在高速光通信網(wǎng)絡(luò)中，光開關(guān)作為實現(xiàn)光路通斷、切換的核心器件，直接影響網(wǎng)絡(luò)傳輸容量、穩(wěn)定性與擴展性。尤其在時分復(fù)用（TDM）、波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)及全光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中，光開關(guān)承擔(dān)著光交叉連接（OXC）、光分插復(fù)用（OADM）的關(guān)鍵功能，是構(gòu)建下一代高速寬帶網(wǎng)絡(luò)的核心支撐。

廣西科毅光通信深耕光通信器件領(lǐng)域，基于多年技術(shù)積累研制的2×2機械式光開關(guān)，在插損、串?dāng)_、溫度穩(wěn)定性等核心指標上達到商用領(lǐng)先水平，本文將從技術(shù)原理、核心優(yōu)勢、性能測試等方面展開詳細解析。

一、光開關(guān)的分類與機械式光開關(guān)核心特性

光開關(guān)按工作原理可分為機械式光開關(guān)與非機械式光開關(guān)兩大類，兩類產(chǎn)品在技術(shù)路徑、性能特點上各有側(cè)重，適用于不同應(yīng)用場景。

1.光開關(guān)核心分類對比

1.      機械式光開關(guān)：依靠光纖或光學(xué)元件（如棱鏡、反射鏡）的物理移動改變光路，是目前技術(shù)最成熟、市場應(yīng)用最廣泛的類型。其核心優(yōu)勢在于插入損耗低、偏振無關(guān)、串?dāng)_小，且成本可控，適合大規(guī)模商用部署。常見結(jié)構(gòu)包括移動光纖、移動準直器、移動棱鏡、移動反射鏡等，驅(qū)動方式多采用繼電器或步進電機。

2.      非機械式光開關(guān)：利用電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)或熱光效應(yīng)改變材料折射率實現(xiàn)光路切換，包括波導(dǎo)型、MEMS型、液晶型等。這類產(chǎn)品的優(yōu)勢是開關(guān)速度快（微秒級甚至納秒級）、可高密度集成，但普遍存在插入損耗大、隔離度低、成本較高等問題，目前在特定高端場景中逐步推廣。

2.2×2機械式光開關(guān)的核心應(yīng)用場景

2×2機械式光開關(guān)作為光開關(guān)家族的核心型號，廣泛應(yīng)用于：

3.      TDM/WDM復(fù)用系統(tǒng)的光路切換與備份；

4.      光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的OXC光交叉連接與OADM光分插復(fù)用；

5.      光纖通信系統(tǒng)的故障自愈、線路監(jiān)測；

6.      數(shù)據(jù)中心高速光鏈路的靈活調(diào)度。

其核心需求集中在低插損、高串?dāng)_抑制、良好的溫度穩(wěn)定性與重復(fù)性，這也是廣西科毅光通信的核心技術(shù)攻關(guān)方向。

二、核心技術(shù)突破：C-lens準直器的設(shè)計與優(yōu)化

2×2機械式光開關(guān)的性能表現(xiàn)，關(guān)鍵取決于準直器的設(shè)計與耦合效率。傳統(tǒng)自聚焦透鏡（GRIN）成本較高，廣西科毅光通信采用自主優(yōu)化的C-lens透鏡準直器，在降低成本的同時，實現(xiàn)了準直精度、回波損耗與耦合效率的三重提升。

1.C-lens準直器設(shè)計原理

C-lens準直器采用高折射率玻璃材料（如SF-11，折射率1.7447）加工成平凸厚透鏡，放置于單模光纖端面前，實現(xiàn)光線的擴束與準直。其核心設(shè)計參數(shù)包括：

7.      單模光纖纖芯半徑4.5μm，纖芯折射率1.4681，包層折射率1.4628；

8.      工作波長覆蓋1310nm與1550nm雙窗口；

9.      通過高斯光束傳輸理論計算束腰半徑、傳輸距離等關(guān)鍵參數(shù)，確保準直后光斑發(fā)散角最小。

圖1 光纖頭與C-lens透鏡的裝配關(guān)系圖

2.回波損耗與耦合損耗優(yōu)化

回波損耗（RL）是準直器的核心指標之一，直接影響光信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。C-lens準直器的回返光主要來自光纖端面、透鏡前后端面的菲涅爾反射，通過三大技術(shù)優(yōu)化實現(xiàn)回波損耗≥60dB：

10.    將光纖頭與C-lens透鏡前端面磨成8°楔角，破壞反射光的原路返回路徑；

11.    在三個端面鍍雙波長增透膜，反射率≤0.1%；

12.    優(yōu)化光纖頭與透鏡的間距d，避開損耗敏感區(qū)間。

此外，針對準直器耦合過程中的位錯、間隔、傾斜三種裝配誤差，通過精密機械加工控制，將附加耦合損耗降至最低：位錯偏差0.1mm時附加損耗≤0.05dB，傾斜角度0.1°時附加損耗≤0.1dB，確保光路切換的穩(wěn)定性。

圖2 準直器耦合誤差附加損耗示意圖-廣西科毅光通信

三、光路結(jié)構(gòu)設(shè)計：折射式vs反射式的性能取舍

2×2機械式光開關(guān)的光路結(jié)構(gòu)直接決定其重復(fù)性與穩(wěn)定性，廣西科毅光通信通過理論分析與實測對比，最終選擇折射式光路結(jié)構(gòu)作為核心方案。

1.兩種光路結(jié)構(gòu)對比

13.    折射式光路：采用四個單光纖準直器兩兩校準，通過繼電器驅(qū)動平行四邊形棱鏡插入/退出光路，實現(xiàn)光線折射切換。其核心優(yōu)勢是棱鏡的微小平移不影響光路偏移，僅對入射角變化敏感，附加損耗低（角度偏差0.5°時損耗≤0.1dB），機械結(jié)構(gòu)要求相對寬松，適合批量生產(chǎn)。

14.    反射式光路：采用雙光纖準直器與反射鏡配合，通過反射鏡角度變化實現(xiàn)光路切換。但反射鏡對角度變化極為敏感，小角度偏差（0.1°）即可導(dǎo)致附加損耗劇增（≥1dB），對機械定位精度要求極高，成本與生產(chǎn)難度較大。

圖3 2×2折射式光開關(guān)光路示意圖

2.重復(fù)性指標優(yōu)化

重復(fù)性是機械式光開關(guān)的關(guān)鍵穩(wěn)定性指標，定義為反復(fù)切換100次后插損的最大變化值。廣西科毅光通信的折射式2×2光開關(guān)，通過優(yōu)化繼電器驅(qū)動精度與棱鏡裝配工藝，實現(xiàn)重復(fù)性≤±0.005dB，遠超行業(yè)平均水平（±0.02dB），確保長期使用中的光路穩(wěn)定性。

四、產(chǎn)品研制與性能測試：達標商用級要求

廣西科毅光通信的2×2機械式光開關(guān)，歷經(jīng)理論設(shè)計、元件選型、工藝優(yōu)化、嚴格測試四大環(huán)節(jié)，所有指標均滿足BellcoreGR-1073-Core標準，達到商用成熟產(chǎn)品要求。

1.核心元件選型與制作工藝

15.    準直器：采用自主設(shè)計的C-lens透鏡，工作距離8mm，準直后光斑半徑0.1mm，雙波長增透膜覆蓋1260-1360nm與1500-1600nm區(qū)間；

16.    棱鏡：選用折射率1.7447的高透材料，六面柱體結(jié)構(gòu)，通光面鍍增透膜，確保插損最小化；

17.    封裝工藝：采用無膠光路設(shè)計（Epoxy-Free），允許最大300mW光強輸入，金屬殼封裝，通過高低溫循環(huán)測試消除機械應(yīng)力。

圖4 2×2機械式光開關(guān)產(chǎn)品外觀圖

2.關(guān)鍵性能測試結(jié)果

通過光譜分析儀（HP86143A）、可調(diào)諧激光器、光功率計等專業(yè)設(shè)備測試，10個樣品的核心指標如下：

其中，插損一致性（同一波長下不同通道插損變化）≤0.1dB，波長相關(guān)損耗（WDL）≤0.1dB，溫度變化導(dǎo)致的插損波動≤0.05dB，表現(xiàn)出優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性。

圖5 2×2光開關(guān)插損溫度特性曲線

五、商用應(yīng)用場景與核心價值

廣西科毅光通信的2×2機械式光開關(guān)，憑借高性價比、高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于三大核心場景：

1.TDM/WDM復(fù)用系統(tǒng)

在時分復(fù)用與波分復(fù)用系統(tǒng)中，用于光路切換與備份，低插損（≤0.6dB）確保信號衰減最小，高串?dāng)_抑制（≥80dB）避免信道干擾，支持多波長信號穩(wěn)定傳輸。

2.光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備

作為OXC光交叉連接與OADM光分插復(fù)用的核心部件，實現(xiàn)光信號的靈活調(diào)度與上下路轉(zhuǎn)換，配合C-lens準直器的高耦合效率，提升節(jié)點設(shè)備的端口密度與擴展能力。

3.數(shù)據(jù)中心與工業(yè)通信

在大型數(shù)據(jù)中心的高速光鏈路中，用于鏈路故障自愈、設(shè)備維護切換，≤8ms的開關(guān)時間確保業(yè)務(wù)中斷最??；寬溫度范圍（-40~85℃）適配工業(yè)級惡劣環(huán)境，滿足戶外通信設(shè)備的部署需求。

擇合適的光開關(guān)等光學(xué)器件是一項需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應(yīng)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(guān)鍵參數(shù)，并優(yōu)先選擇像科毅光通信這樣技術(shù)扎實、質(zhì)量可靠、服務(wù)專業(yè)的合作伙伴。

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