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2025-07-16
一、引言：MEMS光開關在高端領域的應用需求
隨著光通信技術的不斷發(fā)展，光開關作為實現(xiàn)光路動態(tài)重構的核心器件，在光纖通信、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)自動化以及航空航天等領域中發(fā)揮著重要作用。其中，MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）光開關因其響應速度快、體積小、功耗低等優(yōu)點，成為近年來的研究熱點。
然而，在航空航天、軍事裝備等極端環(huán)境下，光開關不僅要具備良好的光學性能，還需承受高強度的機械沖擊和復雜振動。因此，評估其在宇航級沖擊振動條件下的穩(wěn)定性和可靠性，是衡量其是否適用于高可靠性場景的關鍵指標。
基于《MEMS光開關抗宇航級沖擊振動能力》研究成果，結合廣西科毅光通信科技有限公司（以下簡稱“科毅光”）在光通信器件領域的研發(fā)經驗，深入分析MEMS光開關的結構設計、力學仿真、實驗驗證等內容，并探討其在高端應用場景中的技術優(yōu)勢和發(fā)展前景。
二、MEMS光開關的基本原理與結構設計
1. MEMS光開關的工作原理
MEMS光開關利用微型可動鏡面控制光信號的傳輸路徑。通過靜電驅動或其他方式使微鏡發(fā)生偏轉，從而將輸入光束引導至不同的輸出端口，實現(xiàn)光路切換功能。其典型結構包括：
l 光纖準直器陣列；
l 可控微鏡片；
l TO封裝外殼；
l 驅動電路模塊。
2. 結構優(yōu)化設計
為提高其在極端環(huán)境下的穩(wěn)定性，科毅光采用對稱扭臂梁結構作為微鏡支撐系統(tǒng)。該結構具有以下特點：
l 對稱性設計可有效減少因不對稱應力造成的形變；
l 扭臂梁材料選用單晶硅，具有優(yōu)異的強度和疲勞壽命；
l 微鏡表面鍍有高反射率涂層，提升光學效率。
圖1：MEMS光開關結構示意圖
三、抗沖擊振動能力的仿真分析
1. 沖擊載荷建模
為了模擬宇航環(huán)境中可能遇到的沖擊條件，研究團隊采用了ANSYS有限元仿真軟件，建立了MEMS光開關的三維力學模型。設定的沖擊參數(shù)如下：
l 沖擊加速度：1000G；
l 持續(xù)時間：0.5ms；
l 方向：垂直作用于微鏡平面。
2. 應力與形變分析
仿真結果顯示，在1000G沖擊作用下，MEMS光開關的主要受力集中在扭臂梁部位，最大應力值為418.99MPa，遠低于單晶硅材料的斷裂極限（約7000MPa）。同時，最大形變量僅為38.7μm，未造成結構性破壞。
圖2：力學分析模型圖
圖3：沖擊仿真模型圖
四、實驗驗證與性能測試
1. 實驗設置
為了進一步驗證理論分析結果，研究團隊進行了實際沖擊與振動測試。測試條件如下：
l 沖擊等級：1000G；
l 隨機振動頻率范圍：10Hz~2000Hz；
l 測試樣本數(shù)量：10個；
l 環(huán)境溫度：常溫無減震保護。
2. 性能變化對比
通過對沖擊前后樣品的插入損耗進行測量，發(fā)現(xiàn)其變化量小于0.05dB，符合MIL-STD-810G標準要求。此外，在連續(xù)10次沖擊后，器件仍能保持正常工作狀態(tài)，未出現(xiàn)功能失效或顯著性能下降。
圖4：沖擊仿真結果圖
圖5：試驗驗證現(xiàn)場圖
圖5：插損對比圖
五、廣西科毅光通信科技有限公司的技術優(yōu)勢
作為一家專注于光通信技術研發(fā)與生產的高新技術企業(yè)，廣西科毅光通信科技有限公司始終致力于推動MEMS光開關、磁光開關等核心光器件的國產化進程。
1. 技術研發(fā)實力
l 擁有一支由博士、碩士組成的專業(yè)研發(fā)團隊；
l 自主掌握MEMS微鏡加工、封裝測試、驅動控制等多項核心技術；
l 與航天科研機構合作，開展宇航級器件的聯(lián)合攻關。
2. 產品系列齊全
公司提供從1×1到1×16等多種規(guī)格的MEMS光開關產品，滿足不同客戶的需求。所有產品均通過嚴格的環(huán)境適應性測試，確保在高溫、低溫、高濕、振動等復雜條件下穩(wěn)定運行。
3. 行業(yè)應用廣泛
l 航空航天：用于衛(wèi)星通信、遙測遙控系統(tǒng)；
l 軍工電子：應用于雷達、導航、無人飛行器；
l 數(shù)據(jù)中心：支持高速光網絡的靈活配置；
l 工業(yè)激光：實現(xiàn)激光能量的精確切換與管理。
MEMS光開關憑借其優(yōu)良的光學性能和結構穩(wěn)定性，已成為未來高端光通信系統(tǒng)的重要組成部分。特別是在航空航天、軍工等對器件可靠性要求極高的領域，其抗沖擊振動能力顯得尤為重要。
廣西科毅光通信科技有限公司將持續(xù)加大研發(fā)投入，優(yōu)化產品性能，推出更多適應極端環(huán)境的光通信解決方案，助力中國光通信產業(yè)高質量發(fā)展。
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