在5G通信、數(shù)據中心互聯(lián)等光通信場景中，光開關作為光路切換與路由調控的核心設備，其體積、響應速度與調控精度直接影響通信系統(tǒng)的效率。廣西科毅光通信科技有限公司（官網：www.m.rise-pj.com）自主研發(fā)的MEMS光開關及光交叉連接器，融合超構表面前沿技術與電磁熱耦合驅動方案，打破傳統(tǒng)光開關設計局限，為光通信領域提供高效、緊湊的核心器件解決方案。

一、MEMS光開關核心結構：小巧設計暗藏大能量

科毅光通信MEMS光開關以“框架-超構表面透鏡-連接結構”為核心架構，通過模塊化設計實現(xiàn)光路的精準調控，整體結構緊湊，適配各類集成化通信設備需求。

圖1 MEMS光開關的結構示意圖

核心組成部分解析：

1.      超構表面透鏡：作為光調控核心，透鏡由石英基底與陣列分布的亞波長結構單元組成（如圖2）。亞波長結構單元為高度一致、尺寸各異的微納米柱，可通過不同尺寸組合實現(xiàn)對入射光束的相位調節(jié)，同時完成準直與偏轉雙重功能，替代傳統(tǒng)光開關中的準直透鏡與反射鏡，大幅減少器件數(shù)量。

圖2 超構表面透鏡的結構示意圖

1.      相位調控原理：超構表面透鏡的相位分布通過入射光波長、透鏡焦距及亞波長結構單元位置精準計算，滿足兩種核心方程（P=2π/λ(f-√(r2+f2))或P=πr2/(λf)），確保光束經透鏡透射后精準耦合至目標端口。圖3展示了亞波長結構單元尺寸與相位、透過率的對應關系，為透鏡設計提供科學依據。

圖3 超構表面透鏡的尺寸與相位透過率的關系曲線 

1.      連接結構：由熱驅動單元與迂回式連接梁組成（如圖4），熱驅動單元呈軸對稱設計，通過多組熱驅動梁串聯(lián)形成驅動力。連接梁采用“第一迂回段+第二迂回段”的組合結構，其長度方向與熱驅動單元對稱軸平行或垂直，確保驅動力高效傳遞至超構表面透鏡，實現(xiàn)多方向位移調節(jié)。

圖4 圖1中A處的局部結構放大圖

二、創(chuàng)新驅動方案：電磁+熱驅動，兼顧速度與精度

傳統(tǒng)光開關單一驅動方式常面臨“位移不足”或“響應緩慢”的痛點，科毅光通信采用電磁驅動與熱驅動耦合的創(chuàng)新方案，實現(xiàn)“大位移+快響應+高精度”三重優(yōu)勢。

1.熱驅動單元：提供穩(wěn)定大位移輸出

熱驅動單元由對稱設置的第一熱驅動梁、第二熱驅動梁及連接桿組成（如圖5），通入電流后通過焦耳熱產生熱膨脹，利用V型結構（夾角165°~175°）將熱膨脹量轉化為連接桿方向的位移。多組熱驅動梁串聯(lián)設計可進一步放大位移，滿足大行程光路調節(jié)需求。

圖5 MEMS光開關經熱驅動和電磁驅動后的結構示意圖

熱驅動單元材料選用Cu、W、NiCr合金等電導率與熱膨脹系數(shù)優(yōu)異的材質，確保驅動效率與穩(wěn)定性，適配長期高頻次的光路切換場景。

2.電磁驅動補強：提升響應速度與對準精度

在熱驅動單元下方增設永磁體（如圖6、圖7），利用熱驅動單元工作時的大電流密度，在磁場中產生洛倫茲力（F=BIL?sinθ）。電磁驅動的快響應特性彌補了熱驅動速度短板，同時洛倫茲力可實現(xiàn)微米級微調，讓光路對準精度大幅提升，完美適配高帶寬通信場景的精準調控需求。

圖6 圖1中B處的局部結構放大圖

圖7 MEMS光開關的側視結構示意圖

三、光交叉連接器：多端口靈活組網核心設備

基于上述MEMS光開關核心技術，科毅光通信推出光交叉連接器，由輸入光纖、第一MEMS光開關、第二MEMS光開關及輸出光纖依次組成（如圖8），可實現(xiàn)多端口之間的光路靈活切換與交叉連接。

圖8 光交叉連接器的原理示意圖

該光交叉連接器支持多端口擴展，通過超構表面透鏡的光束偏轉功能，可實現(xiàn)49個及以上輸出端口的穩(wěn)定切換（如圖9）。輸出光束強度分布呈高斯分布（如圖10），光路損耗低、穩(wěn)定性強，適用于數(shù)據中心、骨干網等需要大規(guī)模光路調度的場景。

圖9 超構表面透鏡光束偏轉實現(xiàn)49個輸出端口的0XC仿真的結果圖

圖10 超構表面透鏡光束偏轉光強分布進行仿真的結果圖

四、產品核心優(yōu)勢：重塑光開關應用價值

1.      體積更緊湊：超構表面透鏡集成準直與偏轉功能，減少傳統(tǒng)光開關的元件數(shù)量，整體器件體積大幅縮小，適配集成化通信設備安裝需求。

2.      調控更精準：電磁熱耦合驅動方案結合超構表面相位精準調控，光路對準誤差控制在微米級，確保通信信號穩(wěn)定傳輸。

3.      響應更快速：電磁驅動的快響應特性彌補熱驅動短板，整體響應速度優(yōu)于傳統(tǒng)單一驅動光開關，滿足高頻次光路切換需求。

4.      兼容性更強：支持1550nm通信波長，適配5G、數(shù)據中心、光纖傳感等多場景應用，可與現(xiàn)有光通信系統(tǒng)無縫對接。

五、應用場景：覆蓋全場景光通信需求

科毅光通信MEMS光開關及光交叉連接器已廣泛應用于：

1.      數(shù)據中心互聯(lián)：實現(xiàn)服務器之間的光路快速切換與負載均衡；

2.      5G基站通信：滿足基站間信號路由調控，提升通信網絡靈活性；

3.      骨干網傳輸：支持多端口交叉連接，優(yōu)化骨干網資源調度效率；

4.      光纖傳感系統(tǒng)：精準調控傳感光路，提升傳感信號靈敏度。

作為專業(yè)的光通信設備生產銷售商，廣西科毅光通信科技有限公司始終以技術創(chuàng)新為核心，依托自主研發(fā)的MEMS光開關技術，為客戶提供定制化的光通信核心器件解決方案。如需了解產品詳情或咨詢合作，可訪問官網【www.m.rise-pj.com】或直接聯(lián)系我們，攜手共創(chuàng)光通信行業(yè)新價值。

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