yōu)于40dB，工作頻率可達3000Hz。

5.      體積緊湊、功耗低，適配機載、星載等空間受限場(chǎng)景。

2.精準控制與驅動(dòng)方案

磁光開(kāi)關(guān)通過(guò)兩個(gè)控制引腳實(shí)現光路切換，輸入7V電壓、12-15ps脈寬的電脈沖即可完成通道切換，脈沖電流輸出能力需至少500mA。借助狀態(tài)鎖存功能，切換后無(wú)需持續脈沖保持狀態(tài)，大幅降低功耗。

圖2 磁光開(kāi)關(guān)陣列邏輯控制與驅動(dòng)框圖

我們設計的磁光開(kāi)關(guān)陣列邏輯控制系統，通過(guò)串行通信芯片傳輸控制信號，經(jīng)單片機處理后精準驅動(dòng)目標光開(kāi)關(guān)，多重防護措施與合理布線(xiàn)設計，確保開(kāi)關(guān)切換穩定可靠，避免中間態(tài)導致的插損增加。

四、光纖延時(shí)線(xiàn)系統的一體化設計與關(guān)鍵工藝

為實(shí)現“體積小、精度高、易維護”的設計目標，我們從控制驅動(dòng)、測試技術(shù)、結構設計、光纖連接四大維度進(jìn)行系統優(yōu)化：

1.高精度測試技術(shù)

采用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀結合相位變化反推法，測試精度優(yōu)于ps量級，高效精準測量光纖延時(shí)。通過(guò)該方法可實(shí)時(shí)監測延時(shí)誤差，為系統校準提供數據支撐。

圖3 光纖延時(shí)線(xiàn)測試系統框圖

2.光機電一體化結構設計

采用分層疊放設計，驅動(dòng)板、光開(kāi)關(guān)陣列及光纖托架分三層布局，借助Pro/Engineer三維建模軟件完成整體模裝。模塊尺寸僅110mm×70mm×32mm，兼顧緊湊性與可維護性，便于多通道擴展與后續升級。

圖4  5bit磁光開(kāi)關(guān)光纖延遲線(xiàn)實(shí)物圖

3.光纖高精度連接工藝

延時(shí)精度誤差主要源于光纖連接精度，我們通過(guò)多臺光纖調整機構配合實(shí)時(shí)測試，實(shí)現光纖的高精度對準，大幅降低連接誤差對延時(shí)性能的影響。

五、系統測試結果與性能優(yōu)勢

我們研發(fā)的5bit/32態(tài)光實(shí)時(shí)延時(shí)系統，經(jīng)實(shí)測取得優(yōu)異性能表現，完全滿(mǎn)足工程應用要求：

圖5  5bit光纖延時(shí)線(xiàn)32態(tài)延時(shí)精度測試圖

1.核心性能指標

6.      延時(shí)精度：最大延時(shí)誤差僅2.94ps，平均誤差0.85ps，延時(shí)步長(cháng)30ps。

7.      插入損耗：0-40℃工作溫度范圍內，32種延時(shí)狀態(tài)的插損為0.12-0.88dB，各態(tài)一致性?xún)?yōu)于1dB。

8.      環(huán)境適應性：在寬溫度范圍內保持穩定性能，多單元批量生產(chǎn)時(shí)性能指標一致性良好。

圖6 32態(tài)光纖延時(shí)單元插入損耗隨溫度變化圖

2.5bit延時(shí)線(xiàn)結構設計

系統由6只磁光開(kāi)關(guān)組成，首尾為1×2高速磁光開(kāi)關(guān)，中間4只為2×2高速磁光開(kāi)關(guān)，通過(guò)精準配置可實(shí)現32種不同延時(shí)狀態(tài)，靈活適配不同應用場(chǎng)景的延時(shí)需求。

圖7 5bit基于磁光開(kāi)關(guān)的光纖延遲線(xiàn)結構-廣西科毅光通信

六、工程應用前景與技術(shù)拓展

基于磁光開(kāi)關(guān)的高精度光實(shí)時(shí)延時(shí)線(xiàn)，目前已在光控相控陣雷達、寬帶無(wú)線(xiàn)通信等領(lǐng)域展現出顯著(zhù)應用優(yōu)勢。未來(lái)我們將重點(diǎn)提升產(chǎn)品環(huán)境適應性，優(yōu)化光纖抗輻照性能，降低外界磁場(chǎng)對延時(shí)精度的影響，進(jìn)一步拓展應用場(chǎng)景。

廣西科毅光通信始終專(zhuān)注于光開(kāi)關(guān)核心技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)品創(chuàng )新，除磁光開(kāi)關(guān)外，還提供機械光開(kāi)關(guān)、MEMS光開(kāi)關(guān)等全系列產(chǎn)品及定制化光延時(shí)解決方案。

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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