在5G通信、數據中心、光纖傳感等領(lǐng)域高速發(fā)展的今天，光開(kāi)關(guān)作為光通信系統中實(shí)現光路切換的核心器件，其保偏性能、通道密度與穩定性直接影響整個(gè)系統的傳輸效率。廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.hellosk.com）深耕光通信領(lǐng)域多年，依托自主研發(fā)實(shí)力推出的多通道保偏光開(kāi)關(guān)結構，基于光波導陣列的創(chuàng )新設計，徹底解決了傳統產(chǎn)品的技術(shù)痛點(diǎn)，為行業(yè)提供了高性能、高可靠性的光開(kāi)關(guān)解決方案。

本次我們詳細解析該多通道保偏光開(kāi)關(guān)的結構設計、工作原理、核心優(yōu)勢及應用場(chǎng)景，帶您深入了解光通信核心器件的技術(shù)突破。

一、傳統多通道保偏光開(kāi)關(guān)的技術(shù)瓶頸與行業(yè)痛點(diǎn)

在光通信系統中，多通道保偏光開(kāi)關(guān)需要實(shí)現多光路的快速切換，同時(shí)保持偏振態(tài)的穩定性，這對器件結構設計提出了嚴苛要求。傳統多通道保偏光開(kāi)關(guān)采用“多芯pigtail”結構設計，即多根保偏光纖共同穿入一個(gè)套管，通過(guò)膠水固定形成整體，配合準直透鏡與轉鏡實(shí)現光路切換（如圖1所示）。

圖1

注：圖1，展示傳統多通道保偏光開(kāi)關(guān)的“多芯pigtail”結構組成，包含多根保偏光纖、套管、透鏡、轉鏡四大核心部件。

傳統結構為了在有限的轉鏡轉動(dòng)范圍內實(shí)現更多通道切換，通常會(huì )通過(guò)縮小套管內徑來(lái)降低光纖間距。

但這種設計存在三大核心痛點(diǎn)：

1.      套管內徑縮小易導致光纖扭曲，而光纖扭曲會(huì )嚴重破壞器件的保偏性能，導致偏振消光比下降，影響信號傳輸質(zhì)量；

2.      通道數較多時(shí)，傳統方案需對光纖進(jìn)行腐蝕處理以減小外徑，腐蝕后的光纖機械強度大幅降低，不僅容易折斷，還會(huì )受膠水固化應力影響，進(jìn)一步惡化保偏效果；

3.      狹小套管內的多根光纖相互擠壓，無(wú)法精確調節每根光纖的快慢軸角度，難以實(shí)現所有保偏光纖快慢軸角度的高度一致，最終影響器件的整體性能穩定性。

這些技術(shù)瓶頸限制了傳統多通道保偏光開(kāi)關(guān)在高密度、高可靠性場(chǎng)景中的應用，也促使行業(yè)亟需一種創(chuàng )新結構設計來(lái)突破現有局限。

二、廣西科毅多通道保偏光開(kāi)關(guān)的創(chuàng )新結構設計

針對傳統產(chǎn)品的技術(shù)痛點(diǎn)，廣西科毅光通信聯(lián)合研發(fā)團隊經(jīng)過(guò)長(cháng)期技術(shù)攻關(guān)，推出了以“保偏光纖陣列+光波導陣列+透鏡+轉鏡”為核心的多通道保偏光開(kāi)關(guān)結構（如圖2所示）。該結構通過(guò)光波導陣列的巧妙引入，在不犧牲保偏性能的前提下，實(shí)現了通道密度與穩定性的雙重提升，成為行業(yè)技術(shù)升級的重要方向。

圖2

注：圖2，展示廣西科毅多通道保偏光開(kāi)關(guān)的核心結構，依次包含保偏光纖陣列、光波導陣列、透鏡、轉鏡四大組件，體現了“光纖-波導-準直-反射”的光路設計邏輯。

（一）核心結構組成

該多通道保偏光開(kāi)關(guān)的結構由四大核心部件協(xié)同構成，各組件的設計與選型均圍繞“保偏性能”與“切換效率”兩大核心目標：

1.      保偏光纖陣列：作為光信號的輸入與輸出端口，陣列中一根保偏光纖為入射光纖，其余為出射光纖，可根據實(shí)際需求設計通道數量。光纖陣列的通光端面經(jīng)過(guò)精密拋光與鍍膜處理，有效減少光信號的端面反射，提升透射效率，避免因端面面型不佳導致的出光效率損耗。

2.      光波導陣列：核心創(chuàng )新組件，由直波導與彎曲波導構成，可采用硅基光波導、玻璃基光波導、二氧化硅基光波導或聚合物光波導等多種材質(zhì)。其關(guān)鍵設計在于“非對稱(chēng)間距布局”——靠近保偏光纖陣列一側的波導間距與光纖間距完全匹配，確保光信號低損耗耦合；遠離光纖陣列一側的波導間距小于光纖間距，實(shí)現光路間距的高效壓縮。這種設計既避免了光纖直接擠壓扭曲的問(wèn)題，又能通過(guò)光波導的高一致性保持偏振態(tài)穩定。

3.      準直透鏡：選用Grin透鏡、球面透鏡或非球面透鏡，核心作用是將光波導陣列出射的光信號轉化為準直光，為后續轉鏡的反射切換提供穩定的光路基礎。透鏡的選型經(jīng)過(guò)光學(xué)仿真優(yōu)化，確保準直效果的同時(shí)，降低插入損耗。

4.      可轉動(dòng)轉鏡：采用馬達驅動(dòng)或微機電系統（MEMS）驅動(dòng)方式，通過(guò)精確調節反射鏡角度，實(shí)現入射光信號向目標出射通道的切換。轉鏡的轉動(dòng)精度經(jīng)過(guò)校準，可滿(mǎn)足多通道快速切換的需求，且結構穩定性強，適用于長(cháng)期連續工作場(chǎng)景。

（二）結構設計的核心創(chuàng )新點(diǎn)

與傳統結構相比，廣西科毅多通道保偏光開(kāi)關(guān)的結構設計具備三大核心創(chuàng )新：

1.      用光波導陣列替代傳統套管固定方式，通過(guò)波導的精準布局實(shí)現光路壓縮，徹底解決了光纖扭曲、擠壓導致的保偏性能下降問(wèn)題；

2.      光波導陣列的多根波導一致性?xún)?yōu)異，能完美保持保偏光纖的偏振態(tài)，實(shí)現“光路壓縮”與“偏振穩定”的雙重目標；

3.      保偏光纖陣列與光波導陣列的端面處理工藝（拋光+鍍膜），進(jìn)一步提升了光信號的傳輸效率，降低了器件的插入損耗，綜合性能更優(yōu)。

三、多通道保偏光開(kāi)關(guān)的核心組件與技術(shù)參數

（一）核心組件的技術(shù)特性

1. 保偏光纖陣列

①光纖類(lèi)型：高消光比保偏光纖，支持單模/多模定制；

②光纖間距：標準間距與光波導陣列輸入端精準匹配，可根據需求定制；

③端面處理：精密拋光（面型精度≤0.1μm）+增透膜鍍膜（透射率≥99.5%）；

④機械性能：光纖陣列整體封裝，抗彎曲、抗振動(dòng)能力強，避免單根光纖易折斷的問(wèn)題。

2. 光波導陣列

①材質(zhì)選擇：硅基光波導（耐高溫、穩定性強）、玻璃基光波導（低損耗、成本適中）等多種選項；

②波導結構：直波導段保證光信號低損耗傳輸，彎曲波導段實(shí)現間距壓縮，彎曲半徑經(jīng)過(guò)優(yōu)化以減少傳輸損耗；

③偏振保持能力：波導雙折射設計，偏振消光比≥25dB，確保光信號偏振態(tài)穩定傳輸。

3.準直透鏡

①透鏡類(lèi)型：Grin透鏡（體積小、集成度高）、非球面透鏡（準直精度高）；

②光學(xué)參數：數值孔徑（NA）與光波導輸出端匹配，準直光斑直徑均勻，發(fā)散角≤0.5mrad；

③封裝方式：與光波導陣列同軸對齊封裝，確保光路同軸度。

4. 轉鏡組件

①驅動(dòng)方式：MEMS驅動(dòng)（響應速度快，切換時(shí)間≤1ms）、馬達驅動(dòng)（扭矩大，適用于多通道重載場(chǎng)景）；

② 轉動(dòng)范圍：±10°，可覆蓋多通道切換需求；

③反射率：鏡面鍍高反膜，反射率≥99.8%，減少光信號損耗。

（二）關(guān)鍵性能參數

四、多通道保偏光開(kāi)關(guān)的工作原理解析

廣西科毅研發(fā)的多通道保偏光開(kāi)關(guān)通過(guò)“光纖輸入-波導傳輸-透鏡準直-轉鏡反射-光纖輸出”的閉環(huán)光路，實(shí)現光信號的精準切換，具體工作流程如下：

1.      光信號輸入：外部光信號通過(guò)保偏光纖陣列中的入射光纖進(jìn)入器件，入射光纖的快慢軸與光波導陣列的偏振方向精準對齊，確保光信號的偏振態(tài)初始穩定性；

2.      波導傳輸與間距壓縮：光信號從保偏光纖陣列輸出后，耦合至光波導陣列的輸入端（波導間距與光纖間距一致，耦合損耗低）。經(jīng)過(guò)直波導段傳輸后，通過(guò)彎曲波導段實(shí)現光路間距的壓縮，最終從光波導陣列輸出端以密集間距射出；

3.      準直處理：光波導陣列輸出的光信號進(jìn)入準直透鏡，透鏡將發(fā)散光轉化為平行準直光，避免光信號在傳輸過(guò)程中的擴散，為轉鏡反射提供穩定的光路；

4.      光路切換：轉鏡根據控制系統的指令，通過(guò)MEMS或馬達驅動(dòng)調節反射角度，將準直光反射至目標出射通道對應的光波導輸入端；

5.      光信號輸出：反射后的光信號經(jīng)光波導陣列反向傳輸（間距從密集恢復至與保偏光纖陣列匹配的間距），最終耦合至對應的出射光纖，完成整個(gè)光路切換過(guò)程。

整個(gè)工作過(guò)程中，光波導陣列的偏振保持能力確保光信號在傳輸與間距壓縮過(guò)程中偏振態(tài)不發(fā)生畸變，轉鏡的高精度轉動(dòng)實(shí)現光路的快速切換，兩者協(xié)同保障了器件的保偏性能與切換效率。

五、多通道保偏光開(kāi)關(guān)的核心優(yōu)勢與應用場(chǎng)景

（一）核心優(yōu)勢

1.      保偏性能更穩定：摒棄傳統套管結構，通過(guò)光波導陣列避免光纖扭曲、擠壓?jiǎn)?wèn)題，偏振消光比≥25dB，遠優(yōu)于傳統產(chǎn)品，適用于對偏振態(tài)敏感的高精度光通信系統；

2.      通道密度更高：光波導陣列的間距壓縮設計，在相同體積下可實(shí)現更多通道集成，支持4-16通道定制，滿(mǎn)足高密度光路切換需求；

3.      機械可靠性更強：保偏光纖無(wú)需腐蝕處理，機械強度高，配合整體封裝設計，抗振動(dòng)、抗沖擊能力優(yōu)異，避免傳統產(chǎn)品中腐蝕光纖易折斷的問(wèn)題；

4.      插入損耗更低：通過(guò)端面拋光鍍膜、光路同軸對齊等工藝優(yōu)化，插入損耗≤1.5dB，減少光信號傳輸損耗，提升系統傳輸效率；

5.      環(huán)境適應性更廣：寬溫工作范圍（-40℃~85℃），可適應工業(yè)控制、戶(hù)外通信等復雜環(huán)境，可靠性經(jīng)過(guò)嚴苛測試驗證。

（二）典型應用場(chǎng)景

1.      5G通信基站：用于基站光路切換與備份，實(shí)現多信號鏈路的快速切換，保障5G信號傳輸的穩定性；

2.      數據中心：滿(mǎn)足數據中心高密度光路調度需求，提升機房空間利用率與光路切換效率；

3.      光纖傳感系統：在油氣勘探、電力監測等傳感場(chǎng)景中，保持傳感光信號的偏振態(tài)穩定，提升傳感精度；

4.      航空航天通信：適應極端溫濕度環(huán)境，為航空航天設備提供高可靠的光路切換解決方案；

5.      量子通信：滿(mǎn)足量子信號傳輸對偏振態(tài)的高要求，為量子通信系統提供核心器件支持；

6.      測試測量?jì)x器：作為光通信測試設備的核心組件，實(shí)現多測試光路的快速切換，提升測試效率。

六、廣西科毅光通信的技術(shù)實(shí)力與產(chǎn)品保障

廣西科毅光通信科技有限公司專(zhuān)注于光通信核心器件的研發(fā)、生產(chǎn)與銷(xiāo)售，擁有一支由光學(xué)工程師、材料工程師組成的專(zhuān)業(yè)研發(fā)團隊，具備從結構設計、仿真驗證到樣品試制、批量生產(chǎn)的全流程能力。公司建立了標準化的生產(chǎn)車(chē)間與檢測實(shí)驗室，配備高精度光學(xué)檢測設備，確保每一款產(chǎn)品都符合技術(shù)規范。

擇合適的光開(kāi)關(guān)等光學(xué)器件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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