科毅光通信 - 光开关器件与设备生产销售厂商

在密集波分复用（DWDM）系统中，光信号的功率均衡是实现长距离高速传输的关键。可变光衰减器（VOA）作为动态功率调节的核心器件，其性能直接影响整个光网络的稳定性与传输效率。本文将系统剖析当前主流的 VOA 技术原理、性能差异及应用场景，为光通信系统设计提供权威技术参考。作为光通信器件领域的专业企业，广西科毅光通信科技有限公司（官网：www.coreray.cn）已实现多种 VOA 与光开关的集成方案，相关测试技术可参考《光无源器件测试技术全解析：从原理到实践的专业指南》。

一、VOA 技术原理与分类

可变光衰减器通过主动调节光信号的衰减量，实现多通道功率均衡、接收机保护及动态增益控制。根据工作原理可分为七大技术流派，各具独特的结构设计与性能优势。

①高分子可调衍射光栅 VOA

基于薄膜表面调制技术的高分子 VOA，其核心结构由玻璃基底、铟锡氧化物（ITO）电极及聚合物层构成（图 1）。未加电时，聚合物与空气界面保持平面状态，入射光无衍射直接透射；加电后，界面形成周期性正弦光栅，通过调节电压改变光栅振幅（最大 300nm），实现零级衍射光强从 100% 到 0% 的连续调控。

图 1

该技术的突出优势在于微秒级响应速度与 0.8dB 的超低插入损耗，配合内置的光功率监控功能，在城域网 DWDM 系统中表现出优异的性价比。其温度特性稳定（-6~70℃），无需额外补偿电路，特别适合户外基站部署。

②磁光 VOA

利用法拉第磁致旋光效应的磁光 VOA，通过磁场调控偏振态实现衰减（图 2）。入射光经双折射晶体分为 o 光和 e 光，经法拉第旋转器后由全反射镜折返，再次通过旋转器和晶体。当法拉第旋转角为 45° 时，两束光偏振态互换后平行出射，衰减最小；旋转角为 0° 时，光束分离导致最大衰减。

图 2

磁光 VOA 的响应时间可达 35ms 以下，动态范围 25dB，但磁畴效应会导致衰减重复性偏差，需配合精密磁场控制技术改善。目前主要应用于军工通信等对响应速度要求严苛的场景。

③液晶 VOA

液晶材料的折射率各向异性使其成为天然的光调制介质（图 3上）。未加电时，液晶分子平行排列，使入射光偏振态旋转 90°；加电后分子垂直排列，偏振态不变。通过双折射晶体的分束与合束，未被接收的光束形成衰减（图 3下）。

图 3

该技术成本仅为 MEMS 方案的 60%，但温度敏感性强（0-65℃工作范围），低温环境下响应时间会延长至数百毫秒，更适合室内机房环境使用。

④ MEMS VOA

微机电系统（MEMS）技术在 VOA 领域衍生出反射式与衍射式两种方案（图 4）。反射式通过静电驱动微镜扭转改变反射光耦合效率；衍射式则通过动栅条位移形成动态光栅，调控一级衍射光强度。

图 4

MEMS VOA 的突出优势在于 0.2dB 的超低偏振相关损耗（PDL），动态范围可达 25dB 以上，响应时间最快 1ms。但作为机械结构，其长期可靠性受振动影响较大，需在封装中加入减震设计。

⑤平面光波导 VOA

基于光子集成技术的平面光波导 VOA 分为两类：Mach-Zehnder 干涉仪（MZI）型利用热光效应改变光程差（图 5），电吸收（EA）型则通过载流子注入调节吸收系数（图 6）。

图 5

图 6

MZI 型动态范围可达 40dB，适合大功率调节；EA 型响应时间 < 1ms，可兼作低速调制器，两者均利于高密度集成，但插入损耗较高（1.5-2.0dB）。

⑥高光电系数材料 VOA

采用特殊陶瓷光电材料（光电系数优于铌酸锂）的自由空间结构 VOA（图 7），通过电压调控材料折射率实现衰减。其优势在于无需波导结构，可承受大功率输入，响应时间 < 0.5ms，适合高功率光放大链路应用。

图 7

二、核心性能参数对比

不同技术路线的 VOA 在关键指标上呈现显著差异，需根据应用场景精准选型（表 1）。

表 1：主流 VOA 技术性能参数对比（成本指数以高分子型为基准）

关键参数解析

1.      动态范围：MZI 光波导型可达 40dB，适合长距离干线网；而城域网应用中 25dB 已足够满足需求。

2.      偏振相关损耗：MEMS 技术 < 0.2dB 的优势，使其成为偏振敏感系统的首选。

3.      温度特性：高分子与 MZI 光波导型在 - 5~70℃范围内性能稳定，无需温补电路。

4.      响应时间：衍射式 MEMS（<1ms）与高光电材料（<0.5ms）适合动态光网络节点。

三、典型应用场景

VOA 的技术选型需紧密结合应用场景的核心诉求，以下为三大典型应用案例：

①DWDM 系统功率均衡

在 80 通道 DWDM 系统中，各通道功率偏差需控制在 ±0.5dB 以内。采用高分子可调衍射光栅 VOA 阵列，配合在线光功率监测，可实现每个通道 0.1dB 步进的精密调节。其 0.8dB 的低插损特性，可减少对 EDFA 增益的消耗，延长传输距离约 10km。

②可重构光分插复用器（ROADM）

ROADM 节点需要快速切换的光衰减功能，衍射式 MEMS VOA 凭借 < 1ms 的响应时间，完美适配波长调度需求。广西科毅光通信科技将其与 1×4光开关集成，构建的紧凑型模块（尺寸 < 100×80mm）已应用于中国移动省级干线网。

③接收机过载保护

在突发光信号场景（如 PON 系统 ONU 端），液晶 VOA 的 < 0.3ms 快速响应可有效抑制功率骤升导致的接收机损坏。其低成本优势使每端口保护方案成本降低 40%，特别适合 FTTH 大规模部署。

三、技术发展趋势

VOA 技术正朝着三大方向演进：一是芯片级集成，MZI 型 VOA 已实现与光开关、波分复用器的单片集成，通道密度达 64 通道 / 芯片；二是智能化，加入 AI 功率预测算法的 VOA 模块，可提前 50ms 预判功率波动；三是宽波段兼容，最新的高光电系数材料 VOA 已实现 1260-1650nm 全波段覆盖。

广西科毅光通信科技有限公司通过自研的微光学对准平台，已突破 VOA 与光开关的集成难题，相关产品在隔离度（>60dB）、温度稳定性（±0.1dB/℃）等关键指标上达到国际领先水平。更多技术细节可访问官网技术白皮书栏目。

四、选型决策指南

选择 VOA 时需遵循 "三看" 原则：一看系统带宽，C+L 波段应用优先选择MEMS或光波导技术；二看响应速度，动态网络节点需 < 5ms 响应的方案；三看成本敏感程度，大规模部署可选用液晶或高分子技术。建议结合《光无源器件测试技术全解析》中提到的插入损耗、偏振相关损耗测试方法，对候选方案进行全面验证。

随着 5G 承载网向 200G/400G 升级，VOA 作为核心调节器件将面临更高的性能挑战。广西科毅光通信将持续推动 VOA与光开关、可调滤波器的集成创新，为下一代光网络提供更具竞争力的解决方案。

选择合适的无源光器件是一项需要综合考量技术、性能、成本和供应商实力的工作。希望本指南能为您提供清晰的思路。我们建议您在明确自身需求后，详细对比关键参数，并优先选择像科毅光通信这样技术扎实、质量可靠、服务专业的合作伙伴。

访问广西科毅光通信官网 www.coreray.cn 浏览我们的光开关产品，或联系我们的销售工程师，获取专属的选型建议和报价！