傳統(tǒng)機械式光開關(guān)雖然插入損耗低、隔離度高，但響應(yīng)速度慢、體積大；而非機械式光開關(guān)則在損耗與隔離度之間難以兼顧。針對這些技術(shù)瓶頸，我們科毅光通信深入研發(fā)，成功引入基于塔爾波特效位相編碼的衍射光柵光纖光開關(guān)技術(shù)，該技術(shù)具備低損耗、高隔離、結(jié)構(gòu)緊湊、可編程控制等顯著優(yōu)點，尤其適合大端口數(shù)1×N光開關(guān)的應(yīng)用場景。

一、技術(shù)原理與結(jié)構(gòu)組成

衍射光柵光纖光開關(guān)的核心是一對互補的塔爾波特位相編碼位相板，包括正位相板與負位相板。光路依次經(jīng)過輸入光纖、輸入耦合透鏡、互補位相板、輸出耦合透鏡，最終進入輸出光纖組。通過編程控制裝置驅(qū)動移動器，使正負位相板沿軸線相對平行移動，實現(xiàn)對光束偏轉(zhuǎn)方向的精確控制，從而將光信號耦合到不同的輸出光纖中。

圖1：位相板在光開關(guān)中使用示意圖 -廣西科毅光通信

該光開關(guān)的位相板表面設(shè)計有周期重復(fù)的二次位相函數(shù)分布柵線，其位相分布遵循塔爾波特陣列照明編碼規(guī)則。

具體而言，每個周期被均勻分為M等分，每一等分的位相值由以下公式確定：

• 當(dāng)M為偶數(shù)時：

• 當(dāng)M為奇數(shù)時：

其中，參數(shù)r由p×r=k_r×M+1p×r=kr×M+1決定，p、r、M為正整數(shù)，k_r為非負整數(shù)。這種編碼方式使得位相板具備優(yōu)異的光束控制能力。

圖2：一維位相板分布示意圖，展示周期d與M等分位相結(jié)構(gòu)

二、核心優(yōu)勢：為什么選擇衍射光柵光開關(guān)？

1.低插入損耗，高隔離度

傳統(tǒng)光開關(guān)在擴展端口時往往伴隨損耗大幅上升。本技術(shù)通過正負位相板的互補設(shè)計，在無位移狀態(tài)下位相抵消，光幾乎無損耗直通；在位移狀態(tài)下，通過線性位相調(diào)制實現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)，其插入損耗可精確控制在較低水平。根據(jù)理論計算，插入損耗與位移量Δ、分割數(shù)M密切相關(guān)，公式為：

在實際設(shè)計中，通過優(yōu)化M與Δ，可在維持高隔離度的同時，將損耗控制在理想范圍內(nèi)。

2.輸出端口數(shù)目大，結(jié)構(gòu)緊湊

該技術(shù)能輕松實現(xiàn)1×N光開關(guān)，N可達數(shù)十甚至上百端口。光束最大偏轉(zhuǎn)角度為：

通過縮小周期d、增大M，即可在有限尺寸內(nèi)實現(xiàn)多端口輸出。位相板尺寸可小至數(shù)毫米見方，整機體積遠小于傳統(tǒng)機械開關(guān)。

3.響應(yīng)快速，控制靈活

采用微位移驅(qū)動方式，位移量僅為微米級，結(jié)合編程控制，可實現(xiàn)毫秒級切換，適用于動態(tài)光網(wǎng)絡(luò)調(diào)配。支持數(shù)字化控制，易于集成到智能光系統(tǒng)中。

4.制造工藝成熟，成本可控

位相板采用二元光學(xué)技術(shù)制備，兼容主流微電子工藝，如光刻、反應(yīng)離子刻蝕等，具備量產(chǎn)可行性。臺階數(shù)L可通過素數(shù)分解規(guī)則預(yù)估，便于工藝難度與成本評估。

三、性能曲線與設(shè)計指導(dǎo)

在實際應(yīng)用中，插入損耗隨位移量Δ增加而逐漸上升，隨分割數(shù)M增加而下降。下圖展示了M=8時，IL隨Δ變化的關(guān)系：

圖3：M=8時插入損耗隨位移量Δ變化曲線

圖4：Δ=1時插入損耗隨M增加而下降曲線

根據(jù)上述曲線及理論模型，設(shè)計者可依據(jù)目標端口數(shù)N（N=2Δ+1）與允許損耗，反向推導(dǎo)出所需的M與L，從而指導(dǎo)位相板制備。

下表列出在IL=0.92dB時，N、M與L的對應(yīng)關(guān)系，供工程參考：

四、應(yīng)用前景與科毅光通信的實踐

這項技術(shù)特別適用于：

l  光纖通信系統(tǒng)中的路由切換與保護倒換

l  數(shù)據(jù)中心光網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)重構(gòu)

l  光纖傳感與測試系統(tǒng)的多通道選擇

l  航空航天與國防通信中的高可靠光開關(guān)組件

廣西科毅光通信科技有限公司依托該專利技術(shù)，已成功開發(fā)系列化衍射光柵光開關(guān)模塊，具備低損耗、高隔離、小體積、長壽命等特點。我們持續(xù)優(yōu)化工藝，提升端口密度，并結(jié)合客戶實際組網(wǎng)需求，提供定制化光開關(guān)解決方案。

五、結(jié)語

衍射光柵光纖光開關(guān)代表了光開關(guān)技術(shù)的一個重要發(fā)展方向，其結(jié)合了衍射光學(xué)與微位移控制的優(yōu)勢，在性能、尺寸與成本之間取得良好平衡。作為光通信器件領(lǐng)域的創(chuàng)新者，廣西科毅光通信將繼續(xù)深耕光學(xué)設(shè)計與工藝實現(xiàn)，推動高性能光開關(guān)在更多場景中的應(yīng)用，助力光網(wǎng)絡(luò)向更高速、更智能、更可靠的方向演進。

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擇合適的光開關(guān)等光學(xué)器件及光學(xué)設(shè)備是一項需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應(yīng)商實力的工作。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、質(zhì)量可靠、服務(wù)專業(yè)的合作伙伴。

（注：本文部分內(nèi)容由AI協(xié)助習(xí)作，僅供參考）