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柔性光開關的可彎曲半徑如何突破1mm限制

2025-10-15

技術突破點:①波導材料選用光敏聚酰亞胺(彎曲損耗<0.1dB@1mm半徑);②電極采用金納米線(拉伸率>10%);③封裝厚度<50μm。在智能繃帶應用中,實現(xiàn)對人體呼吸、脈搏的無創(chuàng)監(jiān)測,獲FDA Class II醫(yī)療器械認證。


本文系統(tǒng)闡述了廣西科毅光通信科技有限公司在柔性光開關領域的技術突破,通過記憶合金基底、蛇形波導結構原子層沉積封裝工藝的創(chuàng)新組合,將可彎曲半徑從行業(yè)平均5mm降至0.8mm,同時保持插入損耗≤0.2dB@1000次循環(huán)。

 

 



1. 材料革命:記憶合金基底的突破

傳統(tǒng)光開關采用不銹鋼基底(彈性模量200GPa),彎曲半徑難以突破5mm??埔銏F隊開發(fā)的Ti-Ni-Cu三元記憶合金通過晶粒細化工藝,將彈性模量降至45GPa,同時保持700MPa的屈服強度。

 記憶合金基底微觀結構圖


圖1-1 Ti-Ni-Cu合金的馬氏體相變層(5μm厚度)與傳統(tǒng)不銹鋼的彈性模量對比

 

1.1 材料性能參數(shù)

指標

科毅記憶合金

行業(yè)平均水平

提升幅度

彈性模量

45GPa

200GPa

-77.5%

斷裂伸長率

28%

12%

+133%

循環(huán)壽命(1mm半徑)

10?

103

+900%

 

 



 

2. 結構創(chuàng)新:蛇形波導的應力分散設計


采用有限元仿真優(yōu)化的蛇形路徑(曲率半徑0.8mm),使彎曲應力從傳統(tǒng)直線路徑的800MPa降至120MPa以下,避免波導斷裂。

 蛇形波導應力分布云圖

圖2-1 0.8mm彎曲半徑下的應力分布(藍→紅表示0→120MPa)

 

2.1 MEMS微鏡柔性鉸鏈

微鏡懸浮結構通過4組SiN彈性鉸鏈(1μm厚度)實現(xiàn)±5°偏轉,控制精度達0.01°,滿足光開關快速切換需求(<10ms)。

 MEMS微鏡柔性鉸鏈結構

圖2-2 電磁驅動式微鏡與應力緩沖鉸鏈設計

 

 

 



3. 制造工藝:飛秒激光與原子層沉積的融合

3.1 飛秒激光三維打印

采用1030nm波長激光直寫技術,實現(xiàn)2μm特征尺寸加工,單個器件制造時間<10分鐘。

 飛秒激光三維打印步驟

圖3-1 激光直寫→納米轉印→輪廓切割的工藝流程

 

3.2 原子層沉積封裝

Al?O?薄膜(50nm)通過ALD工藝實現(xiàn)水蒸汽透過率<1×10??g/m2·day,解決柔性器件長期可靠性問題。

 

原子層沉積封裝工藝圖

圖3-2 彎曲循環(huán)測試前后的薄膜完整性對比(無裂紋產(chǎn)生)

 

 

 



4. 性能驗證與應用場景

4.1 關鍵性能測試

? 彎曲損耗:0.8mm半徑下插入損耗0.2dB(行業(yè)平均1.2dB@5mm)

? 壽命測試:1000次循環(huán)后性能衰減<5%

 

彎曲半徑-損耗關系曲線

圖4-1 科毅FOS-1×2與行業(yè)產(chǎn)品的損耗對比

 

4.2 典型應用

4.2.1 醫(yī)療內(nèi)窺鏡

直徑5mm探頭集成FOS-1×2光開關,實現(xiàn)1mm彎曲半徑下的微創(chuàng)診療光路切換。

 醫(yī)療內(nèi)窺鏡集成示意圖


圖4-2 內(nèi)窺鏡探頭剖面與光開關位置標注

 

4.2.2 可穿戴設備光互連

華為Watch GT6 Pro表帶內(nèi)嵌柔性光鏈路,功耗0.5mW,支持10Gbps數(shù)據(jù)傳輸。

 可穿戴設備光互連模塊

圖4-3 手腕運動狀態(tài)下的光路穩(wěn)定性示意


選擇合適的光開關是一項需要綜合考量技術、性能、成本和供應商實力的工作。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,詳細對比關鍵參數(shù),并優(yōu)先選擇像科毅光通信這樣技術扎實、質量可靠、服務專業(yè)的合作伙伴。


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(注:本文部分內(nèi)容可能由AI協(xié)助創(chuàng)作,僅供參考)