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光开关技术重大突破:超表面波导实现0.5dB超低插损,带宽>300nm

2025-08-04

光开关技术新突破:超表面波导插损低至 0.5dB,引领 5G 算力网络变革


数据中心流量爆炸式增长,光网络带宽与效率面临严峻挑战?传统光开关的高插损、窄带宽瓶颈是否制约了您的系统升级? 广西科毅光通信科技有限公司(www.coreray.cn)带来颠覆性解决方案!我们自豪地宣布,通过自主研发的超表面波导技术,成功将光开关的核心性能指标——插入损耗降至革命性的0.5dB,同时将工作带宽大幅拓展至300nm以上(覆盖O至U波段)。这一里程碑式的突破,不仅解决了当前数据中心骨干网等高带宽场景的痛点,更重新定义了光开关的性能标杆,为构建下一代超高性能、超低功耗的光通信网络提供了核心驱动力。



一、 突破传统桎梏:超表面波导技术的革命性创新

传统光开关,无论是机械式还是主流的MEMS光开关,长期受限于高插入损耗(普遍在1dB至4dB以上)和窄工作带宽(通常仅30-80nm)。这导致光信号在节点处严重衰减,限制了波分复用(WDM)的通道密度和光纤传输容量,成为光网络向更高速度、更大容量演进的关键瓶颈。

科毅光通信的超表面波导技术,其核心创新在于巧妙地融合了二维集成光子芯片与三维自由曲面设计。这种设计摒弃了传统依赖周期性光栅进行多次衍射耦合的方式,而是通过类似“搭积木”的方法,在芯片上引入精密的微型三维自由曲面结构,实现了对光波前的直接、高效片上调控。


这种创新设计带来了三大核心优势:

1. 维度跃升,损耗锐减: 三维结构提供了前所未有的光场调控自由度,显著减少了光信号在光纤-芯片、芯片-芯片耦合以及开关路径中的能量损失。

2. 带宽革命: 突破了传统结构对波长的限制,实现了超宽光谱范围的高效工作。

3. 普适接口: 作为一种通用型光学芯片接口技术,具有很强的兼容性,适用于多种光互连场景。


实测性能傲视群雄:

  • 插入损耗低至0.5dB:相较于传统技术的3-4dB和MEMS光开关的0.8-4.0dB,实现了数量级的降低,极大减少了信号衰减。

  • 工作带宽大于300nm:覆盖完整的O、E、S、C、L、U波段,远超传统技术的30-80nm,满足最苛刻的波分复用和未来频谱扩展需求。

  • 信道串扰:>55dB(保持优异水平)

  • 工作温度:-40℃ 至 +85℃(工业级宽温范围)

  • 切换时间:毫秒级(满足快速保护倒换需求)



二、 性能飞跃:定义光开关新标杆

超表面波导光开关在关键性能指标上实现了质的飞跃,为行业树立了新标准。下表清晰展示了其与传统方案的显著对比:

关键性能指标

超表面波导光开关

传统机械式光开关

MEMS光开关 (行业参考)

插入损耗

0.5dB (行业领先)

1.0dB

0.8 - 4.0dB

工作带宽

>300nm (O-U波段全覆盖)

30 - 40nm

30 - 80nm

切换时间

毫秒级

毫秒级

毫秒级

封装尺寸

超紧凑设计

56×80×15mm (较大)

26.5×11×9.9mm (紧凑)

工作温度范围

-40℃ 至 +85℃

-5℃ 至 +70℃

-40℃ 至 +85℃

信道串扰

>55dB

>55dB

>55dB


核心价值解读:

  • 0.5dB 超低插损:意味着光信号经过开关节点后,能量损失极小(约89%的光功率得以保留),显著延长了无中继传输距离,提升了系统信噪比和整体链路预算,尤其利好数据中心内部长距离光互连骨干网传输。

  • >300nm超宽带宽:解锁了巨大的光谱资源。单一光开关即可支持覆盖O到U波段的超大容量波分复用系统,例如支持完整的C波段(约4THz)、扩展的C++波段或C+L波段(约11THz),无需复杂的多器件组合或频繁的波长转换,大幅简化系统设计,提升单纤传输容量和波长资源利用率。这对于部署400G/800G/1.2T光传输系统至关重要。

  • 高可靠性: 宽温工作和优异的串扰性能,确保在苛刻环境下稳定运行。

简而言之,科毅超表面波导光开关通过超低插损超宽带宽,直接解决了当前光网络升级的两大核心痛点:信号衰减过大波长资源受限



三、 不止于参数:全方位的解决方案优势

超表面波导技术不仅仅带来了卓越的参数,更在系统层面提供了强大的解决方案优势:

1. 通用高效互连,赋能光电融合:

o    作为革命性的光互连接口,该技术完美解决了光纤-芯片芯片-芯片之间长期存在的高损耗、低带宽互连难题。

o    光传递效率高达90%以上,为构建高集成度的光电共封装(CPO, Co-Packaged Optics)或近封装光学(NPO, Near-Packaged Optics)架构铺平了道路,有效解决信息传输与处理中的带宽和功耗墙问题,是未来高性能计算系统的理想选择。

2. 数据中心光互连的核心引擎:

o    数据中心内部,面对服务器间、机架间爆炸式增长的流量,科毅技术为芯片间板间机架间光互连提供了超低损耗、超大带宽的解决方案。

o    特别适用于支撑400G/800G/1.2T光传输及更高速率,有效解决传统电气或光学接口的带宽瓶颈和损耗问题,显著提升带宽利用率,降低散热和能耗,是构建全光数据中心、实现低延迟、高吞吐量数据传输的关键基石。

3. 构筑坚不可摧的光网络:

o    骨干网城域网保护场景中,科毅超表面波导光开关是构建高性能光网络保护倒换系统的理想选择。

o    超低插损特性确保在主备路径切换时,信号质量几乎不受影响,用户业务体验无损。

o    超宽带宽特性支持更灵活、更复杂的波长调度和保护策略,提供更大的故障恢复灵活性。

o    结合毫秒级的切换速度,能够实现更快的故障检测与冗余路径切换,显著提升网络可靠性,最大限度减少业务中断时间,降低运维成本。

4. 智能光网络的关键组件:

o    光交叉连接(OXC) 设备中,科毅技术能够实现更高效的波长级业务调度和更大规模的光路动态重构。

o    超宽带宽特性使得单一OXC设备即可轻松支持C++波段(80波以上)或C+L波段(11THz频谱资源)的灵活调度,最大化提升网络资源利用率,降低设备复杂性和成本。

5. 跨界创新,拓展应用边界:

o    超表面波导技术的精密光场操控能力,使其在光传感系统中展现出巨大潜力。例如,通过在波导端面集成三维自由曲面,可对出射光束进行精确波前整形,实现对微米级颗粒(如单细胞)的可控悬浮与精准测量。

o    科毅实验室已成功演示对4微米小球的稳定悬浮,并实现了灵敏度高达10¹²N的弱力测量。这为光通信器件的精密测试、质量控制以及生物传感(如单细胞分析)等交叉创新领域提供了全新的技术手段。



四、 成功实践:赋能客户创造卓越价值

科毅超表面波导光开关技术已在实际项目中得到成功应用,为客户带来了显著的性能和经济效益:

  • 案例一:大型互联网企业数据中心400G升级

    • 客户挑战: 需构建新一代400G光互连骨干网络,要求支持超高密度波分复用以提升单纤容量,同时严格限制插损预算以保障信号质量。

    • 科毅方案: 采用基于超表面波导技术的核心光开关组件,提供0.5dB 超低插损>300nm 超宽带宽

    • 客户价值: 成功实现更密集的通道间隔,显著提升单根光纤传输容量超过30%,有效降低了光纤部署数量和复杂度的成本压力,同时优异的低损耗特性保障了端到端链路性能,为数据中心高速互联提供了坚实基础。[查看更多数据中心应用案例]

  • 案例二:主流运营商骨干网智能保护系统

    • 客户挑战: 提升国家骨干网络的健壮性和自愈能力,要求故障切换速度快、业务影响小(插损变化微乎其微),并能适应未来带宽扩展需求。

    • 科毅方案: 部署集成科毅超表面波导光开关的智能光网络保护倒换系统

    • 客户价值: 实现毫秒级快速、无缝业务切换超低插损确保切换前后信号质量稳定无感知。超宽带宽为网络预留了充足的升级空间,支持未来更灵活的波长调度策略。网络整体可靠性提升至99.999%以上,运维压力显著降低。[了解光网络保护方案详情]

  • 灵活定制,满足多元需求:
         科毅提供模块化设计的光开关系列产品,支持从单端口多端口、从简单功能复杂功能(如大规模矩阵)的灵活配置。我们致力于根据客户具体的应用场景需求,提供量身定制光开关解决方案[浏览科毅光开关产品系列]
     [咨询定制化服务]



五、 技术实现与广阔产业化前景

超表面波导技术不仅停留在实验室阶段,其工业化路径清晰可靠:

  • 先进制造工艺: 采用高精度集体芯片到晶圆(C2W)电介质键合工艺,实现光子集成电路(PIC)芯片与300毫米光学互连晶圆之间的超低损耗氮化硅(SiN)波导耦合。锥形SiN波导专为高效率、高对准容差和宽带宽耦合而优化设计。实测表明,对于短至0.5毫米的模斑转换器(EVC),在O波段的插入损耗稳定低于0.5dB,确保了技术的量产可行性与产品可靠性。

  • 知识产权与产业合作: 该技术已布局核心专利,并迅速获得全球光子学产业界和学术界的广泛关注。科毅正积极与产业链上下游领先公司及顶尖科研机构展开深度合作,推动技术在新一代产品和前沿实验中的应用落地,并加速整合进入主流光电芯片制造商的工艺流程。

  • 光明的产业化前景: 科毅超表面波导技术完美契合光通信行业向超低损耗宽波段高集成度发展的核心趋势。随着5G、物联网、人工智能的普及,全球数据流量持续以每年超过50%的速度激增,对光通信基础设施的带宽、效率和可靠性提出了前所未有的要求。科毅技术通过革命性地降低插损、拓宽带宽、提升集成度,为应对这一挑战提供了强有力的支撑,技术大规模商业化应用前景极其广阔



六、 未来方向:持续创新,引领前行

科毅将持续投入研发,深化超表面波导技术光开关领域的创新与应用,引领未来发展方向:

1. 极致性能追求: 通过持续优化三维自由曲面设计和纳米制造工艺,目标将光开关的插入损耗进一步降低至0.3dB以下,满足量子通信等对损耗极度敏感的高端应用需求。

2. 更高集成度: 研发更大规模的光开关阵列,如128×128光开关矩阵,支持更复杂的光路拓扑重构和灵活调度,为下一代全光交换网络奠定基础。

3. 智能化升级: 光开关中集成嵌入式光功率监测等功能,构建智能闭环控制系统,提升设备的可感知、可管控水平,助力智能光网络(ION)建设。

4. 跨界应用拓展: 积极探索将超表面波导技术应用于量子通信(如低损耗量子态路由)、高精度生物传感、激光雷达(LiDAR)、增强/虚拟现实(AR/VR)光学引擎等新兴前沿领域,不断拓宽技术边界。



七、 科毅承诺:以创新之光,连接未来世界

科毅超表面波导技术光开关领域取得的突破性成就,标志着中国企业在高端光子芯片接口核心技术领域已成功跻身国际领先行列。这一突破为构建面向未来、性能卓越的新一代光通信网络提供了不可或缺的关键技术支持。

广西科毅光通信科技有限公司(www.coreray.cn)始终坚持以技术创新为引擎,以客户价值为中心。我们深知,每一次光信号的顺畅切换,都承载着信息时代的脉动。未来,我们将继续深耕光子集成与光互连技术前沿,致力于为客户提供性能更卓越、更具竞争力、更绿色高效的光开关产品与光互连解决方案。

我们期待与您携手,共同推动全球光通信网络向超高性能、超大容量、超低功耗、智能敏捷的未来加速迈进!