引從實驗室到應(yīng)用場，高性能光開關(guān)的實戰(zhàn)驗證

在上一篇文章中，我們詳細(xì)解析了科毅光通信新型波導(dǎo)矩陣光開關(guān)的設(shè)計原理與技術(shù)優(yōu)勢。作為光通信器件的核心供應(yīng)商，我們始終堅持“技術(shù)創(chuàng)新+實戰(zhàn)驗證”的理念，所有產(chǎn)品均經(jīng)過嚴(yán)格的實驗測試與場景驗證，確保滿足行業(yè)應(yīng)用的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

本文將聚焦新型波導(dǎo)矩陣光開關(guān)的實驗制作、性能測試數(shù)據(jù)與行業(yè)應(yīng)用場景，通過真實的實驗結(jié)果證明產(chǎn)品的可靠性與優(yōu)越性，并結(jié)合數(shù)據(jù)中心、5G通信、骨干網(wǎng)等實際場景，為您展示該產(chǎn)品的應(yīng)用價值。廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.noblecapitaluk.com）始終以客戶需求為導(dǎo)向，致力于提供高性能、高性價比的光開關(guān)解決方案，助力光網(wǎng)絡(luò)升級與數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

一、實驗制作：PLC技術(shù)實現(xiàn)SiO?波導(dǎo)光開關(guān)量產(chǎn)

1.1核心制作工藝

新型波導(dǎo)矩陣光開關(guān)基于平面光波線路（PLC）技術(shù)制作，核心材料為硅基SiO?波導(dǎo)。制作流程嚴(yán)格遵循半導(dǎo)體工藝標(biāo)準(zhǔn)，確保產(chǎn)品的一致性與穩(wěn)定性，關(guān)鍵步驟如下：

1.      波導(dǎo)制備：采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）技術(shù)制備SiO?芯層與包層，芯層與包層折射率差控制為0.75%，波導(dǎo)截面尺寸設(shè)計為6.5μm×6.5μm，保證光信號的低損耗傳輸；

2.      MZI單元制作：在波導(dǎo)臂上蒸鍍鈦金屬薄膜作為加熱器，加熱器長度3.3mm、寬度20μm，確保熱光效應(yīng)的高效調(diào)控；

3.      器件封裝：采用高精度光纖對準(zhǔn)技術(shù)，將波導(dǎo)與光纖精準(zhǔn)對接，封裝后的器件體積小巧，便于安裝部署（實物圖如圖6、圖7所示）。

1.2制作優(yōu)勢

PLC技術(shù)的成熟應(yīng)用，讓新型波導(dǎo)矩陣光開關(guān)具備了量產(chǎn)能力：

4.      兼容性強(qiáng)：與現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝兼容，可實現(xiàn)大規(guī)模自動化生產(chǎn)，降低單位成本；

5.      一致性好：批量生產(chǎn)的器件性能差異小，插入損耗、響應(yīng)時間等指標(biāo)波動范圍窄；

6.      可靠性高：封裝過程采用高精度對準(zhǔn)技術(shù)，減少光纖與波導(dǎo)的對接偏差，降低耦合損耗。

二、性能測試：核心指標(biāo)達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平

為驗證產(chǎn)品性能，我們對2×2和4×4波導(dǎo)矩陣光開關(guān)進(jìn)行了全面的測試，測試條件為：輸入光信號波長1550nm（兼顧1530nm、1570nm波長測試），室溫環(huán)境，采用光功率計、示波器等專業(yè)設(shè)備測量核心指標(biāo)。

2.1MZI單元測試結(jié)果

MZI單元作為開關(guān)的核心部件，其性能直接影響整個器件的表現(xiàn)。測試結(jié)果顯示：

7.      光開關(guān)a（相位差Δφ=π）：插入損耗1.9dB，串?dāng)_-27dB，最高功耗400mW；

8.      光開關(guān)b（相位差Δφ=π/2）：插入損耗2.07dB，最高功耗200mW；

9.      輸出功率穩(wěn)定性：隨著加電功率的變化，輸出功率曲線平滑，峰值與交點(diǎn)清晰，表明開關(guān)狀態(tài)切換精準(zhǔn)（如圖6(b)所示）。

2.22×2波導(dǎo)矩陣光開關(guān)測試數(shù)據(jù)

2×2光開關(guān)的核心性能指標(biāo)如下：

10.    插入損耗：2.25dB（行業(yè)平均水平3-4dB）；

11.    響應(yīng)時間：0.8ms（<1ms，滿足高速切換需求）；

12.    串?dāng)_：-43dB（信號隔離度高，抗干擾能力強(qiáng)）；

13.    最高功耗：700mW；

14.    波長兼容性：在1530-1570nm波段，插入損耗波動小，兼容性優(yōu)異。

2.3 4×4波導(dǎo)矩陣光開關(guān)測試數(shù)據(jù)

4×4光開關(guān)的測試覆蓋多個通道，核心指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)異（部分通道測試數(shù)據(jù)如表1所示）：

15.    平均插入損耗：4.3dB（最小插入損耗約4.0dB）；

16.    平均偏振相關(guān)損耗（PDL）：0.4dB（偏振敏感性低，適配不同偏振態(tài)光信號）；

17.    平均串?dāng)_（XT）：-37dB（信號干擾小，傳輸質(zhì)量高）；

18.    開關(guān)功率：約670mW/通道；

19.    響應(yīng)時間：<1ms；

20.    波長一致性：在1530nm、1550nm、1570nm三個波長下，插入損耗曲線基本重合，表明波長適應(yīng)性強(qiáng)（如圖8所示）。

表1 4×4光開關(guān)部分通道測試數(shù)據(jù)

2.4測試結(jié)果分析

實驗測試數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果基本吻合，部分指標(biāo)略高于理論值（如插入損耗），主要原因在于器件解理后未進(jìn)行拋光處理、光纖與波導(dǎo)對接存在微小對準(zhǔn)偏差。后續(xù)通過工藝優(yōu)化（如增加拋光步驟、采用更高精度對準(zhǔn)設(shè)備），可進(jìn)一步降低插入損耗，提升產(chǎn)品性能。

整體來看，新型波導(dǎo)矩陣光開關(guān)的核心指標(biāo)達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平，低插入損耗、快速響應(yīng)、高隔離度的特點(diǎn)，能夠滿足光通信系統(tǒng)的嚴(yán)苛要求。

三、行業(yè)應(yīng)用：覆蓋多場景，賦能光網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)行

新型波導(dǎo)矩陣光開關(guān)憑借一對多、多對多的通信能力與優(yōu)異的性能指標(biāo)，已廣泛應(yīng)用于多個光通信場景，為客戶提供靈活、高效的光路解決方案。

3.1 數(shù)據(jù)中心互聯(lián)

隨著數(shù)據(jù)中心算力需求的爆發(fā)式增長，服務(wù)器與存儲設(shè)備之間的互聯(lián)帶寬持續(xù)提升。新型波導(dǎo)矩陣光開關(guān)可實現(xiàn)多路信號的靈活分發(fā)與切換，滿足數(shù)據(jù)中心內(nèi)部“東-西向”流量調(diào)度、跨區(qū)域數(shù)據(jù)備份、災(zāi)備系統(tǒng)建設(shè)等需求。其低損耗、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，可減少信號衰減，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕恍⌒突⒏呒啥鹊脑O(shè)計，適配數(shù)據(jù)中心的密集部署需求。

3.2  5G通信網(wǎng)絡(luò)

5G基站的前傳/回傳網(wǎng)絡(luò)需要大量的光路切換器件，以實現(xiàn)基站與核心網(wǎng)、基站與基站之間的靈活互聯(lián)。新型波導(dǎo)矩陣光開關(guān)的快速響應(yīng)（<1ms）與無阻塞特性，可滿足5G網(wǎng)絡(luò)動態(tài)光路調(diào)整、負(fù)載均衡的需求；一對多的通信能力，可實現(xiàn)單個核心節(jié)點(diǎn)信號向多個基站的分發(fā)，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。同時，其抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，適配戶外基站的復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境。

3.3密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)

DWDM系統(tǒng)通過不同波長承載多路信號，實現(xiàn)大容量傳輸。新型波導(dǎo)矩陣光開關(guān)可作為光路調(diào)度核心，實現(xiàn)不同波長信號的上下路與切換，支持多波長信號的同時分發(fā)，提升系統(tǒng)的靈活性與擴(kuò)容能力。其波長兼容性強(qiáng)（1530-1570nm）的特點(diǎn)，可適配DWDM系統(tǒng)的多波長需求，無需額外調(diào)整即可融入現(xiàn)有系統(tǒng)。

3.4 骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)建設(shè)

骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)承擔(dān)著大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，對光開關(guān)的可靠性、靈活性和scalability要求極高。新型波導(dǎo)矩陣光開關(guān)的嚴(yán)格無阻塞特性，可保證任意光路的快速建立與切換，滿足骨干網(wǎng)的動態(tài)流量調(diào)度需求；支持從2×2、4×4向8×8、16×16等更大規(guī)模擴(kuò)展，為網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容提供便利，降低長期建設(shè)成本。

3.5 其他特殊場景

除上述主流場景外，新型波導(dǎo)矩陣光開關(guān)還可應(yīng)用于光纖傳感網(wǎng)絡(luò)（如油氣管道監(jiān)測、電力線路監(jiān)測）、光測試儀器（如光功率計校準(zhǔn)、光路測試系統(tǒng)）、量子通信（多路量子信號分發(fā)）等特殊場景，憑借靈活的通信能力與優(yōu)異的性能，賦能更多新興領(lǐng)域的發(fā)展。

四、持續(xù)技術(shù)迭代，打造更優(yōu)產(chǎn)品

廣西科毅光通信始終堅持技術(shù)創(chuàng)新，針對新型波導(dǎo)矩陣光開關(guān)的后續(xù)研發(fā)，將重點(diǎn)聚焦以下方向：

1.      降低插入損耗：通過優(yōu)化波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、改進(jìn)封裝工藝，進(jìn)一步降低插入損耗，目標(biāo)將4×4光開關(guān)的平均插入損耗降至3.5dB以下；

2.      擴(kuò)大端口規(guī)模：研發(fā)8×8、16×16等更大規(guī)模的波導(dǎo)矩陣光開關(guān)，滿足超大規(guī)模光網(wǎng)絡(luò)的需求；

3.      降低功耗：優(yōu)化MZI單元的加熱器設(shè)計，采用更高效的熱光材料，降低開關(guān)功耗，提升產(chǎn)品的節(jié)能性；

4.      拓展應(yīng)用場景：針對量子通信、6G等新興領(lǐng)域，開發(fā)定制化產(chǎn)品，拓展應(yīng)用邊界。

新型波導(dǎo)矩陣光開關(guān)的實驗數(shù)據(jù)與應(yīng)用案例充分證明，該產(chǎn)品具備優(yōu)異的性能與廣泛的適用性，能夠為光通信網(wǎng)絡(luò)提供靈活、高效的光路解決方案。廣西科毅光通信科技有限公司憑借多年的技術(shù)積累與實戰(zhàn)經(jīng)驗，已實現(xiàn)該產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)與市場化應(yīng)用，為數(shù)據(jù)中心、5G通信、DWDM系統(tǒng)等領(lǐng)域的客戶提供了可靠的產(chǎn)品支持。

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