在數字經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò )帶寬需求呈爆炸式增長(cháng)，光通信技術(shù)作為信息傳輸的核心支撐，正迎來(lái)新一輪技術(shù)革新。全光交換作為提升網(wǎng)絡(luò )傳輸速率、拓展帶寬容量的關(guān)鍵技術(shù)，其核心器件——光開(kāi)關(guān)的性能直接決定了全光網(wǎng)絡(luò )的運行效率。廣西科毅光通信科技有限公司深耕光通信領(lǐng)域多年，基于自主研發(fā)的專(zhuān)利技術(shù)，成功推出一款兼具高速響應與低能耗優(yōu)勢的全光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，為全光網(wǎng)絡(luò )建設提供了高性能解決方案。

一、光通信行業(yè)痛點(diǎn)：傳統光開(kāi)關(guān)難以兼顧速率與能耗

過(guò)去數十年，波分復用、數字信號處理和光纖放大技術(shù)的應用推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò )帶寬的跨越式發(fā)展，但隨著(zhù)5G、云計算、大數據等新興技術(shù)的普及，市場(chǎng)對網(wǎng)絡(luò )傳輸速率和帶寬容量的需求持續攀升。全光交換技術(shù)憑借其無(wú)需光電轉換、傳輸延遲低的優(yōu)勢，成為解決這一需求的核心方向，而全光開(kāi)關(guān)作為全光交換的核心器件，其性能瓶頸直接制約了全光網(wǎng)絡(luò )的升級步伐。

傳統全光開(kāi)關(guān)主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)是在聚合物薄膜上制備二維光子晶體結構，利用聚合物的非線(xiàn)性實(shí)現光開(kāi)關(guān)功能；另一類(lèi)是直接在半導體薄膜上制備二維光子晶體，通過(guò)半導體非線(xiàn)性實(shí)現缺陷態(tài)移動(dòng)來(lái)完成開(kāi)關(guān)操作。這兩類(lèi)產(chǎn)品存在一個(gè)共同的短板——無(wú)法同時(shí)降低開(kāi)關(guān)能量和減小開(kāi)關(guān)時(shí)間，要么能耗過(guò)高，要么響應速度不足，難以滿(mǎn)足現代全光網(wǎng)絡(luò )對高速、低耗的雙重需求。

此外，部分研究嘗試將聚合物與半導體二維光子晶體結合，構建復合材料光子晶體結構的全光開(kāi)關(guān)，但這類(lèi)產(chǎn)品往往尺寸偏大，無(wú)法實(shí)現亞波長(cháng)尺寸下的超快速、低能耗運行，限制了其在小型化、高密度光通信設備中的應用。在這樣的行業(yè)背景下，廣西科毅光通信研發(fā)的新型全光開(kāi)關(guān)，通過(guò)結構創(chuàng )新和材料優(yōu)化，成功突破了傳統技術(shù)的局限。

二、核心技術(shù)創(chuàng )新：全光開(kāi)關(guān)的結構設計與材料選擇

廣西科毅光通信的全光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，基于專(zhuān)利技術(shù)打造，采用獨特的復合材料超構表面設計，核心結構由SOI基底、硅雙棒陣列和設定折射率聚合物三部分組成，實(shí)現了性能的全面升級。

（一）SOI三明治基底：穩定可靠的結構基礎

產(chǎn)品采用呈三明治結構的SOI基底（絕緣襯底上的硅），在頂層硅和底層硅之間引入一層二氧化硅作為埋氧化層。這種結構不僅具備良好的機械穩定性和光學(xué)性能，還能為后續硅雙棒陣列的刻蝕提供優(yōu)質(zhì)載體，確保器件在復雜工作環(huán)境下的穩定運行。

（二）周期排列硅雙棒：實(shí)現陡峭反射光譜的核心

在SOI基底的一側表面，通過(guò)精密刻蝕工藝形成多組呈周期排列的硅雙棒結構。每組硅雙棒由兩個(gè)相對間隔設置的硅棒構成，硅棒采用矩形結構設計，且每個(gè)硅棒的中部均斷開(kāi)，斷開(kāi)間隔控制在140-170nm（優(yōu)選150nm），兩個(gè)硅棒之間的間隔同樣設定為150nm。

多組硅雙棒在橫向和縱向的周期參數均不小于900nm，這樣的設計既保證了足夠的硅雙棒數量以?xún)?yōu)化光學(xué)性能，又避免了因間隔過(guò)小導致的聚合物填充困難問(wèn)題。通過(guò)FDTD（時(shí)域有限差分法）仿真驗證，當硅棒間隔為150nm時(shí)，反射光譜的非對稱(chēng)特性最為顯著(zhù)，為開(kāi)關(guān)性能提升奠定了基礎。

多組呈周期排列的硅雙棒結構示意圖

單組硅雙棒的結構參數示意圖

（三）設定折射率聚合物：優(yōu)化非線(xiàn)性響應的關(guān)鍵

在多組硅雙棒之間，以及每組硅雙棒的兩個(gè)硅棒之間，均填充有設定折射率的聚合物，并完全覆蓋硅雙棒表面，形成硅-聚合物復合材料超構表面。產(chǎn)品選用折射率為1.59的聚苯乙烯作為核心聚合物材料，通過(guò)旋轉涂覆工藝在硅雙棒結構超構表面形成薄膜，經(jīng)烘干溶劑后，聚合物超出硅雙棒的部分高度不低于硅雙棒高度的二分之一。

聚苯乙烯具備優(yōu)良的光學(xué)非線(xiàn)性，不僅三階非線(xiàn)性系數大，響應時(shí)間快，還能在強光照射下快速改變折射率，配合硅雙棒的結構特性，實(shí)現了開(kāi)關(guān)性能的雙重優(yōu)化。

三、產(chǎn)品核心優(yōu)勢：高速響應與低能耗的雙重突破

相較于傳統全光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，廣西科毅光通信的全光開(kāi)關(guān)憑借獨特的結構設計和材料組合，實(shí)現了三大核心優(yōu)勢，完美解決了行業(yè)痛點(diǎn)。

（一）超快速開(kāi)關(guān)響應：滿(mǎn)足高速傳輸需求

復合材料超構表面的反射光譜具有非對稱(chēng)的Fano線(xiàn)型特征，這種線(xiàn)型由連續態(tài)和離散態(tài)之間的干涉形成，在極大值點(diǎn)和極小值點(diǎn)之間存在一條陡峭變化的非對稱(chēng)譜線(xiàn)（對應高品質(zhì)因數）。這一特性使得器件的非線(xiàn)性響應時(shí)間大幅縮短，開(kāi)關(guān)速度相較于傳統產(chǎn)品顯著(zhù)提升，能夠完美適配全光網(wǎng)絡(luò )對超高速信號交換的需求，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò )傳輸速率。

（二）超低開(kāi)關(guān)能量：降低運行成本

Fano共振波長(cháng)處具有增強電場(chǎng)強度的作用，再加上聚苯乙烯對折射率變化的高敏感性——即使聚合物折射率僅改變0.001，波長(cháng)為1.478μm的非對稱(chēng)反射峰的反射率對比度也能達到約16dB。這種特性使得器件在強光照射下，僅需較低的泵浦光強度就能引起反射光譜的明顯變化，從而有效降低了全光開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)能量，減少了設備運行過(guò)程中的能耗成本。

改變聚合物折射率后的反射光譜圖

（三）小型化結構：適配多場(chǎng)景應用

產(chǎn)品通過(guò)微納加工工藝實(shí)現亞波長(cháng)尺寸設計，相較于傳統復合材料光子晶體光開(kāi)關(guān)，尺寸更小、重量更輕，不僅便于集成到小型化光通信設備中，還能適應高密度部署需求，廣泛應用于不同場(chǎng)景的全光網(wǎng)絡(luò )建設。

此外，產(chǎn)品的制備流程相對簡(jiǎn)便，無(wú)需復雜的工藝步驟，既降低了生產(chǎn)成本，又能保證批量生產(chǎn)的穩定性，為大規模應用提供了保障。

四、制備流程解析：精密工藝保障產(chǎn)品性能

廣西科毅光通信的全光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，通過(guò)標準化的精密制造流程，確保每一個(gè)器件都能達到設計性能指標，具體制備步驟如下：

1.      基材準備：選擇表面光滑平整的硅片/二氧化硅片，經(jīng)過(guò)嚴格清洗并吹干后，在表面旋涂電子束感光膠；

2.      圖形形成：通過(guò)電子束曝光技術(shù)，在電子束感光膠上形成預設的硅雙棒陣列圖形；

3.      金屬抗蝕層沉積：在帶有圖形的電子束感光膠上沉積金屬抗蝕層；

4.      圖形轉移：去除電子束感光膠，在金屬抗蝕層上獲得呈周期排列的硅雙棒結構；

5.      等離子刻蝕：通過(guò)等離子刻蝕工藝，將金屬抗蝕層上的硅雙棒圖形轉移到硅材料上；

6.      抗蝕層去除：去除殘留的金屬抗蝕層，得到純凈的硅雙棒結構超構表面；

7.      聚合物涂覆：在硅雙棒結構超構表面旋轉涂覆聚苯乙烯薄膜，控制溶液濃度、旋轉轉速和時(shí)間，確保聚合物充分填充硅雙棒間隙；

8.      烘干成型：烘干溶劑后，形成硅-聚合物復合材料超構表面，即完成全光開(kāi)關(guān)的核心結構制備。

復合材料超構表面的制備流程示意圖

整個(gè)制備過(guò)程嚴格控制每一個(gè)環(huán)節的工藝參數，通過(guò)精密設備保障結構尺寸的準確性和材料結合的穩定性，最終實(shí)現產(chǎn)品性能的一致性。

五、工作原理：Fano共振效應驅動(dòng)的全光切換

廣西科毅光通信的全光開(kāi)關(guān)基于Fano共振效應實(shí)現全光切換，工作過(guò)程簡(jiǎn)單高效，無(wú)需復雜的輔助設備，具體原理如下：

器件的反射光譜波長(cháng)范圍集中在1.4至1.6微米，入射光源采用線(xiàn)偏振的平面波，可垂直入射也可傾斜入射。當沒(méi)有強光（泵浦光）照射時(shí)，探測光的反射率保持穩定狀態(tài)；當泵浦光照射到復合材料超構表面時(shí)，聚苯乙烯的折射率會(huì )因強光作用快速變化，導致反射光譜發(fā)生偏移。

這種光譜變化直接改變了探測光的反射率狀態(tài)，通過(guò)“有泵浦光”和“無(wú)泵浦光”兩種情況下探測光反射率的差異，實(shí)現了光信號的快速切換，完成全光開(kāi)關(guān)的核心功能。整個(gè)過(guò)程無(wú)需光電轉換，響應速度快、傳輸延遲低，完美契合全光交換的技術(shù)需求。

全光開(kāi)關(guān)工作示意圖

硅棒不同間隔下的反射光譜圖

六、廣泛應用場(chǎng)景：賦能全光網(wǎng)絡(luò )建設

憑借高速響應、低能耗、小型化的核心優(yōu)勢，廣西科毅光通信的全光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品可廣泛應用于多個(gè)光通信場(chǎng)景，為不同領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò )建設提供核心支撐：

（一）數據中心

數據中心作為數字信息存儲和處理的核心樞紐，對數據傳輸速率和能耗控制要求極高。該產(chǎn)品可用于數據中心的光交換矩陣，實(shí)現服務(wù)器之間的高速光信號交換，提升數據處理效率，同時(shí)降低機房能耗，助力綠色數據中心建設。

（二）5G基站

5G網(wǎng)絡(luò )具有高帶寬、低延遲的特性，對基站之間的信號傳輸提出了更高要求。全光開(kāi)關(guān)可集成到5G基站的光通信模塊中，實(shí)現基站間的快速信號切換，保障5G網(wǎng)絡(luò )的穩定運行，支持高清視頻、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興應用的普及。

（三）長(cháng)途光纖傳輸

在長(cháng)途光纖傳輸網(wǎng)絡(luò )中，全光開(kāi)關(guān)可用于光交叉連接設備（OXC），實(shí)現不同光纖鏈路之間的靈活切換，提升網(wǎng)絡(luò )的可靠性和擴展性。其低能耗特性還能降低長(cháng)途傳輸網(wǎng)絡(luò )的運行成本，減少能源消耗。

（四）光通信設備制造

該產(chǎn)品可供應給光通信設備制造商，集成到全光交換機、光路由器等終端設備中，提升設備的核心性能，助力下游企業(yè)打造更具競爭力的產(chǎn)品。

七、廣西科毅光通信：技術(shù)驅動(dòng)的光通信解決方案提供商

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，擁有一支由資深工程師和技術(shù)專(zhuān)家組成的研發(fā)團隊，始終致力于技術(shù)創(chuàng )新和產(chǎn)品升級。公司依托自主研發(fā)的專(zhuān)利技術(shù)，打造了全光開(kāi)關(guān)、光模塊等一系列高性能產(chǎn)品，憑借穩定的品質(zhì)和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，贏(yíng)得了行業(yè)客戶(hù)的廣泛認可。

在全光網(wǎng)絡(luò )建設加速推進(jìn)的背景下，光開(kāi)關(guān)作為核心器件，其性能升級直接推動(dòng)著(zhù)光通信行業(yè)的發(fā)展。廣西科毅光通信的全光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，通過(guò)結構創(chuàng )新和材料優(yōu)化，成功實(shí)現了高速響應與低能耗的雙重突破，解決了傳統產(chǎn)品的行業(yè)痛點(diǎn)，為全光網(wǎng)絡(luò )建設提供了高性能、高可靠性的核心支撐。

未來(lái)，廣西科毅光通信將繼續深耕光通信領(lǐng)域，持續加大研發(fā)投入，推動(dòng)更多核心技術(shù)的突破與轉化，為全球客戶(hù)提供更優(yōu)質(zhì)的光通信產(chǎn)品和解決方案，助力數字經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。

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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