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在光電子集成芯片快速發(fā)展的背景下，2×2光開關作為光信息處理和信號路由的核心器件，在通信、傳感、量子系統(tǒng)及微波光子線路中具有不可替代的作用。隨著大規(guī)模光電子集成芯片需求的激增，光開關的性能指標（如低串擾、低功耗）成為行業(yè)關注焦點。

廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.m.rise-pj.com）作為專業(yè)光開關生產(chǎn)銷售企業(yè)，始終聚焦光電子集成領域的技術革新。針對大規(guī)模光電子集成芯片對光開關性能的嚴苛需求，公司聯(lián)合科研團隊推出低串擾、低功耗硅基光開關解決方案，其核心技術基于高度均衡的耦合器與折疊式移相器設計，相關研究成果已發(fā)表于《Optics Letters》（2025 年第 50 卷第 1 期），為光通信、傳感及量子系統(tǒng)提供了高性能核心器件支持。

一、技術背景：2×2 光開關的性能瓶頸與突破方向

在光信息處理與信號路由中，2×2光開關是構建大規(guī)模光網(wǎng)絡的基礎單元，其性能直接影響系統(tǒng)可靠性與能效。當前主流實現(xiàn)方案存在明顯局限：

• 微環(huán)諧振器（MRR）：結構緊湊但溫度敏感性極高，需復雜溫控機制維持穩(wěn)定，難以滿足大規(guī)模集成需求；

• 傳統(tǒng)馬赫 - 曾德爾干涉儀（MZI）：雖支持寬帶路由，但存在耦合器分光不均、移相臂損耗差異大等問題，導致串擾高、功耗高，限制了其在高密度集成場景的應用。

廣西科毅光通信通過深入分析 MZI 開關的性能瓶頸，創(chuàng)新采用高度均衡多模干涉（MMI）耦合器與折疊式高效移相器組合設計，成功突破傳統(tǒng)技術限制，實現(xiàn)了低串擾、低功耗的硅基光開關量產(chǎn)化解決方案。

二、核心技術：低串擾低功耗硅基光開關的設計創(chuàng)新

1. 整體結構設計

該硅基光開關基于 MZI 架構，核心由高度均衡 MMI 耦合器和折疊式移相器組成，通過優(yōu)化波導與熱極金屬的折疊布局，實現(xiàn)高熱效率與低損耗特性。

 1.1MZI光開關的核心優(yōu)勢

·         寬帶光路由能力：與波長無關的切換特性，適用于多波長通信場景。

·         高溫度穩(wěn)定性：無需主動反饋調諧，降低系統(tǒng)復雜度。

·         低功耗設計：通過折疊波導與金屬加熱器結構優(yōu)化熱分布，顯著降低能耗。

圖1：硅基MZI光開關結構示意圖

（圖片說明：展示折疊波導、金屬加熱器及移相器橫截面設計，標注關鍵尺寸與材料參數(shù)。）

2. 高度均衡 MMI 耦合器設計

MMI 耦合器是決定 MZI 開關串擾的關鍵組件，其分光均衡性直接影響干涉消光效果。本設計通過結構優(yōu)化，實現(xiàn)：

• 寬波段低損耗：C 波段插入損耗低于 0.14 dB，1550 nm 波長下理論損耗僅 0.096 dB；

• 高均衡性：分光不平衡度低于 0.13 dB（1550 nm 處低至 0.037 dB）；

• 工藝容忍度高：對硅波導寬度變化容忍度達 ±40 nm，兼容主流硅光制造工藝，大幅降低量產(chǎn)難度。

• 應用價值：為大規(guī)模集成光芯片提供高穩(wěn)定性基礎組件。

圖2：MMI耦合器性能測試

（圖片說明：展示不同波導寬度下的插入損耗與不均衡度曲線。）

3. 折疊式高效移相器設計

移相器功耗是制約光開關集成密度的核心因素，本設計采用折疊波導 + TiW 合金加熱器組合方案：

• 低功耗：π 相移功耗（Pπ）僅約 8 mW，較傳統(tǒng)設計降低 50% 以上；

• 高熱效率：200 nm 厚 TiW 合金加熱材料與波導尺寸精準匹配，熱場分布均勻（如圖 3d）；

• 緊湊結構：折疊布局減少占用空間，適合高密度集成。

• 開關速度：10%-90%上升/下降時間為22μs/9μs，滿足高速通信需求。

圖3：移相器設計與熱場分析

（圖片說明：展示波導彎曲結構、電場分布及熱場模擬結果。）

三、制造工藝與性能指標

1. 高精密制造工藝流程

 采用電子束光刻（EBL） 與感應耦合等離子體刻蝕技術，關鍵參數(shù)控制：

• 硅波導：厚度 220 nm，寬度 500 nm，特殊區(qū)域（如 1.75 μm 半徑彎曲波導）精準成型；

• 包層與埋氧層：厚度分別控制在 2.2 μm 和 2.0 μm，確保光場約束與散熱性能；

• 兼容深紫外（DUV）光刻工藝，滿足大規(guī)模量產(chǎn)需求。

圖4：器件制造結果

 （圖片說明：顯微鏡與SEM圖像展示折疊波導及MMI區(qū)域的微觀結構。）

2. 核心性能指標

經(jīng)實驗驗證，該硅基光開關綜合性能領先行業(yè)水平：

• 低串擾：電子束光刻工藝器件串擾低于 - 35      dB，深紫外工藝器件低于 - 30 dB；

• 低功耗：π 相移功耗僅 8 mW，大幅降低系統(tǒng)散熱壓力；

• 快速響應：10%-90% 上升 / 下降時間分別為 22 μs/9 μs，支持高速光信號路由；

• 低插入損耗：片上總損耗約 1.6 dB（含彎曲波導 0.3 dB、MMI 耦合器      0.3 dB 及直波導傳輸損耗）。

• 穩(wěn)定性驗證：在寬譜光測試中表現(xiàn)出優(yōu)異的波長適應性。

圖5：光譜響應測試數(shù)據(jù)

（圖片說明：不同加熱功率條件下的輸出端口光譜響應曲線。）

四、應用場景與行業(yè)價值

1. 核心應用領域

• 光通信網(wǎng)絡：適用于數(shù)據(jù)中心高速光互聯(lián)、骨干網(wǎng)光交叉連接（OXC）；

• 光傳感系統(tǒng)：支持高精度光信號路由與切換；

• 量子信息處理：低串擾特性滿足量子態(tài)傳輸保真度要求；

• 微波光子線路：適配寬帶信號處理需求。

2. 廣西科毅光通信產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢

作為專業(yè)光開關生產(chǎn)銷售商，公司將該技術轉化為量產(chǎn)產(chǎn)品時，額外實現(xiàn)：

• 成本優(yōu)化：兼容成熟硅光工藝，量產(chǎn)成本較傳統(tǒng)方案降低      30% 以上；

• 可靠性保障：通過 - 40℃~+85℃寬溫測試，滿足 Telcordia GR-468 可靠性標準；

• 定制化服務：可根據(jù)客戶需求調整端口配置、封裝形式（詳情訪問www.m.rise-pj.com）。

五、關于廣西科毅光通信科技有限公司

科毅光通信專注于光開關及光通信器件的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，產(chǎn)品涵蓋硅基光開關、MEMS 光開關、集成光模塊等全系列解決方案。公司依托自主研發(fā)的低串擾、低功耗光開關核心技術，為全球客戶提供高性能、高可靠的光網(wǎng)絡核心器件，廣泛應用于數(shù)據(jù)中心、5G 通信、光纖傳感等領域。

 選擇合適的光開關是一項需要綜合考量技術、性能、成本和供應商實力的工作。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，詳細對比關鍵參數(shù)，并優(yōu)先選擇像科毅光通信這樣技術扎實、質量可靠、服務專業(yè)的合作伙伴

如需獲取該硅基光開關的詳細技術參數(shù)、樣品申請或合作咨詢，歡迎訪問官網(wǎng)www.m.rise-pj.com，或聯(lián)系技術支持團隊。