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2025-07-21
在智能光網(wǎng)絡(luò)向城域網(wǎng)下沉的浪潮中，MEMS光開關(guān)正成為重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)靈活性的關(guān)鍵支點(diǎn)
隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用爆發(fā)式增長(zhǎng)，基于ROADM（可重構(gòu)光分插復(fù)用器）的智能光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展期。新一代CDC（無(wú)色、無(wú)方向、無(wú)競(jìng)爭(zhēng)）ROADM的主流方案中，1×N端口WSS（波長(zhǎng)選擇開關(guān)） + N×M端口MCS（多播開關(guān)）的組合憑借顯著的成本優(yōu)勢(shì)，已成為電信運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備制造商的優(yōu)選架構(gòu)（圖1）。這一趨勢(shì)推動(dòng)市場(chǎng)對(duì)MCS光開關(guān)的需求激增，尤其當(dāng)ROADM技術(shù)從骨干網(wǎng)向城域網(wǎng)下沉?xí)r。
圖1：基于WSS+MCS的CDC ROADM節(jié)點(diǎn)架構(gòu)（圖示為邏輯示意圖）
一、MCS光開關(guān)的核心構(gòu)造與挑戰(zhàn)
典型的8×16端口MCS光開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其核心由兩部分構(gòu)成：
1. 8個(gè)1×16端口PLC光分路器：采用平面光波導(dǎo)（PLC）技術(shù)制備，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的高效分路
2. 16個(gè)8×1端口光開關(guān)：完成光路的動(dòng)態(tài)選通，其中1×N端口光開關(guān)是性能關(guān)鍵，主流采用MEMS技術(shù)
圖2：8×16端口MCS光開關(guān)核心結(jié)構(gòu)組成
1×N MEMS光開關(guān)的核心組件極為精密（圖3）：
MEMS微反射鏡：核心光束控制元件，通常貼裝于TO管座
準(zhǔn)直透鏡：與TO管座通過管帽封裝成組件
多纖插針：在有源調(diào)試狀態(tài)下與前述光學(xué)組件精密對(duì)準(zhǔn)并固定
圖3：1×N MEMS光開關(guān)核心光學(xué)引擎結(jié)構(gòu)
二、大端口數(shù)、低損耗設(shè)計(jì)的核心技術(shù)瓶頸
盡管圖3結(jié)構(gòu)看似簡(jiǎn)潔，實(shí)現(xiàn)大端口數(shù)（N值大）且低損耗的1×N光開關(guān)面臨嚴(yán)峻物理限制：
1. 離軸損耗與像差矛盾：
o 最大損耗發(fā)生在離軸距離最大（△max）的端口，此處受離軸偏差影響最劇。
o 光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)孔徑（△max/f，f為準(zhǔn)直透鏡焦距）增大將導(dǎo)致像差顯著劣化。
o 單純?cè)黾咏咕鄁雖可減小像差，卻會(huì)導(dǎo)致入射到MEMS微鏡上的準(zhǔn)直光斑直徑增大：
（其中ω0為光纖模場(chǎng)半徑，ωc為微鏡光斑半徑）
2. 微鏡尺寸與偏轉(zhuǎn)角度的制約：
o 為保證99%的光斑能量覆蓋，微鏡直徑Φ需滿足Φ ≥ 3ωc。
o MEMS工藝存在固有約束：微鏡直徑Φ與最大偏轉(zhuǎn)角θmax相互制約。典型值如Φ=1mm時(shí)，θmax僅為±4°。
o 核心矛盾：增大Φ可容納更大光斑（允許更長(zhǎng)焦距f以減小像差），但會(huì)導(dǎo)致θmax減小（θmax ∝ 1/Φ），反而限制了可實(shí)現(xiàn)的端口數(shù)N。因此，單純?cè)黾觙無(wú)法提升N。
三、突破端口限制的三大技術(shù)路徑
面對(duì)端口數(shù)提升的困境，行業(yè)主要攻關(guān)方向如下：
1. 多纖插針排列優(yōu)化與雙軸微鏡應(yīng)用（圖4）：
o 傳統(tǒng)單軸方案（圖4左）：光纖呈單排線性排列，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但端口數(shù)受限（N較?。?/span>
o 高密度雙軸方案（圖4右）：光纖呈二維陣列排布，顯著提升單位面積端口密度，允許更大的N值。代價(jià)是需采用更復(fù)雜、成本更高的雙軸MEMS微鏡實(shí)現(xiàn)二維光束偏轉(zhuǎn)。
圖4：?jiǎn)闻啪€性排列(左) vs 二維陣列排列(右)及其對(duì)MEMS微鏡的要求
2. 光纖包層直徑縮減：
o 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖包層直徑為125μm，通過精密化學(xué)腐蝕工藝可減薄至60-80μm。
o 更細(xì)的光纖允許在相同空間內(nèi)集成更多端口。
o 局限性：工藝控制難度大，成本高，且直徑縮減仍不足夠，通常將端口數(shù)限制在N≤16。
3. 高性能準(zhǔn)直透鏡：
o 選用非球面透鏡或自聚焦透鏡（GRIN Lens）替代傳統(tǒng)的C-Lens（球面透鏡）。
o 這些透鏡具有更優(yōu)異的像差校正能力，能在相同相對(duì)孔徑下獲得更好的光束質(zhì)量，有利于支持更多端口或降低插入損耗。
四、城域網(wǎng)升級(jí)與科毅光通信的MEMS光開關(guān)解決方案
隨著運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型和用戶對(duì)靈活性的需求激增，基于WSS+MCS的ROADM已成為城域網(wǎng)建設(shè)的理想選擇。在此架構(gòu)中，高性能的1×N MEMS光開關(guān)是MCS實(shí)現(xiàn)靈活多播功能的核心基礎(chǔ)器件。
廣西科毅光通信科技有限公司（www.www.bycyjm.com） 深刻把握市場(chǎng)需求與技術(shù)前沿，依托自主研發(fā)實(shí)力，成功推出系列高性能MEMS光開關(guān)產(chǎn)品，包括極具競(jìng)爭(zhēng)力的1×48通道MEMS光開關(guān)。該產(chǎn)品核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：
先進(jìn)MEMS技術(shù)平臺(tái)：基于硅基微機(jī)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)微鏡的精確、可靠驅(qū)動(dòng)。
低損耗自由空間光路：優(yōu)化的光學(xué)設(shè)計(jì)與精密裝調(diào)，確保全通道低插入損耗與高一致性。
超快切換速度：毫秒級(jí)切換時(shí)間，滿足動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)調(diào)度需求。
緊湊高可靠性封裝：工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，適應(yīng)嚴(yán)苛環(huán)境，體積小巧易于集成。
五、廣闊應(yīng)用場(chǎng)景
科毅光通信的1×N MEMS光開關(guān)憑借其卓越性能，廣泛應(yīng)用于：
1. 光線路監(jiān)控（OLP/OSM）：實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信號(hào)的靈活選路，保障網(wǎng)絡(luò)可靠運(yùn)行。
2. OADM（光分插復(fù)用器）：核心光路切換單元，支撐靈活波長(zhǎng)上下路。
3. 光網(wǎng)絡(luò)測(cè)試與測(cè)量?jī)x器：提供快速、可編程的光路連接配置。
4. 下一代CDC ROADM：構(gòu)成MCS模塊，實(shí)現(xiàn)無(wú)色、無(wú)方向、無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的光交叉連接。
5. 數(shù)據(jù)中心光互連（DCI）：構(gòu)建靈活、可重構(gòu)的光傳送平面。
廣西科毅光通信科技有限公司（www.www.bycyjm.com） 是國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)，專注于高端光通信無(wú)源器件的研發(fā)、制造與銷售。公司核心產(chǎn)品線涵蓋：
高密度光纖連接器：滿足數(shù)據(jù)中心高速互連需求
WDM波分復(fù)用器：包括CWDM, DWDM, LWDM等
PLC光分路器：全系列分光比，F(xiàn)TTx核心器件
MEMS光開關(guān)：1xN, 2xN, MxN矩陣，高可靠性
科毅產(chǎn)品已深度應(yīng)用于光纖到戶(FTTH)、5G/6G移動(dòng)通信前傳/中傳/回傳、大型互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC)、國(guó)防通信等國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。公司持續(xù)投入MEMS光開關(guān)等前沿技術(shù)的研發(fā)，致力于為客戶提供高性能、高可靠性的光互連解決方案，賦能智能光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。
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