4/29/2020，創(chuàng)新永無(wú)止境，近日，浦芮斯光電再次推出新品：基于自由空間光學(xué)集成技術(shù)的小型化1X4磁光開(kāi)關(guān)，這次是反射式的，所有光纖位于產(chǎn)品同側(cè)。

 
          圖一：反射式1X4小型化磁光開(kāi)關(guān)
該款新品支持常規(guī)單模光纖、保偏光纖以及高功率激光承載等。對(duì)于常規(guī)單模光纖版本，其主要性能：
o 典型插入損耗：0.8dB
o 溫度相關(guān)損耗：0.2dB
o 通道間串?dāng)_：40dB
o 開(kāi)關(guān)速度：10~30微秒
o 重復(fù)頻率：10KHz
o 尺寸： 42x22.5x8.4（長(zhǎng)寬高，毫米）

   我們?cè)缭?018年7月就推出了基于自由空間光學(xué)集成技術(shù)的小型化1x4透射式磁光開(kāi)關(guān)，其緊湊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能得到了客戶的認(rèn)可和青睞，美中不足的是兩端出纖，在盤(pán)繞裝配時(shí)光纖占用空間偏大。

 
          圖二：透射式1X4小型化磁光開(kāi)關(guān)

   站在客戶使用的角度同時(shí)也是響應(yīng)客戶的要求，將產(chǎn)品的所有輸入/輸出光纖置于同一側(cè)成為一個(gè)大概率必然趨勢(shì)，這也是這款反射式磁光開(kāi)關(guān)新品的研發(fā)初衷。

 
          圖三：透射式/反射式方案的對(duì)比示意圖

   如圖所示，這種給客戶端應(yīng)用帶來(lái)的利益是顯而易見(jiàn)的：反射式設(shè)計(jì)基本是透射式方案從中心對(duì)稱軸的鏡像對(duì)折，也就是器件本身在比如電路板上的占用面積減小接近一半（反射式比透射式略寬）；由于在光纖盤(pán)繞裝配中存在光纖最小盤(pán)繞半徑限制（一般以一英寸為原則），透射式方案相比反射式設(shè)計(jì)在一側(cè)就多出一塊光纖盤(pán)繞預(yù)留空間�？紤]到該小型化磁光開(kāi)關(guān)為純光學(xué)模塊，在具體使用案例中需將其裝配于驅(qū)動(dòng)電路板（可選配，或者客戶自行設(shè)計(jì)）之上，且從保護(hù)角度一般將該光學(xué)模塊和驅(qū)動(dòng)電路板置于一個(gè)大模塊盒內(nèi)。那么按此分析，反射式產(chǎn)品的模塊盒體積由于光纖同側(cè)的優(yōu)勢(shì)將只有透射式產(chǎn)品的約四分之一；如果和傳統(tǒng)的基于分立器件光纖級(jí)聯(lián)的產(chǎn)品相比，只有約七分之一，優(yōu)勢(shì)則更為明顯。

 
          圖四：傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)方案1X4光開(kāi)關(guān)

   在傳統(tǒng)光纖級(jí)聯(lián)方案中，一個(gè)1X4光開(kāi)關(guān)的功能實(shí)現(xiàn)需要3個(gè)1X2光開(kāi)關(guān)器件分兩級(jí)，如圖四：對(duì)于任何一路輸出鏈路，輸入光信號(hào)均需經(jīng)過(guò)兩個(gè)分立的1X2光開(kāi)關(guān)器件，其插入損耗也就是兩個(gè)分立光器件的疊加。當(dāng)通道數(shù)目增加，損耗則隨分立級(jí)數(shù)增加。比如一個(gè)1X8光開(kāi)關(guān)，需要分三級(jí)級(jí)聯(lián)共7個(gè)1X2光開(kāi)關(guān)，則其損耗對(duì)應(yīng)的是3個(gè)1X2光開(kāi)關(guān)的損耗。雖然這是一個(gè)工業(yè)化的解決方案，有利于批量化生產(chǎn)、模塊化組裝，但隨著通道數(shù)目增加而線性增加的損耗顯然也限制了該方案應(yīng)用于高通道數(shù)應(yīng)用中；而分立器件之間的光纖盤(pán)繞半徑的限制，使得模塊總體尺寸隨通道數(shù)目急劇增加，這又是傳統(tǒng)光纖級(jí)聯(lián)方案的另一大缺憾。
   受限于光纖波導(dǎo)中傳播的光束在從光纖射出后即行衍射發(fā)散，其在空氣中的傳播類似于高斯光束。若不以一透鏡將此發(fā)散之光束進(jìn)行準(zhǔn)直，并傳送到特定功能元件比如反射鏡、光學(xué)濾光片、光學(xué)晶體等以實(shí)現(xiàn)比如光開(kāi)關(guān)、隔離器、衰減器、WDM等功能，則事實(shí)上是無(wú)法使用的；光束在經(jīng)過(guò)以上特定功能元件之后，再以另一透鏡聚焦至輸出光纖，此為一般光器件的傳輸光路。對(duì)于一般光器件，其損耗的主要貢獻(xiàn)就在于光纖的準(zhǔn)直和聚焦，也就是一對(duì)光纖準(zhǔn)直器（一發(fā)射，一接收）的損耗。由于受到光學(xué)透鏡的像差、光束的衍射和透射損耗以及光纖耦合效率等影響，一般一對(duì)光纖準(zhǔn)直器的損耗為0.25dB。例如一個(gè)常規(guī)的1X2磁光開(kāi)關(guān)，其在生產(chǎn)調(diào)試階段在單波長(zhǎng)、常溫下的損耗可以達(dá)到0.5dB，而一對(duì)準(zhǔn)直器的損耗就占了一半。進(jìn)一步考慮波長(zhǎng)相關(guān)損耗、偏振相關(guān)損耗、溫度相關(guān)損耗、元件加工容差、批量化生產(chǎn)誤差以及長(zhǎng)期性能漂移等，該常規(guī)1X2磁光開(kāi)關(guān)的損耗技術(shù)指標(biāo)定為1.1dB是可以理解的。在傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)磁光開(kāi)關(guān)模塊中，光信號(hào)經(jīng)過(guò)N個(gè)光開(kāi)關(guān)，則以上討論的包括準(zhǔn)直器損耗、批量化生產(chǎn)誤差等各種損耗就需要重復(fù)N遍。同樣的錯(cuò)誤，明知如此，卻要重復(fù)多遍，這當(dāng)然不是一筆合算的賬！

 
          圖五：自由空間光學(xué)集成示意圖

   如果將分立器件之間的光纖連接換成光束在自由空間中傳播，也就是說(shuō)僅在輸入端和輸出端存在光纖準(zhǔn)直和聚焦耦合，則以上傳統(tǒng)光纖級(jí)聯(lián)方案中的單一器件損耗多路疊加累積的弊端可以去除，而沒(méi)有了光纖盤(pán)繞半徑限制又可解放出大量的空間。這就是自由空間光學(xué)集成技術(shù)的精髓。圖五顯示的就是號(hào)稱無(wú)源光學(xué)器件領(lǐng)域“皇冠上的明珠”的WSS（波長(zhǎng)可選擇光開(kāi)關(guān)）的光路示意圖，該產(chǎn)品就是自由空間光學(xué)集成技術(shù)的最好的體現(xiàn)：光信號(hào)從輸入端光纖打入，經(jīng)準(zhǔn)直后在自由空間傳播，經(jīng)過(guò)一系列固定于對(duì)溫度不敏感的精密模板上的光學(xué)元件，然后耦合進(jìn)入輸出光纖。也就是說(shuō)，對(duì)于某一傳輸鏈路而言，不管光路多么復(fù)雜，系統(tǒng)中只有一對(duì)準(zhǔn)直器的損耗和若干光學(xué)元件的透射和散射損耗。該款反射式1X4磁光開(kāi)關(guān)就是基于此原理進(jìn)行的設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)。隨著通道數(shù)目增加，該技術(shù)方案相對(duì)于傳統(tǒng)光纖級(jí)聯(lián)方案的比較優(yōu)勢(shì)更為明顯，參見(jiàn)下表一。

 
          表一：兩種技術(shù)方案的磁光開(kāi)關(guān)損耗對(duì)比示意

   自2000年于美國(guó)硅谷面世以來(lái)，我司的磁光開(kāi)關(guān)系列產(chǎn)品從未停止過(guò)對(duì)自身的超越與創(chuàng)新，成功地服務(wù)于全球的光纖通信、光纖傳感、儀器儀表、新能源以及國(guó)防軍工領(lǐng)域的眾多重要客戶，已經(jīng)成為高端光開(kāi)關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)志性產(chǎn)品，引領(lǐng)全球磁光技術(shù)近20年。下圖是我們磁光開(kāi)關(guān)發(fā)展的一個(gè)縮影：

 
          圖六：浦芮斯磁光開(kāi)關(guān)發(fā)展縮影
         （所顯示未按實(shí)際比例排布）

1.第一代磁光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，從2000年一直延續(xù)到2010年，使用光纖通信行業(yè)90年代末發(fā)展起來(lái)的焊接技術(shù)�！昂附印�？對(duì)的，就是用電烙鐵將這么精密的光學(xué)產(chǎn)品用焊錫焊起來(lái)。想象一下2000年前后生產(chǎn)線上員工一條線排開(kāi)、人人手拿電烙鐵的場(chǎng)面...
2.第二代磁光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，在2010年延續(xù)迄今，使用光纖通信行業(yè)在2001年前后發(fā)展起來(lái)的全膠技術(shù)。和焊接技術(shù)相比，全膠技術(shù)展現(xiàn)出了更好的溫度穩(wěn)定性和批量生產(chǎn)的一致性。
3.第三代磁光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，在2015年前后以自由空間光學(xué)集成技術(shù)開(kāi)發(fā)光學(xué)移相器、多路磁光開(kāi)關(guān)等，以2018年推出的透射式1X4小型化磁光開(kāi)關(guān)為代表，本次推出的反射式1X4也屬于該類。

   隨著激光雷達(dá)、新型相控陣?yán)走_(dá)以及儀器儀表等領(lǐng)域?qū)π⌒突�高通道�?shù)磁光開(kāi)關(guān)的越來(lái)越嚴(yán)格的需求，浦芮斯光電將陸續(xù)推出1X8、1X16、2X32以及N位集成光學(xué)移相器產(chǎn)品等。更多有關(guān)磁光開(kāi)關(guān)的信息，請(qǐng)參考公司網(wǎng)站（WWW.Primanex.Com.CN）