科毅光通信 - 光开关器件与设备生产销售厂商

在智能光网络向城域网下沉的浪潮中，MEMS光开关正成为重构网络灵活性的关键支点

随着互联网应用爆发式增长，基于ROADM（可重构光分插复用器）的智能光网络建设进入高速发展期。新一代CDC（无色、无方向、无竞争）ROADM的主流方案中，1×N端口WSS（波长选择开关） + N×M端口MCS（多播开关）的组合凭借显著的成本优势，已成为电信运营商和设备制造商的优选架构（图1）。这一趋势推动市场对MCS光开关的需求激增，尤其当ROADM技术从骨干网向城域网下沉时。

图1：基于WSS+MCS的CDC ROADM节点架构（图示为逻辑示意图）

一、MCS光开关的核心构造与挑战

典型的8×16端口MCS光开关结构如图2所示，其核心由两部分构成：

1. 8个1×16端口PLC光分路器：采用平面光波导（PLC）技术制备，实现光信号的高效分路

2. 16个8×1端口光开关：完成光路的动态选通，其中1×N端口光开关是性能关键，主流采用MEMS技术

图2：8×16端口MCS光开关核心结构组成

1×N MEMS光开关的核心组件极为精密（图3）：

• MEMS微反射镜：核心光束控制元件，通常贴装于TO管座

• 准直透镜：与TO管座通过管帽封装成组件

• 多纤插针：在有源调试状态下与前述光学组件精密对准并固定

图3：1×N MEMS光开关核心光学引擎结构

二、大端口数、低损耗设计的核心技术瓶颈

尽管图3结构看似简洁，实现大端口数（N值大）且低损耗的1×N光开关面临严峻物理限制：

1. 离轴损耗与像差矛盾：

o    最大损耗发生在离轴距离最大（△max）的端口，此处受离轴偏差影响最剧。

o    光学系统相对孔径（△max/f，f为准直透镜焦距）增大将导致像差显著劣化。

o    单纯增加焦距f虽可减小像差，却会导致入射到MEMS微镜上的准直光斑直径增大：

（其中ω0为光纤模场半径，ωc为微镜光斑半径）

2. 微镜尺寸与偏转角度的制约：

o    为保证99%的光斑能量覆盖，微镜直径Φ需满足Φ ≥ 3ωc。

o    MEMS工艺存在固有约束：微镜直径Φ与最大偏转角θmax相互制约。典型值如Φ=1mm时，θmax仅为±4°。

o    核心矛盾：增大Φ可容纳更大光斑（允许更长焦距f以减小像差），但会导致θmax减小（θmax ∝ 1/Φ），反而限制了可实现的端口数N。因此，单纯增加f无法提升N。

三、突破端口限制的三大技术路径

面对端口数提升的困境，行业主要攻关方向如下：

1. 多纤插针排列优化与双轴微镜应用（图4）：

o    传统单轴方案（图4左）：光纤呈单排线性排列，结构简单，但端口数受限（N较小）。

o    高密度双轴方案（图4右）：光纤呈二维阵列排布，显著提升单位面积端口密度，允许更大的N值。代价是需采用更复杂、成本更高的双轴MEMS微镜实现二维光束偏转。

图4：单排线性排列(左) vs 二维阵列排列(右)及其对MEMS微镜的要求

2. 光纤包层直径缩减：

o    标准单模光纤包层直径为125μm，通过精密化学腐蚀工艺可减薄至60-80μm。

o    更细的光纤允许在相同空间内集成更多端口。

o    局限性：工艺控制难度大，成本高，且直径缩减仍不足够，通常将端口数限制在N≤16。

3. 高性能准直透镜：

o    选用非球面透镜或自聚焦透镜（GRIN Lens）替代传统的C-Lens（球面透镜）。

o    这些透镜具有更优异的像差校正能力，能在相同相对孔径下获得更好的光束质量，有利于支持更多端口或降低插入损耗。

四、城域网升级与科毅光通信的MEMS光开关解决方案

随着运营商网络转型和用户对灵活性的需求激增，基于WSS+MCS的ROADM已成为城域网建设的理想选择。在此架构中，高性能的1×N MEMS光开关是MCS实现灵活多播功能的核心基础器件。

广西科毅光通信科技有限公司（www.coreray.cn） 深刻把握市场需求与技术前沿，依托自主研发实力，成功推出系列高性能MEMS光开关产品，包括极具竞争力的1×48通道MEMS光开关。该产品核心技术优势在于：

• 先进MEMS技术平台：基于硅基微机电系统，实现微镜的精确、可靠驱动。

• 低损耗自由空间光路：优化的光学设计与精密装调，确保全通道低插入损耗与高一致性。

• 超快切换速度：毫秒级切换时间，满足动态业务调度需求。

• 紧凑高可靠性封装：工业级设计，适应严苛环境，体积小巧易于集成。

五、广阔应用场景

科毅光通信的1×N MEMS光开关凭借其卓越性能，广泛应用于：

1. 光线路监控（OLP/OSM）：实现监测信号的灵活选路，保障网络可靠运行。

2. OADM（光分插复用器）：核心光路切换单元，支撑灵活波长上下路。

3. 光网络测试与测量仪器：提供快速、可编程的光路连接配置。

4. 下一代CDC ROADM：构成MCS模块，实现无色、无方向、无竞争的光交叉连接。

5. 数据中心光互连（DCI）：构建灵活、可重构的光传送平面。

广西科毅光通信科技有限公司（www.coreray.cn） 是国家级高新技术企业，专注于高端光通信无源器件的研发、制造与销售。公司核心产品线涵盖：

• 高密度光纤连接器：满足数据中心高速互连需求

• WDM波分复用器：包括CWDM, DWDM, LWDM等

• PLC光分路器：全系列分光比，FTTx核心器件

• MEMS光开关：1xN, 2xN, MxN矩阵，高可靠性

科毅产品已深度应用于光纤到户(FTTH)、5G/6G移动通信前传/中传/回传、大型互联网数据中心(IDC)、国防通信等国家信息基础设施领域。公司持续投入MEMS光开关等前沿技术的研发，致力于为客户提供高性能、高可靠性的光互连解决方案，赋能智能光网络建设。