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高速光開關(guān)陣列技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用 | 廣西科毅光通信

2025-07-11

高速光開關(guān)陣列技術(shù)解析:實(shí)現(xiàn)納秒級切換的硅基解決方案


科毅光通信作為國內(nèi)領(lǐng)先的光開關(guān)生產(chǎn)銷售商,深耕光通信核心器件領(lǐng)域十余年,專注于高速光開關(guān)陣列的研發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用推廣。依托自主研發(fā)的硅基集成技術(shù)與光電協(xié)同設(shè)計能力,公司推出的高速光開關(guān)陣列產(chǎn)品在響應(yīng)速度、集成度、功耗控制等關(guān)鍵指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)行業(yè)突破,廣泛服務(wù)于光通信骨干網(wǎng)、超算中心、光纖傳感等高端領(lǐng)域。本文系統(tǒng)解析高速光開關(guān)陣列的技術(shù)原理、性能優(yōu)勢及應(yīng)用場景,展示科毅在光電子集成領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力。



一、高速光開關(guān)陣列的核心原理與技術(shù)價值

高速光開關(guān)陣列是實(shí)現(xiàn)光信號快速路由與動態(tài)調(diào)度的核心器件,其工作原理基于電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)或微機(jī)械運(yùn)動,通過電信號精確控制光路通斷狀態(tài),完成多通道光信號的低損耗切換。在超高速光通信網(wǎng)絡(luò)中,單通道數(shù)據(jù)速率已突破 400Gbps,傳統(tǒng)電開關(guān)的響應(yīng)延遲成為瓶頸,而高速光開關(guān)陣列可實(shí)現(xiàn)納秒至微秒級切換,為全光交換提供底層支撐。


科毅光通信研發(fā)團(tuán)隊通過理論建模與實(shí)驗驗證,明確高速光開關(guān)陣列的三大核心技術(shù)指標(biāo):

·         響應(yīng)速度:決定光信號切換的實(shí)時性,直接影響網(wǎng)絡(luò)吞吐量;

·         消光比:衡量光路切換的隔離度,高消光比可減少串?dāng)_導(dǎo)致的信號失真;

·         集成度:單芯片集成的通道數(shù),決定設(shè)備的空間利用率與成本控制能力。

在 5G 承載網(wǎng)與數(shù)據(jù)中心互聯(lián)場景中,高速光開關(guān)陣列是實(shí)現(xiàn)‘光層無損調(diào)度’的關(guān)鍵?!?科毅光通信技術(shù)總監(jiān)表示,“傳統(tǒng)電交換方案存在功耗高、延遲大的問題,而我們的 16 通道光開關(guān)陣列可將切換延遲控制在 300ns 以內(nèi),滿足 E 級數(shù)據(jù)中心的實(shí)時調(diào)度需求?!?/span>



二、主流技術(shù)方案對比與科毅的創(chuàng)新突破


(一)三大技術(shù)路徑的性能差異

目前行業(yè)內(nèi)高速光開關(guān)陣列的技術(shù)方案主要分為三類,各有適用場景:

技術(shù)方案

核心原理

響應(yīng)速度

插入損耗

集成度

典型應(yīng)用

MEMS 微機(jī)電系統(tǒng)

微鏡陣列機(jī)械偏轉(zhuǎn)改變光路

10-100μs

<1dB

骨干網(wǎng) OXC 設(shè)備

熱光 / 電光效應(yīng)

硅基 / 鈮酸鋰材料折射率隨電 / 溫度變化

1-100μs

1-3dB

數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)

半導(dǎo)體光放大器

電流控制增益介質(zhì)通斷

<10ns

5-8dB

全光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)



科毅光通信通過技術(shù)融合與優(yōu)化設(shè)計,突破單一方案的性能局限:

·         在 MEMS 方案中引入 “靜電驅(qū)動 + 磁約束” 雙控機(jī)制,將響應(yīng)速度從 100μs 提升至 30μs,同時保持 0.8dB 的超低損耗;

·         硅基電光方案采用 “載流子色散效應(yīng) + 波導(dǎo)折疊結(jié)構(gòu)”,實(shí)現(xiàn) 30ns 響應(yīng)速度與 1.8dB 插入損耗的平衡;

·         針對 SOA 方案的高損耗問題,集成自研低噪聲光放大模塊,將總損耗降低至 3.5dB。


(二)SOI 芯片式光開關(guān)陣列的技術(shù)突破

公司自主研發(fā)的SOI(絕緣體上硅)芯片式高速光開關(guān)陣列,是國內(nèi)首個實(shí)現(xiàn) 8-16 通道單片集成的量產(chǎn)產(chǎn)品,其核心創(chuàng)新點(diǎn)包括:


1. 單片集成設(shè)計:將光開關(guān)單元、驅(qū)動電路、溫控模塊集成于 20mm×3mm 的硅基芯片上,通道間距僅 300μm,適配標(biāo)準(zhǔn)光纖陣列接口;

2. 熱電混調(diào)技術(shù):采用 “電光快速切換 + 熱光精準(zhǔn)校準(zhǔn)” 雙模式,既保證 30ns 的高速響應(yīng),又將偏振相關(guān)損耗控制在 0.5dB 以內(nèi);

3. 數(shù)字化驅(qū)動:內(nèi)置 16 位 DAC 芯片,支持 SPI 協(xié)議遠(yuǎn)程控制,可通過www.www.bmortechnologies.com提供的專用調(diào)試軟件實(shí)現(xiàn)通道狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控。


我們的 SOI 光開關(guān)陣列在 1550nm 波長下,消光比典型值達(dá) 20dB,串?dāng)_低于 - 35dB,完全滿足 ITU-T G.652 光纖通信標(biāo)準(zhǔn)。” 研發(fā)工程師介紹道,“通過 1000 小時高溫老化測試,器件性能漂移量小于 0.3dB,可靠性達(dá)到 Telcordia GR-468 標(biāo)準(zhǔn)?!?/span>



三、產(chǎn)品性能指標(biāo)與行業(yè)優(yōu)勢

科毅光通信的高速光開關(guān)陣列產(chǎn)品已形成完整系列,覆蓋 8 通道、16 通道等規(guī)格,關(guān)鍵性能指標(biāo)處于行業(yè)領(lǐng)先水平:

參數(shù)指標(biāo)

單位

最小值

典型值

最大值

技術(shù)優(yōu)勢解析

波長范圍

nm

1530

1550

1570

覆蓋 C 波段全窗口,支持 WDM 系統(tǒng)接入

消光比

dB

19

20

22

高于行業(yè)平均水平 3dB,串?dāng)_更低

插入損耗

dB

1.6

1.8

2.0

采用漸變折射率波導(dǎo),降低傳輸損耗

回波損耗

dB

40

50

-

內(nèi)置光纖光柵,抑制反射噪聲

驅(qū)動電壓

V

0.9

1.0

2.0

低電壓設(shè)計,適配工業(yè)級電源

芯片級響應(yīng)時間

ns

30

100

300

支持突發(fā)模式切換,無拖尾效應(yīng)

熱調(diào)功耗

mW

50

80

100

比傳統(tǒng)方案降低 40%,適合高密度集成

工作溫度范圍

-20

25

50

寬溫設(shè)計,適應(yīng)惡劣環(huán)境部署


相較于同類產(chǎn)品,科毅的高速光開關(guān)陣列具有三大核心競爭力:

1. 定制化能力:可根據(jù)客戶需求調(diào)整通道數(shù)(最大支持 32 通道)、接口類型(LC/FC/SC)及封裝尺寸,交付周期縮短至 2 周;

2. 低成本優(yōu)勢:采用 8 英寸硅晶圓量產(chǎn)工藝,單位通道成本比國外品牌低 30%,推動高速光開關(guān)的規(guī)?;瘧?yīng)用;

3. 本地化服務(wù):在南寧、深圳設(shè)有兩大研發(fā)中心,提供 7×24 小時技術(shù)支持,官網(wǎng)www.www.bmortechnologies.com開通在線故障診斷通道。



四、多領(lǐng)域應(yīng)用場景與實(shí)踐案例

(一)光通信網(wǎng)絡(luò)中的動態(tài)調(diào)度

在骨干網(wǎng) OXC(光交叉連接)設(shè)備中,16 通道高速光開關(guān)陣列可實(shí)現(xiàn) 8 個方向的光纖鏈路動態(tài)互聯(lián)。某省電信公司采用科毅的產(chǎn)品后,網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時間從分鐘級縮短至毫秒級,緊急故障恢復(fù)效率提升 100 倍,每年減少因中斷造成的損失超 500 萬元。


(二)超算中心的光互聯(lián)架構(gòu)

針對超算中心 “算力墻” 問題,高速光開關(guān)陣列可構(gòu)建 “服務(wù)器 - 存儲” 全光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。國家超算廣州中心的測試數(shù)據(jù)顯示,采用 8 通道光開關(guān)陣列后,節(jié)點(diǎn)間通信延遲降低 60%,整機(jī)柜功耗減少 25kW,PUE 值從 1.4 降至 1.2。


(三)光纖傳感系統(tǒng)的多光路切換

在分布式光纖傳感領(lǐng)域,高速光開關(guān)陣列可實(shí)現(xiàn)多測點(diǎn)的快速輪詢。某高鐵隧道監(jiān)測項目中,通過 16 通道光開關(guān)陣列對 10km 隧道進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,采樣頻率提升至 1kHz,成功預(yù)警 3 次地質(zhì)沉降風(fēng)險。


(四)量子通信中的光路加密

量子密鑰分發(fā)(QKD)系統(tǒng)要求光路切換無噪且隨機(jī),科毅的 SOI 光開關(guān)陣列因 “無機(jī)械磨損、切換狀態(tài)可溯源” 的特點(diǎn),被應(yīng)用于京滬干線量子通信網(wǎng),保障密鑰生成的安全性與穩(wěn)定性。



五、技術(shù)發(fā)展趨勢與公司研發(fā)規(guī)劃

未來 3-5 年,高速光開關(guān)陣列將向 **“更大規(guī)模、更快速度、更低功耗”** 方向演進(jìn)??埔愎馔ㄐ乓巡季秩笱邪l(fā)方向:


1. 百通道集成:基于多模干涉(MMI)耦合器設(shè)計,計劃 2025 年推出 64 通道光開關(guān)陣列,芯片尺寸控制在 30mm×5mm;

2. 亞納秒響應(yīng):研究石墨烯電光效應(yīng),目標(biāo)將響應(yīng)速度突破 1ns,滿足量子計算的高速切換需求;

3. 光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成:探索光開關(guān)陣列在光子計算中的應(yīng)用,開發(fā)具備并行處理能力的智能光開關(guān)芯片。


科毅光通信科技有限公司成立于 2010 年,是一家專注于光開關(guān)及光通信器件的國家級高新技術(shù)企業(yè)。公司擁有 1500㎡超凈車間、完整的硅光芯片測試平臺及可靠性驗證實(shí)驗室,產(chǎn)品通過 CE、RoHS、Telcordia 等國際認(rèn)證,遠(yuǎn)銷歐美、日韓等 20 余個國家和地區(qū)。

依托 “芯片設(shè)計 - 器件封裝 - 系統(tǒng)集成” 全產(chǎn)業(yè)鏈能力,科毅可為客戶提供從核心器件到整體解決方案的一站式服務(wù)。



選擇合適的光開關(guān)是一項需要綜合考量技術(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。

 

訪問科毅光通信官網(wǎng) www.www.bmortechnologies.com 瀏覽我們的光開關(guān)產(chǎn)品,或聯(lián)系我們的銷售工程師,獲取專屬的選型建議和報價!



 


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