隨著(zhù)5G、數據中心、光纖到戶(hù)（FTTH）等業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，光通信網(wǎng)絡(luò )對傳輸容量、部署效率和成本控制的要求持續提升。傳統光網(wǎng)絡(luò )中，分立的波分復用器（WDM）和光開(kāi)關(guān)器件存在數量多、空間占用大、光路布局復雜等問(wèn)題，嚴重制約了網(wǎng)絡(luò )建設的靈活性與經(jīng)濟性。廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.hellosk.com）深耕光通信器件研發(fā)生產(chǎn)多年，基于行業(yè)痛點(diǎn)推出集成化陣列式WDM與高性能光開(kāi)關(guān)解決方案，通過(guò)核心技術(shù)突破，為光網(wǎng)絡(luò )建設提供更高效、可靠的器件支持。

一、傳統WDM與光開(kāi)關(guān)技術(shù)瓶頸

在光通信網(wǎng)絡(luò )中，WDM（波分復用器）和光開(kāi)關(guān)是實(shí)現光波分復用、光路靈活切換的核心器件。但傳統分立器件的設計與應用，逐漸難以滿(mǎn)足現代光網(wǎng)絡(luò )的高密度部署需求。

1.傳統三端口WDM的結構與局限

傳統WDM多為三端口分立器件，其典型結構如圖1所示。

圖1 現有技術(shù)中三端口WDM的結構示意圖

該結構主要由雙芯插針（含公共端和反射端兩個(gè)光端口）、自聚焦透鏡、介質(zhì)膜濾波片和單芯準直器（透射端）組成。工作原理為：含多個(gè)波長(cháng)的光波從公共端輸入，經(jīng)介質(zhì)膜濾波片篩選后，特定波長(cháng)的光反射至反射端輸出，其余波長(cháng)的光透射至透射端輸出。

這種分立WDM存在明顯局限：?jiǎn)蝹€(gè)器件僅能實(shí)現一組光波的分波/合波，當光網(wǎng)絡(luò )需要大量分波/合波鏈路時(shí)，需部署海量分立WDM器件，導致網(wǎng)絡(luò )建設成本高、機房空間占用大，且后續維護難度增加。

2.傳統光開(kāi)關(guān)的類(lèi)型與不足

傳統光開(kāi)關(guān)主要分為機械式光開(kāi)關(guān)和MEMS光開(kāi)關(guān)兩類(lèi)。

機械式光開(kāi)關(guān)的結構如圖2所示，通過(guò)控制部件驅動(dòng)輸出光纖切換，實(shí)現光路選擇。但其存在切換速度慢、體積大、可靠性差等問(wèn)題，難以適應高速光網(wǎng)絡(luò )的動(dòng)態(tài)調整需求。

圖2 現有技術(shù)中機械式光開(kāi)關(guān)的結構示意圖

MEMS式光開(kāi)關(guān)的結構如圖3所示，利用微機電系統（MEMS）反射鏡的偏轉實(shí)現光路切換，雖在切換速度和體積上有一定提升，但傳統MEMS光開(kāi)關(guān)的輸出光纖多為獨立排布，與其他器件對接時(shí)需額外部署大量連接光纖，導致光路管理復雜，且易出現信號損耗問(wèn)題。

圖3 現有技術(shù)中MEMS式光開(kāi)關(guān)的結構示意圖

二、陣列式WDM的技術(shù)突破與結構解析

為解決傳統分立WDM的局限，廣西科毅光通信基于陣列化設計理念，研發(fā)出集成化陣列式WDM器件，通過(guò)核心結構優(yōu)化，實(shí)現多組WDM功能的一體化集成。

圖4 本發(fā)明實(shí)施例提供的WDM的結構示意圖

1.陣列式WDM的核心組成

陣列式WDM的結構如圖4所示。其核心由三個(gè)端口組成，分別為公共端10、透射端11和反射端12，三個(gè)端口均集成了光纖陣列與匹配的微透鏡陣列：

1.      公共端由第一光纖陣列101和第一微透鏡陣列102組成；

2.      透射端由第二光纖陣列111和第二微透鏡陣列112組成；

3.      反射端由第三光纖陣列121和第三微透鏡陣列122組成；

4.      核心濾波部件為濾波片13，用于實(shí)現不同波長(cháng)光波的透射與反射選擇。

這種陣列化設計的核心創(chuàng )新在于，用光纖陣列替代傳統分立WDM的單根光纖，用匹配的微透鏡陣列實(shí)現光波的高效耦合傳輸，從而將多個(gè)分立WDM的功能集成于一個(gè)器件中。

2.陣列式WDM的工作原理

陣列式WDM的工作流程可分為三個(gè)關(guān)鍵步驟：

1.      光信號輸入耦合：公共端第一光纖陣列101中任意一根光纖輸出的光信號，經(jīng)第一微透鏡陣列102中對應的微透鏡準直后，精準傳輸至濾波片13表面；

2.      波長(cháng)篩選分離：光信號到達濾波片13后，根據波長(cháng)特性實(shí)現分離——特定波長(cháng)的光信號發(fā)生透射，其余波長(cháng)的光信號發(fā)生反射；

3.      光信號輸出耦合：透射光進(jìn)入透射端第二微透鏡陣列112的對應微透鏡，經(jīng)聚焦后通過(guò)第二光纖陣列111的相應光纖輸出；反射光進(jìn)入反射端第三微透鏡陣列122的對應微透鏡，聚焦后通過(guò)第三光纖陣列121的相應光纖輸出。

整個(gè)過(guò)程中，微透鏡陣列與光纖陣列呈一一對應的空間位置關(guān)系，確保光信號在傳輸過(guò)程中的低損耗耦合，提升傳輸效率。

3.陣列式WDM的關(guān)鍵技術(shù)參數

（1）光纖陣列與微透鏡陣列形式

陣列式WDM的光纖陣列和微透鏡陣列可采用一維或二維形式，具體根據應用場(chǎng)景選擇：

4.      一維形式適用于光路數量較少的場(chǎng)景，結構簡(jiǎn)單、成本較低；

5.      二維形式適用于高密度部署需求，例如3×6的二維光纖陣列式WDM，可同時(shí)實(shí)現18個(gè)分立WDM的功能，大幅提升器件集成度。

（2）濾波片選擇與設計

濾波片采用大面積設計，確保光纖陣列輸出的多束光信號均可覆蓋其有效區域，實(shí)現對所有端口光波的同時(shí)篩選。濾波片的波長(cháng)選擇特性可根據實(shí)際應用需求定制，滿(mǎn)足不同光網(wǎng)絡(luò )的波分復用要求。

（3）耦合效率優(yōu)化

通過(guò)精準控制光纖陣列與微透鏡陣列的空間位置精度，確保每根光纖與對應微透鏡的完美匹配，減少光信號在耦合過(guò)程中的損耗，使陣列式WDM的整體耦合效率達到傳統分立WDM的同等水平甚至更優(yōu)。

三、高性能光開(kāi)關(guān)裝置的研發(fā)與應用

廣西科毅光通信在陣列式WDM技術(shù)基礎上，同步研發(fā)了高性能光開(kāi)關(guān)裝置，采用陣列化輸出設計，與陣列式WDM形成完美適配，進(jìn)一步提升光網(wǎng)絡(luò )的集成化水平。

圖5 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光開(kāi)關(guān)裝置結構示意圖

1.光開(kāi)關(guān)裝置的核心架構

光開(kāi)關(guān)裝置的結構如圖5所示。其核心組成包括光纖陣列20、微透鏡陣列21、透鏡22和MEMS反射鏡23，各部件的功能與協(xié)作關(guān)系如下：

6.      光纖陣列20：采用一維或二維陣列式排布，替代傳統獨立光纖，實(shí)現多光路的集中傳輸；

7.      微透鏡陣列21：與光纖陣列20呈一一對應的空間位置關(guān)系，用于光信號的準直與聚焦；

8.      透鏡22：可采用單個(gè)透鏡、透鏡組、球面鏡或非球面鏡，實(shí)現光信號的方向調整與平行光轉換；

9.      MEMS反射鏡23：芯片式反射鏡，通過(guò)電壓或電流控制實(shí)現微小偏轉，精準控制光信號的反射方向。

2.光開(kāi)關(guān)裝置的工作流程

光開(kāi)關(guān)裝置的工作過(guò)程分為四個(gè)關(guān)鍵階段：

1.      光信號輸入：輸入光信號通過(guò)光纖陣列20中間位置的特定光纖傳輸（該光纖對應透鏡22的光心位置），確保光信號精準入射至微透鏡陣列21的對應微透鏡；

2.      光信號準直與投射：微透鏡陣列21將輸入光信號準直后，從透鏡22的中心位置射出，傳輸至MEMS反射鏡23；

3.      光信號偏轉控制：通過(guò)控制信號驅動(dòng)MEMS反射鏡23偏轉，使光信號以特定角度反射回透鏡22；

4.      光信號輸出耦合：透鏡22將反射光信號轉換為與光軸平行的平行光，傳輸至微透鏡陣列21的對應微透鏡，經(jīng)聚焦后通過(guò)光纖陣列20的目標光纖輸出，實(shí)現1×N的光路選擇功能。

3.光開(kāi)關(guān)裝置的技術(shù)優(yōu)勢

（1）陣列化排布，適配集成需求

輸出光纖采用陣列式設計，可與陣列式WDM的光纖陣列直接匹配對接，無(wú)需額外的過(guò)渡連接器件，簡(jiǎn)化光路布局。

（2）MEMS反射鏡控制，切換精準高效

MEMS反射鏡的偏轉角度可精準調控，實(shí)現N條光路的快速切換，切換速度快、穩定性高，滿(mǎn)足光網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)調整的需求。

（3）多光路集成，降低系統復雜度

單個(gè)光開(kāi)關(guān)裝置可實(shí)現多條光路的選擇與傳輸，替代多個(gè)傳統分立光開(kāi)關(guān)，減少器件數量，降低光網(wǎng)絡(luò )的建設成本與維護難度。

四、集成化技術(shù)的核心優(yōu)勢與行業(yè)價(jià)值

陣列式WDM與高性能光開(kāi)關(guān)的集成化技術(shù)，從根本上解決了傳統光通信器件的諸多痛點(diǎn)，為光網(wǎng)絡(luò )建設帶來(lái)多方面的行業(yè)價(jià)值。

1.減少器件數量，降低空間占用

通過(guò)陣列化集成設計，N個(gè)分立WDM器件可集成于一個(gè)陣列式WDM中，配合陣列式光開(kāi)關(guān)，大幅減少光網(wǎng)絡(luò )中核心器件的總數量。以某PON網(wǎng)絡(luò )為例，傳統方案需部署數十個(gè)分立WDM和光開(kāi)關(guān)，而采用集成化方案后，僅需少數幾個(gè)陣列式器件即可滿(mǎn)足需求，器件占用空間減少80%以上，有效節約機房資源。

2.簡(jiǎn)化光路布局，提升傳輸效率

陣列式器件的光纖陣列直接對接，消除了傳統分立器件間大量的獨立光纖連接，減少了光信號在傳輸過(guò)程中的插損和反射損耗，提升了整個(gè)光網(wǎng)絡(luò )的傳輸效率。同時(shí)，簡(jiǎn)化的光路布局也降低了施工難度和后期故障排查的復雜度。

3.降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )建設

器件數量的減少直接降低了光網(wǎng)絡(luò )的硬件采購成本，而簡(jiǎn)化的光路布局和施工流程則降低了工程建設成本。此外，集成化器件的可靠性更高，故障率更低，可減少后期維護的人力和物力投入，全面優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò )的建設與運營(yíng)成本。

五、廣西科毅光通信產(chǎn)品優(yōu)勢與技術(shù)保障

廣西科毅光通信作為專(zhuān)業(yè)的光開(kāi)關(guān)、波分復用器生產(chǎn)銷(xiāo)售商，始終以技術(shù)創(chuàng )新為核心競爭力，陣列式WDM與高性能光開(kāi)關(guān)系列產(chǎn)品具備以下核心優(yōu)勢：

1.      技術(shù)研發(fā)實(shí)力：擁有專(zhuān)業(yè)的研發(fā)團隊，深耕光通信器件領(lǐng)域多年，可根據客戶(hù)需求定制光纖陣列形式、波長(cháng)范圍、光路數量等關(guān)鍵參數，提供個(gè)性化解決方案；

2.      產(chǎn)品品質(zhì)可靠：嚴格遵循行業(yè)標準進(jìn)行生產(chǎn)制造，從原材料采購到成品檢測，每個(gè)環(huán)節均經(jīng)過(guò)嚴格把控，確保產(chǎn)品的穩定性與可靠性；

3.      完善的服務(wù)體系：提供從產(chǎn)品咨詢(xún)、方案設計、安裝調試到后期維護的全流程服務(wù)，及時(shí)響應客戶(hù)需求，為客戶(hù)提供高效、專(zhuān)業(yè)的技術(shù)支持。

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