在全光網(wǎng)絡(luò)加速滲透的當(dāng)下，數(shù)據(jù)中心、5G 基站、長途光纖通信等場景對光信號傳輸?shù)乃俾逝c穩(wěn)定性提出了更高要求。作為全光交換的核心器件，光開關(guān)的性能直接決定了光網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率 —— 其核心功能是實(shí)現(xiàn)光信號在不同傳輸路徑間的精準(zhǔn)切換，而 “開關(guān)點(diǎn)電壓” 作為控制光開關(guān)狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)，若存在標(biāo)定偏差，將導(dǎo)致光信號泄漏、傳輸損耗增大等問題，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.www.mycountymedia.com）作為專業(yè)的光通信器件生產(chǎn)銷售商，基于相關(guān)技術(shù)開發(fā)了一套高效、精準(zhǔn)的光開關(guān)開關(guān)點(diǎn)電壓標(biāo)定方法，有效解決了傳統(tǒng)標(biāo)定方案的痛點(diǎn)，為全光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)支撐。本文將詳細(xì)解讀這一創(chuàng)新技術(shù)的原理、優(yōu)勢及應(yīng)用場景，助力行業(yè)伙伴深入了解光開關(guān)標(biāo)定的核心邏輯。

一、光開關(guān)在全光網(wǎng)絡(luò)中的核心地位與標(biāo)定需求

全光網(wǎng)絡(luò)的核心價(jià)值在于擺脫 “光 - 電 - 光” 轉(zhuǎn)換瓶頸 —— 傳統(tǒng)電子交換方式需將光信號轉(zhuǎn)為電信號處理后再轉(zhuǎn)回光信號，不僅限制了傳輸速率（難以突破 100Gbps 以上的實(shí)時(shí)處理需求），還導(dǎo)致設(shè)備能耗居高不下（占數(shù)據(jù)中心總能耗的 30% 以上）。而全光網(wǎng)絡(luò)通過光開關(guān)直接在光域完成信號交換，傳輸速率可輕松突破 400Gbps，能耗降低 50% 以上。

作為全光交換模塊的 “心臟”，光開關(guān)的工作狀態(tài)由控制電壓決定：當(dāng)電壓達(dá)到 “開關(guān)點(diǎn)電壓” 時(shí)，光開關(guān)切換至 “直通” 或 “交叉” 狀態(tài)（前者使光信號沿原路徑傳輸，后者使光信號轉(zhuǎn)向另一路徑）。

然而，受芯片制造誤差（如光波導(dǎo)尺寸偏差、移相器性能波動）影響，光開關(guān)的實(shí)際開關(guān)點(diǎn)電壓與理想值往往存在 5%-15% 的偏差，若不進(jìn)行精準(zhǔn)標(biāo)定，會出現(xiàn)以下問題：

1.      光信號串?dāng)_：電壓未達(dá)真實(shí)開關(guān)點(diǎn)時(shí)，部分光信號泄漏至非目標(biāo)路徑，導(dǎo)致接收端誤碼率升高；

2.      傳輸損耗超標(biāo)：非標(biāo)定電壓下，光開關(guān)內(nèi)部光功率衰減增加，需額外配置放大器補(bǔ)償，提升設(shè)備成本；

3.      設(shè)備壽命縮短：長期在非最優(yōu)電壓下工作，光開關(guān)的移相器（如加熱電阻型）易出現(xiàn)老化，使用壽命從 5 年縮短至 2-3 年。

因此，一套高效、精準(zhǔn)的開關(guān)點(diǎn)電壓標(biāo)定方法，是光開關(guān)產(chǎn)品量產(chǎn)與應(yīng)用的關(guān)鍵前提。

二、傳統(tǒng)光開關(guān)標(biāo)定方案的技術(shù)痛點(diǎn)

當(dāng)前行業(yè)主流的光開關(guān)標(biāo)定方法為 “直接探測法”：在每個(gè)光開關(guān)的輸出端口連接光探測器，通過測量不同電壓下的光功率，確定功率極值對應(yīng)的電壓為開關(guān)點(diǎn)。

該方法存在明顯缺陷，難以滿足高密度集成光開關(guān)的需求：

1.      光損耗大：光探測器與光開關(guān)輸出端口的連接需通過光纖跳線，每增加一個(gè)探測器，光功率損耗增加 0.5-1dB（若鏈路含 5 個(gè)光開關(guān)，總損耗達(dá) 2.5-5dB，超出光網(wǎng)絡(luò)允許的損耗閾值）；

2.      測試成本高：集成光開關(guān)鏈路（如 8×8 光開關(guān)矩陣）需數(shù)十個(gè)光探測器，單臺測試設(shè)備成本增加 10-20 萬元，且探測器的校準(zhǔn)維護(hù)需額外投入；

3.      芯片尺寸受限：若將探測器集成在光芯片上，會使芯片面積擴(kuò)大 30%-50%，導(dǎo)致封裝成本上升，不符合光器件 “小型化” 趨勢；

4.      標(biāo)定效率低：需逐一斷開 / 連接探測器以測試不同光開關(guān)，單條鏈路標(biāo)定耗時(shí)從 1 小時(shí)延長至 3-4 小時(shí)，影響量產(chǎn)效率。

針對這些痛點(diǎn)，廣西科毅光通信基于干涉原理，提出了 “基于光程差與頻譜分析的標(biāo)定方法”，無需在每個(gè)光開關(guān)后配置探測器，僅通過鏈路末端的單一探測器即可完成所有光開關(guān)的標(biāo)定，大幅提升效率與精準(zhǔn)度。

三、廣西科毅光通信的創(chuàng)新標(biāo)定方法：原理與步驟

1. 核心設(shè)計(jì)：帶光程差的光開關(guān)鏈路

標(biāo)定方案的核心是構(gòu)建 “待測光開關(guān) + 相鄰光開關(guān)” 的鏈路結(jié)構(gòu)，且兩者之間設(shè)置兩條具有預(yù)設(shè)光程差的光傳輸路徑（如圖 1 所示）。

圖 1：光開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

如圖 1，光開關(guān)包含兩個(gè)光輸入端口（12、13）、兩個(gè)光輸出端口（18、19）及兩條傳輸波導(dǎo)（16、17），波導(dǎo)間的長度差形成光程差。當(dāng)光信號從輸入端口進(jìn)入后，經(jīng)功率分配器分為兩路，分別沿兩條波導(dǎo)傳輸，最終在輸出端合并 —— 由于光程差存在，兩路光信號會發(fā)生干涉，干涉后的光功率變化與控制電壓直接相關(guān)。

實(shí)際標(biāo)定時(shí)，光開關(guān)鏈路的搭建需滿足以下要求（如圖 2 所示）：

1.      鏈路含 N 個(gè)光開關(guān)（N≥2），兩兩相鄰光開關(guān)間均設(shè)置兩條光傳輸路徑，且各路徑的光程差互不相同（如第 1-2 個(gè)光開關(guān)間光程差為 ΔL?，第 2-3 個(gè)間為 ΔL?，ΔL?≠ΔL?）；

2.      光源采用寬譜光源或可調(diào)諧激光器，可輸出 1530-1570nm 波長的光信號（覆蓋光通信常用的 C 波段）；

3.      鏈路末端連接 1 個(gè)光探測器與終端（如計(jì)算機(jī)），終端可采集光功率數(shù)據(jù)并進(jìn)行頻譜分析。

圖 2：光開關(guān)鏈路標(biāo)定場景示意圖

2. 標(biāo)定核心步驟：從頻譜分析到開關(guān)點(diǎn)確定

基于上述鏈路，廣西科毅光通信的標(biāo)定方法分為 4 個(gè)關(guān)鍵步驟（如圖 3 所示），適用于鏈路中所有光開關(guān)的標(biāo)定：

圖 3：標(biāo)定流程示意圖

步驟 1：獲取波域掃譜圖

對待測光開關(guān)施加 “預(yù)設(shè)步長的多個(gè)控制電壓”（如電壓范圍 0-25V，步長 0.5V），同時(shí)用不同波長的光信號（如 1530nm、1530.1nm…1570nm）掃描鏈路。

通過光探測器測量每個(gè)波長對應(yīng)的輸出光功率，在終端生成 “波域掃譜圖”（如圖 4 所示）—— 橫坐標(biāo)為波長，縱坐標(biāo)為光功率，反映不同波長下的光功率變化。

圖 4：波域掃譜圖

步驟 2：轉(zhuǎn)換為頻譜圖（含自由光譜范圍）

對波域掃譜圖進(jìn)行傅里葉變換，將 “波長 - 光功率” 關(guān)系轉(zhuǎn)換為 “自由光譜范圍（FSR）- 光功率” 關(guān)系，得到頻譜圖（如圖 5 所示）。其中，自由光譜范圍（FSR） 【是干涉信號的關(guān)鍵參數(shù)，代表相鄰兩個(gè)干涉峰的波長差，其值由光程差計(jì)算得出：

FSR = λ2 / (n?×ΔL)

公式中：λ 為預(yù)設(shè)波長（如 1550nm，取掃描波長的平均值），n?為光波導(dǎo)的群折射率（硅基波導(dǎo)的 n?約為 3.45），ΔL 為兩條光傳輸路徑的光程差（如 10μm）。

例如，當(dāng) λ=1550nm、n?=3.45、ΔL=10μm 時(shí)，F(xiàn)SR= (1550×10??)2 / (3.45×10×10??) ≈ 0.068nm，即頻譜圖中相鄰峰的間隔為 0.068nm。

圖 5：頻譜圖

步驟 3：確定各電壓下的目標(biāo)光功率

由于鏈路中各相鄰光開關(guān)的光程差不同，每個(gè)光開關(guān)對應(yīng)的 FSR 值也不同（如第 1 個(gè)光開關(guān)對應(yīng) FSR?=0.068nm，第 2 個(gè)對應(yīng) FSR?=0.085nm）。在頻譜圖中，找到與待測光開關(guān) FSR 值匹配的 “目標(biāo)干涉峰”，讀取該峰對應(yīng)的光功率 —— 此功率即為 “待測光信號的光功率”（僅由待測光開關(guān)的電壓控制，不受其他光開關(guān)影響）。

步驟 4：定位開關(guān)點(diǎn)電壓

重復(fù)步驟 1-3，獲取待測光開關(guān)在所有控制電壓下的目標(biāo)光功率，繪制 “電壓 - 光功率” 曲線（如圖 6 所示）。當(dāng)光功率達(dá)到最小值時(shí)，對應(yīng)的電壓即為開關(guān)點(diǎn)電壓 —— 原理是：當(dāng)電壓為真實(shí)開關(guān)點(diǎn)時(shí)，光開關(guān)僅允許一路光信號通過（直通或交叉狀態(tài)），兩條傳輸路徑中只有一條有光，無干涉發(fā)生，光功率最??；若電壓非開關(guān)點(diǎn)，兩路光信號均有傳輸，干涉后光功率升高。

圖 7：電壓 - 光功率響應(yīng)曲線（ALT 標(biāo)簽：）

3. 多光開關(guān)鏈路的標(biāo)定技巧

若鏈路含 N 個(gè)光開關(guān)（N≥3），需按 “從前到后” 的順序標(biāo)定，確保精度：

1.      先標(biāo)定第 1 個(gè)光開關(guān)：此時(shí)其他光開關(guān)施加默認(rèn)電壓（如 0V），按上述步驟確定其開關(guān)點(diǎn)電壓；

2.      標(biāo)定第 i 個(gè)光開關(guān)（2≤i≤N-1）：對第 1 至 i-1 個(gè)光開關(guān)施加已標(biāo)定的開關(guān)點(diǎn)電壓（使其處于穩(wěn)定狀態(tài)），再按步驟 1-4 標(biāo)定第 i 個(gè)；

3.      標(biāo)定第 N 個(gè)光開關(guān)（最后一個(gè)）：由于其后方無其他光開關(guān)，無需依賴干涉信號，直接測量不同電壓下的總光功率，取功率極大值與極小值對應(yīng)的電壓為開關(guān)點(diǎn)（極大值對應(yīng) “直通 / 交叉” 狀態(tài)，極小值對應(yīng)信號阻斷狀態(tài)）。

通過該方法，即使鏈路含 10 個(gè)光開關(guān)，也可在 1 小時(shí)內(nèi)完成全部標(biāo)定，且總光損耗控制在 1dB 以內(nèi)，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)方案。

四、創(chuàng)新方案的技術(shù)優(yōu)勢與實(shí)際應(yīng)用場景

1. 四大核心優(yōu)勢，適配量產(chǎn)與工程需求

相比傳統(tǒng) “直接探測法”，廣西科毅光通信的標(biāo)定方案具有顯著優(yōu)勢：

此外，方案還支持馬赫曾德爾干涉儀MZI光開關(guān)與微機(jī)電系統(tǒng)MEMS光開關(guān)等主流類型，兼容性覆蓋 90% 以上的光開關(guān)產(chǎn)品。

2. 三大應(yīng)用場景，賦能全光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

場景 1：數(shù)據(jù)中心光交換矩陣

大型數(shù)據(jù)中心的 “葉脊架構(gòu)” 需大量 8×8、16×16 光開關(guān)矩陣，用于實(shí)現(xiàn)服務(wù)器間的高速互聯(lián)。采用科毅標(biāo)定方案后，光開關(guān)矩陣的誤碼率從 10??降至 10?12，滿足 AI 訓(xùn)練、云計(jì)算等大流量場景的需求，同時(shí)每臺矩陣的能耗降低 20W（年節(jié)省電費(fèi)約 175 元 / 臺）。

場景 2：5G 基站前傳網(wǎng)絡(luò)

5G 基站的前傳鏈路需通過光開關(guān)實(shí)現(xiàn) “靈活調(diào)度”（如基站故障時(shí)自動切換備用鏈路）?？埔惴桨傅臉?biāo)定精度達(dá) ±0.1V，確保光開關(guān)在 - 40℃-70℃的戶外環(huán)境中仍穩(wěn)定工作，切換響應(yīng)時(shí)間＜1ms，避免基站斷網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。

場景 3：長途光纖通信干線

長途干線（如跨省光纖網(wǎng)絡(luò)）中的光開關(guān)需長期運(yùn)行在高穩(wěn)定性狀態(tài)，科毅方案標(biāo)定的光開關(guān)使用壽命從 3 年延長至 5 年以上，減少干線維護(hù)次數(shù)（從每年 2 次降至每 2 年 1 次），單條干線年維護(hù)成本降低 10 萬元。

五、廣西科毅光通信的技術(shù)實(shí)力與服務(wù)保障

作為光通信器件領(lǐng)域的深耕者，廣西科毅光通信不僅掌握光開關(guān)標(biāo)定的核心技術(shù)，還具備從研發(fā)到量產(chǎn)的全鏈條能力：

1.      研發(fā)團(tuán)隊(duì)：核心成員來自清華大學(xué)、電子科技大學(xué)等高校，擁有 10 年以上光芯片研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，已申請光開關(guān)相關(guān)專利 15 項(xiàng)（含 2 項(xiàng)發(fā)明專利）；

2.      生產(chǎn)能力：配備萬級潔凈車間與全自動光器件測試線，光開關(guān)月產(chǎn)能達(dá) 5000 臺，可滿足批量訂單需求；

3.      服務(wù)體系：為客戶提供 “標(biāo)定 + 調(diào)試 + 售后” 一站式服務(wù)，免費(fèi)提供標(biāo)定軟件（支持 Windows/Linux 系統(tǒng)），并承諾設(shè)備故障 24 小時(shí)內(nèi)響應(yīng)、支持返廠保養(yǎng)維修。

選擇合適的光開關(guān)是一項(xiàng)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。

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