隨著5G、數(shù)據(jù)中心、光纖到戶（FTTH）等業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，光通信網(wǎng)絡(luò)對傳輸容量、部署效率和成本控制的要求持續(xù)提升。傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)中，分立的波分復(fù)用器（WDM）和光開關(guān)器件存在數(shù)量多、空間占用大、光路布局復(fù)雜等問題，嚴(yán)重制約了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的靈活性與經(jīng)濟(jì)性。廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.m.xiaohuo199.com）深耕光通信器件研發(fā)生產(chǎn)多年，基于行業(yè)痛點(diǎn)推出集成化陣列式WDM與高性能光開關(guān)解決方案，通過核心技術(shù)突破，為光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供更高效、可靠的器件支持。

一、傳統(tǒng)WDM與光開關(guān)技術(shù)瓶頸

在光通信網(wǎng)絡(luò)中，WDM（波分復(fù)用器）和光開關(guān)是實(shí)現(xiàn)光波分復(fù)用、光路靈活切換的核心器件。但傳統(tǒng)分立器件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，逐漸難以滿足現(xiàn)代光網(wǎng)絡(luò)的高密度部署需求。

1.傳統(tǒng)三端口WDM的結(jié)構(gòu)與局限

傳統(tǒng)WDM多為三端口分立器件，其典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有技術(shù)中三端口WDM的結(jié)構(gòu)示意圖

該結(jié)構(gòu)主要由雙芯插針（含公共端和反射端兩個(gè)光端口）、自聚焦透鏡、介質(zhì)膜濾波片和單芯準(zhǔn)直器（透射端）組成。工作原理為：含多個(gè)波長的光波從公共端輸入，經(jīng)介質(zhì)膜濾波片篩選后，特定波長的光反射至反射端輸出，其余波長的光透射至透射端輸出。

這種分立WDM存在明顯局限：單個(gè)器件僅能實(shí)現(xiàn)一組光波的分波/合波，當(dāng)光網(wǎng)絡(luò)需要大量分波/合波鏈路時(shí)，需部署海量分立WDM器件，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本高、機(jī)房空間占用大，且后續(xù)維護(hù)難度增加。

2.傳統(tǒng)光開關(guān)的類型與不足

傳統(tǒng)光開關(guān)主要分為機(jī)械式光開關(guān)和MEMS光開關(guān)兩類。

機(jī)械式光開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，通過控制部件驅(qū)動輸出光纖切換，實(shí)現(xiàn)光路選擇。但其存在切換速度慢、體積大、可靠性差等問題，難以適應(yīng)高速光網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)調(diào)整需求。

圖2 現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械式光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖

MEMS式光開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，利用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）反射鏡的偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)光路切換，雖在切換速度和體積上有一定提升，但傳統(tǒng)MEMS光開關(guān)的輸出光纖多為獨(dú)立排布，與其他器件對接時(shí)需額外部署大量連接光纖，導(dǎo)致光路管理復(fù)雜，且易出現(xiàn)信號損耗問題。

圖3 現(xiàn)有技術(shù)中MEMS式光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖

二、陣列式WDM的技術(shù)突破與結(jié)構(gòu)解析

為解決傳統(tǒng)分立WDM的局限，廣西科毅光通信基于陣列化設(shè)計(jì)理念，研發(fā)出集成化陣列式WDM器件，通過核心結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)多組WDM功能的一體化集成。

圖4 本發(fā)明實(shí)施例提供的WDM的結(jié)構(gòu)示意圖

1.陣列式WDM的核心組成

陣列式WDM的結(jié)構(gòu)如圖4所示。其核心由三個(gè)端口組成，分別為公共端10、透射端11和反射端12，三個(gè)端口均集成了光纖陣列與匹配的微透鏡陣列：

1.      公共端由第一光纖陣列101和第一微透鏡陣列102組成；

2.      透射端由第二光纖陣列111和第二微透鏡陣列112組成；

3.      反射端由第三光纖陣列121和第三微透鏡陣列122組成；

4.      核心濾波部件為濾波片13，用于實(shí)現(xiàn)不同波長光波的透射與反射選擇。

這種陣列化設(shè)計(jì)的核心創(chuàng)新在于，用光纖陣列替代傳統(tǒng)分立WDM的單根光纖，用匹配的微透鏡陣列實(shí)現(xiàn)光波的高效耦合傳輸，從而將多個(gè)分立WDM的功能集成于一個(gè)器件中。

2.陣列式WDM的工作原理

陣列式WDM的工作流程可分為三個(gè)關(guān)鍵步驟：

1.      光信號輸入耦合：公共端第一光纖陣列101中任意一根光纖輸出的光信號，經(jīng)第一微透鏡陣列102中對應(yīng)的微透鏡準(zhǔn)直后，精準(zhǔn)傳輸至濾波片13表面；

2.      波長篩選分離：光信號到達(dá)濾波片13后，根據(jù)波長特性實(shí)現(xiàn)分離——特定波長的光信號發(fā)生透射，其余波長的光信號發(fā)生反射；

3.      光信號輸出耦合：透射光進(jìn)入透射端第二微透鏡陣列112的對應(yīng)微透鏡，經(jīng)聚焦后通過第二光纖陣列111的相應(yīng)光纖輸出；反射光進(jìn)入反射端第三微透鏡陣列122的對應(yīng)微透鏡，聚焦后通過第三光纖陣列121的相應(yīng)光纖輸出。

整個(gè)過程中，微透鏡陣列與光纖陣列呈一一對應(yīng)的空間位置關(guān)系，確保光信號在傳輸過程中的低損耗耦合，提升傳輸效率。

3.陣列式WDM的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

（1）光纖陣列與微透鏡陣列形式

陣列式WDM的光纖陣列和微透鏡陣列可采用一維或二維形式，具體根據(jù)應(yīng)用場景選擇：

4.      一維形式適用于光路數(shù)量較少的場景，結(jié)構(gòu)簡單、成本較低；

5.      二維形式適用于高密度部署需求，例如3×6的二維光纖陣列式WDM，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)18個(gè)分立WDM的功能，大幅提升器件集成度。

（2）濾波片選擇與設(shè)計(jì)

濾波片采用大面積設(shè)計(jì)，確保光纖陣列輸出的多束光信號均可覆蓋其有效區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對所有端口光波的同時(shí)篩選。濾波片的波長選擇特性可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求定制，滿足不同光網(wǎng)絡(luò)的波分復(fù)用要求。

（3）耦合效率優(yōu)化

通過精準(zhǔn)控制光纖陣列與微透鏡陣列的空間位置精度，確保每根光纖與對應(yīng)微透鏡的完美匹配，減少光信號在耦合過程中的損耗，使陣列式WDM的整體耦合效率達(dá)到傳統(tǒng)分立WDM的同等水平甚至更優(yōu)。

三、高性能光開關(guān)裝置的研發(fā)與應(yīng)用

廣西科毅光通信在陣列式WDM技術(shù)基礎(chǔ)上，同步研發(fā)了高性能光開關(guān)裝置，采用陣列化輸出設(shè)計(jì)，與陣列式WDM形成完美適配，進(jìn)一步提升光網(wǎng)絡(luò)的集成化水平。

圖5 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光開關(guān)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.光開關(guān)裝置的核心架構(gòu)

光開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)如圖5所示。其核心組成包括光纖陣列20、微透鏡陣列21、透鏡22和MEMS反射鏡23，各部件的功能與協(xié)作關(guān)系如下：

6.      光纖陣列20：采用一維或二維陣列式排布，替代傳統(tǒng)獨(dú)立光纖，實(shí)現(xiàn)多光路的集中傳輸；

7.      微透鏡陣列21：與光纖陣列20呈一一對應(yīng)的空間位置關(guān)系，用于光信號的準(zhǔn)直與聚焦；

8.      透鏡22：可采用單個(gè)透鏡、透鏡組、球面鏡或非球面鏡，實(shí)現(xiàn)光信號的方向調(diào)整與平行光轉(zhuǎn)換；

9.      MEMS反射鏡23：芯片式反射鏡，通過電壓或電流控制實(shí)現(xiàn)微小偏轉(zhuǎn)，精準(zhǔn)控制光信號的反射方向。

2.光開關(guān)裝置的工作流程

光開關(guān)裝置的工作過程分為四個(gè)關(guān)鍵階段：

1.      光信號輸入：輸入光信號通過光纖陣列20中間位置的特定光纖傳輸（該光纖對應(yīng)透鏡22的光心位置），確保光信號精準(zhǔn)入射至微透鏡陣列21的對應(yīng)微透鏡；

2.      光信號準(zhǔn)直與投射：微透鏡陣列21將輸入光信號準(zhǔn)直后，從透鏡22的中心位置射出，傳輸至MEMS反射鏡23；

3.      光信號偏轉(zhuǎn)控制：通過控制信號驅(qū)動MEMS反射鏡23偏轉(zhuǎn)，使光信號以特定角度反射回透鏡22；

4.      光信號輸出耦合：透鏡22將反射光信號轉(zhuǎn)換為與光軸平行的平行光，傳輸至微透鏡陣列21的對應(yīng)微透鏡，經(jīng)聚焦后通過光纖陣列20的目標(biāo)光纖輸出，實(shí)現(xiàn)1×N的光路選擇功能。

3.光開關(guān)裝置的技術(shù)優(yōu)勢

（1）陣列化排布，適配集成需求

輸出光纖采用陣列式設(shè)計(jì)，可與陣列式WDM的光纖陣列直接匹配對接，無需額外的過渡連接器件，簡化光路布局。

（2）MEMS反射鏡控制，切換精準(zhǔn)高效

MEMS反射鏡的偏轉(zhuǎn)角度可精準(zhǔn)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)N條光路的快速切換，切換速度快、穩(wěn)定性高，滿足光網(wǎng)絡(luò)動態(tài)調(diào)整的需求。

（3）多光路集成，降低系統(tǒng)復(fù)雜度

單個(gè)光開關(guān)裝置可實(shí)現(xiàn)多條光路的選擇與傳輸，替代多個(gè)傳統(tǒng)分立光開關(guān)，減少器件數(shù)量，降低光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本與維護(hù)難度。

四、集成化技術(shù)的核心優(yōu)勢與行業(yè)價(jià)值

陣列式WDM與高性能光開關(guān)的集成化技術(shù)，從根本上解決了傳統(tǒng)光通信器件的諸多痛點(diǎn)，為光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)帶來多方面的行業(yè)價(jià)值。

1.減少器件數(shù)量，降低空間占用

通過陣列化集成設(shè)計(jì)，N個(gè)分立WDM器件可集成于一個(gè)陣列式WDM中，配合陣列式光開關(guān)，大幅減少光網(wǎng)絡(luò)中核心器件的總數(shù)量。以某PON網(wǎng)絡(luò)為例，傳統(tǒng)方案需部署數(shù)十個(gè)分立WDM和光開關(guān)，而采用集成化方案后，僅需少數(shù)幾個(gè)陣列式器件即可滿足需求，器件占用空間減少80%以上，有效節(jié)約機(jī)房資源。

2.簡化光路布局，提升傳輸效率

陣列式器件的光纖陣列直接對接，消除了傳統(tǒng)分立器件間大量的獨(dú)立光纖連接，減少了光信號在傳輸過程中的插損和反射損耗，提升了整個(gè)光網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。同時(shí)，簡化的光路布局也降低了施工難度和后期故障排查的復(fù)雜度。

3.降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

器件數(shù)量的減少直接降低了光網(wǎng)絡(luò)的硬件采購成本，而簡化的光路布局和施工流程則降低了工程建設(shè)成本。此外，集成化器件的可靠性更高，故障率更低，可減少后期維護(hù)的人力和物力投入，全面優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與運(yùn)營成本。

五、廣西科毅光通信產(chǎn)品優(yōu)勢與技術(shù)保障

廣西科毅光通信作為專業(yè)的光開關(guān)、波分復(fù)用器生產(chǎn)銷售商，始終以技術(shù)創(chuàng)新為核心競爭力，陣列式WDM與高性能光開關(guān)系列產(chǎn)品具備以下核心優(yōu)勢：

1.      技術(shù)研發(fā)實(shí)力：擁有專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，深耕光通信器件領(lǐng)域多年，可根據(jù)客戶需求定制光纖陣列形式、波長范圍、光路數(shù)量等關(guān)鍵參數(shù)，提供個(gè)性化解決方案；

2.      產(chǎn)品品質(zhì)可靠：嚴(yán)格遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)制造，從原材料采購到成品檢測，每個(gè)環(huán)節(jié)均經(jīng)過嚴(yán)格把控，確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性；

3.      完善的服務(wù)體系：提供從產(chǎn)品咨詢、方案設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試到后期維護(hù)的全流程服務(wù)，及時(shí)響應(yīng)客戶需求，為客戶提供高效、專業(yè)的技術(shù)支持。

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