在5G通信、數(shù)據(jù)中心、光纖傳感等領(lǐng)域高速發(fā)展的今天，光開關(guān)作為光通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光路切換的核心器件，其保偏性能、通道密度與穩(wěn)定性直接影響整個(gè)系統(tǒng)的傳輸效率。廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.m.xiaohuo199.com）深耕光通信領(lǐng)域多年，依托自主研發(fā)實(shí)力推出的多通道保偏光開關(guān)結(jié)構(gòu)，基于光波導(dǎo)陣列的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，徹底解決了傳統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)痛點(diǎn)，為行業(yè)提供了高性能、高可靠性的光開關(guān)解決方案。

本次我們詳細(xì)解析該多通道保偏光開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理、核心優(yōu)勢及應(yīng)用場景，帶您深入了解光通信核心器件的技術(shù)突破。

一、傳統(tǒng)多通道保偏光開關(guān)的技術(shù)瓶頸與行業(yè)痛點(diǎn)

在光通信系統(tǒng)中，多通道保偏光開關(guān)需要實(shí)現(xiàn)多光路的快速切換，同時(shí)保持偏振態(tài)的穩(wěn)定性，這對器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)苛要求。傳統(tǒng)多通道保偏光開關(guān)采用“多芯pigtail”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即多根保偏光纖共同穿入一個(gè)套管，通過膠水固定形成整體，配合準(zhǔn)直透鏡與轉(zhuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)光路切換（如圖1所示）。

圖1

注：圖1，展示傳統(tǒng)多通道保偏光開關(guān)的“多芯pigtail”結(jié)構(gòu)組成，包含多根保偏光纖、套管、透鏡、轉(zhuǎn)鏡四大核心部件。

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為了在有限的轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多通道切換，通常會(huì)通過縮小套管內(nèi)徑來降低光纖間距。

但這種設(shè)計(jì)存在三大核心痛點(diǎn)：

1.      套管內(nèi)徑縮小易導(dǎo)致光纖扭曲，而光纖扭曲會(huì)嚴(yán)重破壞器件的保偏性能，導(dǎo)致偏振消光比下降，影響信號傳輸質(zhì)量；

2.      通道數(shù)較多時(shí)，傳統(tǒng)方案需對光纖進(jìn)行腐蝕處理以減小外徑，腐蝕后的光纖機(jī)械強(qiáng)度大幅降低，不僅容易折斷，還會(huì)受膠水固化應(yīng)力影響，進(jìn)一步惡化保偏效果；

3.      狹小套管內(nèi)的多根光纖相互擠壓，無法精確調(diào)節(jié)每根光纖的快慢軸角度，難以實(shí)現(xiàn)所有保偏光纖快慢軸角度的高度一致，最終影響器件的整體性能穩(wěn)定性。

這些技術(shù)瓶頸限制了傳統(tǒng)多通道保偏光開關(guān)在高密度、高可靠性場景中的應(yīng)用，也促使行業(yè)亟需一種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來突破現(xiàn)有局限。

二、廣西科毅多通道保偏光開關(guān)的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對傳統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)痛點(diǎn)，廣西科毅光通信聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長期技術(shù)攻關(guān)，推出了以“保偏光纖陣列+光波導(dǎo)陣列+透鏡+轉(zhuǎn)鏡”為核心的多通道保偏光開關(guān)結(jié)構(gòu)（如圖2所示）。該結(jié)構(gòu)通過光波導(dǎo)陣列的巧妙引入，在不犧牲保偏性能的前提下，實(shí)現(xiàn)了通道密度與穩(wěn)定性的雙重提升，成為行業(yè)技術(shù)升級的重要方向。

圖2

注：圖2，展示廣西科毅多通道保偏光開關(guān)的核心結(jié)構(gòu)，依次包含保偏光纖陣列、光波導(dǎo)陣列、透鏡、轉(zhuǎn)鏡四大組件，體現(xiàn)了“光纖-波導(dǎo)-準(zhǔn)直-反射”的光路設(shè)計(jì)邏輯。

（一）核心結(jié)構(gòu)組成

該多通道保偏光開關(guān)的結(jié)構(gòu)由四大核心部件協(xié)同構(gòu)成，各組件的設(shè)計(jì)與選型均圍繞“保偏性能”與“切換效率”兩大核心目標(biāo)：

1.      保偏光纖陣列：作為光信號的輸入與輸出端口，陣列中一根保偏光纖為入射光纖，其余為出射光纖，可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)通道數(shù)量。光纖陣列的通光端面經(jīng)過精密拋光與鍍膜處理，有效減少光信號的端面反射，提升透射效率，避免因端面面型不佳導(dǎo)致的出光效率損耗。

2.      光波導(dǎo)陣列：核心創(chuàng)新組件，由直波導(dǎo)與彎曲波導(dǎo)構(gòu)成，可采用硅基光波導(dǎo)、玻璃基光波導(dǎo)、二氧化硅基光波導(dǎo)或聚合物光波導(dǎo)等多種材質(zhì)。其關(guān)鍵設(shè)計(jì)在于“非對稱間距布局”——靠近保偏光纖陣列一側(cè)的波導(dǎo)間距與光纖間距完全匹配，確保光信號低損耗耦合；遠(yuǎn)離光纖陣列一側(cè)的波導(dǎo)間距小于光纖間距，實(shí)現(xiàn)光路間距的高效壓縮。這種設(shè)計(jì)既避免了光纖直接擠壓扭曲的問題，又能通過光波導(dǎo)的高一致性保持偏振態(tài)穩(wěn)定。

3.      準(zhǔn)直透鏡：選用Grin透鏡、球面透鏡或非球面透鏡，核心作用是將光波導(dǎo)陣列出射的光信號轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)直光，為后續(xù)轉(zhuǎn)鏡的反射切換提供穩(wěn)定的光路基礎(chǔ)。透鏡的選型經(jīng)過光學(xué)仿真優(yōu)化，確保準(zhǔn)直效果的同時(shí)，降低插入損耗。

4.      可轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)鏡：采用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)或微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）驅(qū)動(dòng)方式，通過精確調(diào)節(jié)反射鏡角度，實(shí)現(xiàn)入射光信號向目標(biāo)出射通道的切換。轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)精度經(jīng)過校準(zhǔn)，可滿足多通道快速切換的需求，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，適用于長期連續(xù)工作場景。

（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心創(chuàng)新點(diǎn)

與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，廣西科毅多通道保偏光開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具備三大核心創(chuàng)新：

1.      用光波導(dǎo)陣列替代傳統(tǒng)套管固定方式，通過波導(dǎo)的精準(zhǔn)布局實(shí)現(xiàn)光路壓縮，徹底解決了光纖扭曲、擠壓導(dǎo)致的保偏性能下降問題；

2.      光波導(dǎo)陣列的多根波導(dǎo)一致性優(yōu)異，能完美保持保偏光纖的偏振態(tài)，實(shí)現(xiàn)“光路壓縮”與“偏振穩(wěn)定”的雙重目標(biāo)；

3.      保偏光纖陣列與光波導(dǎo)陣列的端面處理工藝（拋光+鍍膜），進(jìn)一步提升了光信號的傳輸效率，降低了器件的插入損耗，綜合性能更優(yōu)。

三、多通道保偏光開關(guān)的核心組件與技術(shù)參數(shù)

（一）核心組件的技術(shù)特性

1. 保偏光纖陣列

①光纖類型：高消光比保偏光纖，支持單模/多模定制；

②光纖間距：標(biāo)準(zhǔn)間距與光波導(dǎo)陣列輸入端精準(zhǔn)匹配，可根據(jù)需求定制；

③端面處理：精密拋光（面型精度≤0.1μm）+增透膜鍍膜（透射率≥99.5%）；

④機(jī)械性能：光纖陣列整體封裝，抗彎曲、抗振動(dòng)能力強(qiáng)，避免單根光纖易折斷的問題。

2. 光波導(dǎo)陣列

①材質(zhì)選擇：硅基光波導(dǎo)（耐高溫、穩(wěn)定性強(qiáng)）、玻璃基光波導(dǎo)（低損耗、成本適中）等多種選項(xiàng)；

②波導(dǎo)結(jié)構(gòu)：直波導(dǎo)段保證光信號低損耗傳輸，彎曲波導(dǎo)段實(shí)現(xiàn)間距壓縮，彎曲半徑經(jīng)過優(yōu)化以減少傳輸損耗；

③偏振保持能力：波導(dǎo)雙折射設(shè)計(jì)，偏振消光比≥25dB，確保光信號偏振態(tài)穩(wěn)定傳輸。

3.準(zhǔn)直透鏡

①透鏡類型：Grin透鏡（體積小、集成度高）、非球面透鏡（準(zhǔn)直精度高）；

②光學(xué)參數(shù)：數(shù)值孔徑（NA）與光波導(dǎo)輸出端匹配，準(zhǔn)直光斑直徑均勻，發(fā)散角≤0.5mrad；

③封裝方式：與光波導(dǎo)陣列同軸對齊封裝，確保光路同軸度。

4. 轉(zhuǎn)鏡組件

①驅(qū)動(dòng)方式：MEMS驅(qū)動(dòng)（響應(yīng)速度快，切換時(shí)間≤1ms）、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)（扭矩大，適用于多通道重載場景）；

② 轉(zhuǎn)動(dòng)范圍：±10°，可覆蓋多通道切換需求；

③反射率：鏡面鍍高反膜，反射率≥99.8%，減少光信號損耗。

（二）關(guān)鍵性能參數(shù)

四、多通道保偏光開關(guān)的工作原理解析

廣西科毅研發(fā)的多通道保偏光開關(guān)通過“光纖輸入-波導(dǎo)傳輸-透鏡準(zhǔn)直-轉(zhuǎn)鏡反射-光纖輸出”的閉環(huán)光路，實(shí)現(xiàn)光信號的精準(zhǔn)切換，具體工作流程如下：

1.      光信號輸入：外部光信號通過保偏光纖陣列中的入射光纖進(jìn)入器件，入射光纖的快慢軸與光波導(dǎo)陣列的偏振方向精準(zhǔn)對齊，確保光信號的偏振態(tài)初始穩(wěn)定性；

2.      波導(dǎo)傳輸與間距壓縮：光信號從保偏光纖陣列輸出后，耦合至光波導(dǎo)陣列的輸入端（波導(dǎo)間距與光纖間距一致，耦合損耗低）。經(jīng)過直波導(dǎo)段傳輸后，通過彎曲波導(dǎo)段實(shí)現(xiàn)光路間距的壓縮，最終從光波導(dǎo)陣列輸出端以密集間距射出；

3.      準(zhǔn)直處理：光波導(dǎo)陣列輸出的光信號進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡，透鏡將發(fā)散光轉(zhuǎn)化為平行準(zhǔn)直光，避免光信號在傳輸過程中的擴(kuò)散，為轉(zhuǎn)鏡反射提供穩(wěn)定的光路；

4.      光路切換：轉(zhuǎn)鏡根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，通過MEMS或馬達(dá)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)反射角度，將準(zhǔn)直光反射至目標(biāo)出射通道對應(yīng)的光波導(dǎo)輸入端；

5.      光信號輸出：反射后的光信號經(jīng)光波導(dǎo)陣列反向傳輸（間距從密集恢復(fù)至與保偏光纖陣列匹配的間距），最終耦合至對應(yīng)的出射光纖，完成整個(gè)光路切換過程。

整個(gè)工作過程中，光波導(dǎo)陣列的偏振保持能力確保光信號在傳輸與間距壓縮過程中偏振態(tài)不發(fā)生畸變，轉(zhuǎn)鏡的高精度轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)光路的快速切換，兩者協(xié)同保障了器件的保偏性能與切換效率。

五、多通道保偏光開關(guān)的核心優(yōu)勢與應(yīng)用場景

（一）核心優(yōu)勢

1.      保偏性能更穩(wěn)定：摒棄傳統(tǒng)套管結(jié)構(gòu)，通過光波導(dǎo)陣列避免光纖扭曲、擠壓問題，偏振消光比≥25dB，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)產(chǎn)品，適用于對偏振態(tài)敏感的高精度光通信系統(tǒng)；

2.      通道密度更高：光波導(dǎo)陣列的間距壓縮設(shè)計(jì)，在相同體積下可實(shí)現(xiàn)更多通道集成，支持4-16通道定制，滿足高密度光路切換需求；

3.      機(jī)械可靠性更強(qiáng)：保偏光纖無需腐蝕處理，機(jī)械強(qiáng)度高，配合整體封裝設(shè)計(jì)，抗振動(dòng)、抗沖擊能力優(yōu)異，避免傳統(tǒng)產(chǎn)品中腐蝕光纖易折斷的問題；

4.      插入損耗更低：通過端面拋光鍍膜、光路同軸對齊等工藝優(yōu)化，插入損耗≤1.5dB，減少光信號傳輸損耗，提升系統(tǒng)傳輸效率；

5.      環(huán)境適應(yīng)性更廣：寬溫工作范圍（-40℃~85℃），可適應(yīng)工業(yè)控制、戶外通信等復(fù)雜環(huán)境，可靠性經(jīng)過嚴(yán)苛測試驗(yàn)證。

（二）典型應(yīng)用場景

1.      5G通信基站：用于基站光路切換與備份，實(shí)現(xiàn)多信號鏈路的快速切換，保障5G信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性；

2.      數(shù)據(jù)中心：滿足數(shù)據(jù)中心高密度光路調(diào)度需求，提升機(jī)房空間利用率與光路切換效率；

3.      光纖傳感系統(tǒng)：在油氣勘探、電力監(jiān)測等傳感場景中，保持傳感光信號的偏振態(tài)穩(wěn)定，提升傳感精度；

4.      航空航天通信：適應(yīng)極端溫濕度環(huán)境，為航空航天設(shè)備提供高可靠的光路切換解決方案；

5.      量子通信：滿足量子信號傳輸對偏振態(tài)的高要求，為量子通信系統(tǒng)提供核心器件支持；

6.      測試測量儀器：作為光通信測試設(shè)備的核心組件，實(shí)現(xiàn)多測試光路的快速切換，提升測試效率。

六、廣西科毅光通信的技術(shù)實(shí)力與產(chǎn)品保障

廣西科毅光通信科技有限公司專注于光通信核心器件的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，擁有一支由光學(xué)工程師、材料工程師組成的專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，具備從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證到樣品試制、批量生產(chǎn)的全流程能力。公司建立了標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)車間與檢測實(shí)驗(yàn)室，配備高精度光學(xué)檢測設(shè)備，確保每一款產(chǎn)品都符合技術(shù)規(guī)范。

擇合適的光開關(guān)等光學(xué)器件是一項(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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