在微波光子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，光實(shí)時(shí)延時(shí)技術(shù)（OTTD）已成為相控陣?yán)走_(dá)、無線通信、光交換等領(lǐng)域的核心支撐技術(shù)。廣西科毅光通信作為專業(yè)光開關(guān)生產(chǎn)銷售商，依托多年光電子技術(shù)積累，成功將磁光開關(guān)應(yīng)用于高精度光實(shí)時(shí)延時(shí)線研發(fā)，打造出兼具小體積、高精度、高可靠性的5bit/32態(tài)光延時(shí)系統(tǒng)，為工程化應(yīng)用提供了高效解決方案。

一、光實(shí)時(shí)延時(shí)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值與行業(yè)需求

光實(shí)時(shí)延時(shí)技術(shù)的核心價(jià)值在于解決傳統(tǒng)相控陣技術(shù)中的瞬時(shí)大帶寬制約與波束偏斜問題，讓光控相控陣?yán)走_(dá)具備更優(yōu)異的性能。同時(shí)，該技術(shù)在無線通信技術(shù)、光交換技術(shù)及高精度同步控制技術(shù)中也有著廣泛應(yīng)用前景。

在機(jī)載、星載等嚴(yán)苛應(yīng)用場景中，光延時(shí)單元對體積、精度、切換速度、可靠性和重量提出了極高要求。傳統(tǒng)光延時(shí)方案存在體積龐大、精度不足、切換延遲等痛點(diǎn)，而基于磁光開關(guān)的光實(shí)時(shí)延時(shí)線，憑借全固態(tài)設(shè)計(jì)、高速切換等優(yōu)勢，成為滿足工程需求的優(yōu)選方案。

二、核心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選型：差分結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢

基于光開關(guān)與延時(shí)光纖的動(dòng)態(tài)配置型光纖延時(shí)線（FDL），主要有旁路結(jié)構(gòu)和差分結(jié)構(gòu)兩種拓?fù)湫问剑?/span>

圖1 2bit旁路結(jié)構(gòu)和差分結(jié)構(gòu)的光纖延時(shí)線

1.兩種結(jié)構(gòu)對比分析

1.      旁路結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)緊湊，可通過額外光纖補(bǔ)償誤差，但最小延時(shí)單元受限，鏈路損耗較高。

2.      差分結(jié)構(gòu)：上路光纖比下路分別長τ和2τ，通過光開關(guān)選擇可實(shí)現(xiàn)0、τ、2τ、3τ四種延時(shí)狀態(tài)，輕松達(dá)成2bit延遲線設(shè)計(jì)。

2.選型關(guān)鍵依據(jù)

由于磁光開關(guān)為非互易性器件，不支持光路雙向工作，我們最終選定差分結(jié)構(gòu)作為核心實(shí)施方案。該結(jié)構(gòu)能最大化發(fā)揮光開關(guān)的切換性能，確保延時(shí)精度與可靠性，為多bit延時(shí)系統(tǒng)搭建奠定基礎(chǔ)。

三、磁光開關(guān)：光延時(shí)線的核心性能保障

光開關(guān)是光延時(shí)單元的核心部件，其性能直接決定延時(shí)系統(tǒng)的整體表現(xiàn)。經(jīng)過對機(jī)械光開關(guān)、MEMS光開關(guān)、液晶光開關(guān)等多款產(chǎn)品的綜合對比，我們最終選用磁光（MO）開關(guān)，核心優(yōu)勢如下：

1.磁光開關(guān)的核心特性

3.      全固態(tài)技術(shù)設(shè)計(jì)，無機(jī)械可動(dòng)部件，避免振動(dòng)、磨損帶來的可靠性問題。

4.      關(guān)鍵性能優(yōu)異：切換速度小于15ps，插入損耗小于1dB，串?dāng)_優(yōu)于40dB，工作頻率可達(dá)3000Hz。

5.      體積緊湊、功耗低，適配機(jī)載、星載等空間受限場景。

2.精準(zhǔn)控制與驅(qū)動(dòng)方案

磁光開關(guān)通過兩個(gè)控制引腳實(shí)現(xiàn)光路切換，輸入7V電壓、12-15ps脈寬的電脈沖即可完成通道切換，脈沖電流輸出能力需至少500mA。借助狀態(tài)鎖存功能，切換后無需持續(xù)脈沖保持狀態(tài)，大幅降低功耗。

圖2 磁光開關(guān)陣列邏輯控制與驅(qū)動(dòng)框圖

我們設(shè)計(jì)的磁光開關(guān)陣列邏輯控制系統(tǒng)，通過串行通信芯片傳輸控制信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理后精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)目標(biāo)光開關(guān)，多重防護(hù)措施與合理布線設(shè)計(jì)，確保開關(guān)切換穩(wěn)定可靠，避免中間態(tài)導(dǎo)致的插損增加。

四、光纖延時(shí)線系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)與關(guān)鍵工藝

為實(shí)現(xiàn)“體積小、精度高、易維護(hù)”的設(shè)計(jì)目標(biāo)，我們從控制驅(qū)動(dòng)、測試技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、光纖連接四大維度進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化：

1.高精度測試技術(shù)

采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀結(jié)合相位變化反推法，測試精度優(yōu)于ps量級(jí)，高效精準(zhǔn)測量光纖延時(shí)。通過該方法可實(shí)時(shí)監(jiān)測延時(shí)誤差，為系統(tǒng)校準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)支撐。

圖3 光纖延時(shí)線測試系統(tǒng)框圖

2.光機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用分層疊放設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)板、光開關(guān)陣列及光纖托架分三層布局，借助Pro/Engineer三維建模軟件完成整體模裝。模塊尺寸僅110mm×70mm×32mm，兼顧緊湊性與可維護(hù)性，便于多通道擴(kuò)展與后續(xù)升級(jí)。

圖4  5bit磁光開關(guān)光纖延遲線實(shí)物圖

3.光纖高精度連接工藝

延時(shí)精度誤差主要源于光纖連接精度，我們通過多臺(tái)光纖調(diào)整機(jī)構(gòu)配合實(shí)時(shí)測試，實(shí)現(xiàn)光纖的高精度對準(zhǔn)，大幅降低連接誤差對延時(shí)性能的影響。

五、系統(tǒng)測試結(jié)果與性能優(yōu)勢

我們研發(fā)的5bit/32態(tài)光實(shí)時(shí)延時(shí)系統(tǒng)，經(jīng)實(shí)測取得優(yōu)異性能表現(xiàn)，完全滿足工程應(yīng)用要求：

圖5  5bit光纖延時(shí)線32態(tài)延時(shí)精度測試圖

1.核心性能指標(biāo)

6.      延時(shí)精度：最大延時(shí)誤差僅2.94ps，平均誤差0.85ps，延時(shí)步長30ps。

7.      插入損耗：0-40℃工作溫度范圍內(nèi)，32種延時(shí)狀態(tài)的插損為0.12-0.88dB，各態(tài)一致性優(yōu)于1dB。

8.      環(huán)境適應(yīng)性：在寬溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定性能，多單元批量生產(chǎn)時(shí)性能指標(biāo)一致性良好。

圖6 32態(tài)光纖延時(shí)單元插入損耗隨溫度變化圖

2.5bit延時(shí)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由6只磁光開關(guān)組成，首尾為1×2高速磁光開關(guān)，中間4只為2×2高速磁光開關(guān)，通過精準(zhǔn)配置可實(shí)現(xiàn)32種不同延時(shí)狀態(tài)，靈活適配不同應(yīng)用場景的延時(shí)需求。

圖7 5bit基于磁光開關(guān)的光纖延遲線結(jié)構(gòu)-廣西科毅光通信

六、工程應(yīng)用前景與技術(shù)拓展

基于磁光開關(guān)的高精度光實(shí)時(shí)延時(shí)線，目前已在光控相控陣?yán)走_(dá)、寬帶無線通信等領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著應(yīng)用優(yōu)勢。未來我們將重點(diǎn)提升產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性，優(yōu)化光纖抗輻照性能，降低外界磁場對延時(shí)精度的影響，進(jìn)一步拓展應(yīng)用場景。

廣西科毅光通信始終專注于光開關(guān)核心技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)品創(chuàng)新，除磁光開關(guān)外，還提供機(jī)械光開關(guān)、MEMS光開關(guān)等全系列產(chǎn)品及定制化光延時(shí)解決方案。

擇合適的光開關(guān)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)專業(yè)的合作伙伴。

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