在密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)飛速發(fā)展的今天，光纖通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量與速率不斷提升，數(shù)據(jù)中心、城域網(wǎng)等場(chǎng)景對(duì)信息交換效率的要求也日益苛刻。全光交換作為未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，其核心光器件——光開(kāi)關(guān)的性能直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的效能。然而，傳統(tǒng)光開(kāi)關(guān)在實(shí)際應(yīng)用中長(zhǎng)期面臨一個(gè)棘手難題：偏振敏感性問(wèn)題。

當(dāng)光信號(hào)從光纖進(jìn)入光開(kāi)關(guān)時(shí)，由于光纖幾何形狀、應(yīng)力等因素，其偏振態(tài)往往是不確定的。傳統(tǒng)相位調(diào)節(jié)方式會(huì)導(dǎo)致橫電（TE）模與橫磁（TM）模光信號(hào)的有效折射率產(chǎn)生顯著差異，進(jìn)而引發(fā)偏振相關(guān)損耗（PDL）和偏振模色散（PMD），最終降低信號(hào)傳輸質(zhì)量。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)偏振不敏感的光開(kāi)關(guān)，成為行業(yè)亟待突破的技術(shù)瓶頸。

技術(shù)革新：偏振不敏感解決方案

核心設(shè)計(jì)原理

我們的技術(shù)核心在于對(duì)傳統(tǒng)馬赫增德?tīng)柛缮妫∕ZI）型光開(kāi)關(guān)的相位調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行了創(chuàng)造性改進(jìn)。如圖1所示，該光開(kāi)關(guān)包含襯底、光分路裝置、兩條波導(dǎo)（第一波導(dǎo)與第二波導(dǎo)）、相位調(diào)節(jié)裝置、驅(qū)動(dòng)裝置以及光合路裝置。

圖1 光開(kāi)關(guān)基本結(jié)構(gòu)示意圖

光分路裝置將輸入光信號(hào)均分為第一光信號(hào)和第二光信號(hào)，分別進(jìn)入第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)傳輸。關(guān)鍵的創(chuàng)新點(diǎn)在于，我們沿著第一波導(dǎo)的延伸方向，在其上方或側(cè)方設(shè)置了一個(gè)可移動(dòng)的第一相位調(diào)節(jié)裝置，兩者之間保持精確的微小間隙。

第一驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)靜電、壓電或電磁等方式，精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)該相位調(diào)節(jié)裝置在垂直或水平方向上移動(dòng)，從而改變其與波導(dǎo)的距離，對(duì)第一波導(dǎo)中傳輸?shù)墓庑盘?hào)進(jìn)行高效的相位調(diào)制。

實(shí)現(xiàn)偏振不敏感的關(guān)鍵

傳統(tǒng)方案中，相位調(diào)節(jié)裝置與波導(dǎo)耦合緊密，導(dǎo)致TE模和TM模的有效折射率變化量（Δn）差異巨大。我們的設(shè)計(jì)通過(guò)精密的尺寸控制，確保波導(dǎo)在厚度或?qū)挾壬巷@著大于相位調(diào)節(jié)裝置。

圖2 TE模與TM模有效折射率變化對(duì)比圖

如圖2所示，在這種設(shè)計(jì)下，相位調(diào)節(jié)裝置在移動(dòng)時(shí)主要起“擾動(dòng)”作用，而非與波導(dǎo)進(jìn)行強(qiáng)烈的能量交換。這使得TE模的有效折射率變化量Δn1與TM模的變化量Δn2高度接近，其相對(duì)差值（│Δn1-Δn2│/Δn1 或 │Δn1-Δn2│/Δn2）被控制在10%以內(nèi)，甚至更低。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們的技術(shù)確保了在相位調(diào)節(jié)過(guò)程中，不同偏振態(tài)的光信號(hào)“一視同仁”地經(jīng)歷幾乎相同的光學(xué)路徑變化，從根本上抑制了PDL和PMD的產(chǎn)生。

技術(shù)方案詳解與優(yōu)勢(shì)拓展

1. 高效靈活的相位調(diào)節(jié)機(jī)制

我們的光開(kāi)關(guān)提供了多種高效且靈活的相位調(diào)節(jié)模式：

• 單裝置調(diào)節(jié)：如圖3所示，通過(guò)單個(gè)相位調(diào)節(jié)裝置的移動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)精確的相位控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔可靠。

• 多裝置協(xié)同調(diào)節(jié)：如圖4所示，可以在同一波導(dǎo)的多個(gè)位置，或同時(shí)在兩條波導(dǎo)上設(shè)置相位調(diào)節(jié)裝置。通過(guò)協(xié)同控制，可以實(shí)現(xiàn)更大范圍的相位調(diào)節(jié)（如0°、90°、180°切換），滿足光開(kāi)關(guān)“直通態(tài)（Bar）”與“交叉態(tài)（Cross）”的快速切換需求（如圖5所示）。

• 雙向同步調(diào)節(jié)：更進(jìn)階的方案如圖6所示，我們?cè)诓▽?dǎo)的上方和側(cè)方同時(shí)布置相位調(diào)節(jié)裝置，并使其同步移動(dòng)。由于不同方向的移動(dòng)對(duì)TE模和TM模的影響具有互補(bǔ)性，這種設(shè)計(jì)能更天然地實(shí)現(xiàn)卓越的偏振不敏感特性，同時(shí)對(duì)波導(dǎo)截面的形狀適應(yīng)性更強(qiáng)。

圖3，相位調(diào)節(jié)裝置在垂直方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)波導(dǎo)中光信號(hào)的動(dòng)態(tài)相位調(diào)制

圖4 兩條波導(dǎo)上配置多組相位調(diào)節(jié)裝置的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)

圖5 光開(kāi)關(guān)的兩種路徑切換狀態(tài)

圖6 在波導(dǎo)上方和側(cè)方同步調(diào)節(jié)的創(chuàng)新方案

2. 超越傳統(tǒng)的顯著優(yōu)勢(shì)

與當(dāng)前主流的光開(kāi)關(guān)相位調(diào)節(jié)技術(shù)相比，廣西科毅光通信的方案具備壓倒性優(yōu)勢(shì)：

• vs. 熱光調(diào)節(jié)：傳統(tǒng)熱光調(diào)制通過(guò)加熱波導(dǎo)改變折射率，效率低、功耗高、存在熱串?dāng)_和響應(yīng)速度慢的問(wèn)題。我們的機(jī)械移動(dòng)式調(diào)節(jié)無(wú)需發(fā)熱，響應(yīng)速度快，功耗極低，效率顯著提升。

• vs. 載流子色散效應(yīng)：基于半導(dǎo)體載流子注入的調(diào)制方式會(huì)產(chǎn)生不可避免的吸收損耗，影響光信號(hào)強(qiáng)度。我們的方案是純物理位移調(diào)制，無(wú)附加吸收損耗，保障了信號(hào)傳輸?shù)耐暾浴?/span>

• 高穩(wěn)定性與可靠性：我們專(zhuān)利中設(shè)計(jì)的止擋結(jié)構(gòu)（如圖7系列所示）可以精確固定相位調(diào)節(jié)裝置的位置，確保相位狀態(tài)的長(zhǎng)期穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。

圖7 懸臂梁、彈簧、梳齒等多種精密驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

3. 緊湊高效的集成設(shè)計(jì)

為了在有限芯片面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的相互作用長(zhǎng)度和更強(qiáng)的調(diào)制效果，我們還創(chuàng)新性地采用了折疊式波導(dǎo)設(shè)計(jì)（如圖8所示）。這種設(shè)計(jì)允許相位調(diào)節(jié)裝置覆蓋更長(zhǎng)的波導(dǎo)區(qū)域，大幅提升了相位調(diào)節(jié)的效率與緊湊性，非常適用于高集成度的光開(kāi)關(guān)陣列。

8 折疊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)相位調(diào)節(jié)效率與器件集成度

應(yīng)用場(chǎng)景：從核心器件到系統(tǒng)陣列

本技術(shù)不僅適用于單元光開(kāi)關(guān)，更是構(gòu)建大規(guī)模、高性能光開(kāi)關(guān)陣列的基石。如圖9和圖10所示，在光交叉連接（OXC）設(shè)備中，通過(guò)將我們生產(chǎn)的偏振不敏感光開(kāi)關(guān)排列為矩陣，可以靈活地將任意輸入端口的光信號(hào)路由到任意輸出端口，實(shí)現(xiàn)全光層的智能交換與調(diào)度，是構(gòu)建下一代彈性光網(wǎng)絡(luò)（EON）、數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)（DCI）的核心硬件。

9圖 光交叉連接設(shè)備中光開(kāi)關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)景示意圖

圖10 大型光開(kāi)關(guān)陣列布局圖

主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：

• 電信骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)：用于動(dòng)態(tài)光分插復(fù)用（ROADM）和OXC，實(shí)現(xiàn)靈活的波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)調(diào)度。

• 數(shù)據(jù)中心內(nèi)部與互聯(lián)：支撐超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心內(nèi)服務(wù)器間的極速通信，以及數(shù)據(jù)中心間的互聯(lián)（DCI）。

• 高性能計(jì)算與傳感網(wǎng)絡(luò)：滿足低延遲、高帶寬的并行計(jì)算與分布式傳感需求。

廣西科毅光通信科技有限公司（www.www.czflyt.com）本次介紹的偏振不敏感光開(kāi)關(guān)技術(shù)，代表了我們?cè)?a href="https://www.www.czflyt.com/home/product/index.html" target="_self" title="高端光器件">高端光器件領(lǐng)域持續(xù)的創(chuàng)新能力。這項(xiàng)技術(shù)攻克了長(zhǎng)期困擾行業(yè)的偏振敏感難題，在傳輸質(zhì)量、調(diào)節(jié)效率、功耗和穩(wěn)定性方面實(shí)現(xiàn)了全面提升。

擇合適的光開(kāi)關(guān)等光學(xué)器件及光學(xué)設(shè)備是一項(xiàng)需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應(yīng)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(xì)對(duì)比關(guān)鍵參數(shù)，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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（注：本文部分內(nèi)容由AI協(xié)助習(xí)作，僅供參考）