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

 
          圖一：反射式1X4小型化磁光開關
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 溫度相關損耗：0.2dB
o 通道間串擾：40dB
o 開關速度：10~30微秒
o 重復頻率：10KHz
o 尺寸： 42x22.5x8.4（長寬高，毫米）

   我們早在2018年7月就推出了基于自由空間光學集成技術的小型化1x4透射式磁光開關，其緊湊的結構和優(yōu)異的性能得到了客戶的認可和青睞，美中不足的是兩端出纖，在盤繞裝配時光纖占用空間偏大。

 
          圖二：透射式1X4小型化磁光開關

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

 
          圖三：透射式/反射式方案的對比示意圖

   如圖所示，這種給客戶端應用帶來的利益是顯而易見的：反射式設計基本是透射式方案從中心對稱軸的鏡像對折，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）；由于在光纖盤繞裝配中存在光纖最小盤繞半徑限制（一般以一英寸為原則），透射式方案相比反射式設計在一側就多出一塊光纖盤繞預留空間。考慮到該小型化磁光開關為純光學模塊，在具體使用案例中需將其裝配于驅動電路板（可選配，或者客戶自行設計）之上，且從保護角度一般將該光學模塊和驅動電路板置于一個大模塊盒內(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的優(yōu)勢將只有透射式產(chǎn)品的約四分之一；如果和傳統(tǒng)的基于分立器件光纖級聯(lián)的產(chǎn)品相比，只有約七分之一，優(yōu)勢則更為明顯。

 
          圖四：傳統(tǒng)級聯(lián)方案1X4光開關

   在傳統(tǒng)光纖級聯(lián)方案中，一個1X4光開關的功能實現(xiàn)需要3個1X2光開關器件分兩級，如圖四：對于任何一路輸出鏈路，輸入光信號均需經(jīng)過兩個分立的1X2光開關器件，其插入損耗也就是兩個分立光器件的疊加。當通道數(shù)目增加，損耗則隨分立級數(shù)增加。比如一個1X8光開關，需要分三級級聯(lián)共7個1X2光開關，則其損耗對應的是3個1X2光開關的損耗。雖然這是一個工業(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用于高通道數(shù)應用中；而分立器件之間的光纖盤繞半徑的限制，使得模塊總體尺寸隨通道數(shù)目急劇增加，這又是傳統(tǒng)光纖級聯(lián)方案的另一大缺憾。
   受限于光纖波導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)散之光束進行準直，并傳送到特定功能元件比如反射鏡、光學濾光片、光學晶體等以實現(xiàn)比如光開關、隔離器、衰減器、WDM等功能，則事實上是無法使用的；光束在經(jīng)過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。對于一般光器件，其損耗的主要貢獻就在于光纖的準直和聚焦，也就是一對光纖準直器（一發(fā)射，一接收）的損耗。由于受到光學透鏡的像差、光束的衍射和透射損耗以及光纖耦合效率等影響，一般一對光纖準直器的損耗為0.25dB。例如一個常規(guī)的1X2磁光開關，其在生產(chǎn)調(diào)試階段在單波長、常溫下的損耗可以達到0.5dB，而一對準直器的損耗就占了一半。進一步考慮波長相關損耗、偏振相關損耗、溫度相關損耗、元件加工容差、批量化生產(chǎn)誤差以及長期性能漂移等，該常規(guī)1X2磁光開關的損耗技術指標定為1.1dB是可以理解的。在傳統(tǒng)級聯(lián)磁光開關模塊中，光信號經(jīng)過N個光開關，則以上討論的包括準直器損耗、批量化生產(chǎn)誤差等各種損耗就需要重復N遍。同樣的錯誤，明知如此，卻要重復多遍，這當然不是一筆合算的賬！

 
          圖五：自由空間光學集成示意圖

   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，也就是說僅在輸入端和輸出端存在光纖準直和聚焦耦合，則以上傳統(tǒng)光纖級聯(lián)方案中的單一器件損耗多路疊加累積的弊端可以去除，而沒有了光纖盤繞半徑限制又可解放出大量的空間。這就是自由空間光學集成技術的精髓。圖五顯示的就是號稱無源光學器件領域“皇冠上的明珠”的WSS（波長可選擇光開關）的光路示意圖，該產(chǎn)品就是自由空間光學集成技術的最好的體現(xiàn)：光信號從輸入端光纖打入，經(jīng)準直后在自由空間傳播，經(jīng)過一系列固定于對溫度不敏感的精密模板上的光學元件，然后耦合進入輸出光纖。也就是說，對于某一傳輸鏈路而言，不管光路多么復雜，系統(tǒng)中只有一對準直器的損耗和若干光學元件的透射和散射損耗。該款反射式1X4磁光開關就是基于此原理進行的設計/開發(fā)。隨著通道數(shù)目增加，該技術方案相對于傳統(tǒng)光纖級聯(lián)方案的比較優(yōu)勢更為明顯，參見下表一。

 
          表一：兩種技術方案的磁光開關損耗對比示意

   自2000年于美國硅谷面世以來，我司的磁光開關系列產(chǎn)品從未停止過對自身的超越與創(chuàng)新，成功地服務于全球的光纖通信、光纖傳感、儀器儀表、新能源以及國防軍工領域的眾多重要客戶，已經(jīng)成為高端光開關領域的標志性產(chǎn)品，引領全球磁光技術近20年。下圖是我們磁光開關發(fā)展的一個縮影：

 
          圖六：浦芮斯磁光開關發(fā)展縮影
         （所顯示未按實際比例排布）

1.第一代磁光開關產(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)展起來的焊接技術。“焊接”？對的，就是用電烙鐵將這么精密的光學產(chǎn)品用焊錫焊起來。想象一下2000年前后生產(chǎn)線上員工一條線排開、人人手拿電烙鐵的場面...
2.第二代磁光開關產(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)展起來的全膠技術。和焊接技術相比，全膠技術展現(xiàn)出了更好的溫度穩(wěn)定性和批量生產(chǎn)的一致性。
3.第三代磁光開關產(chǎn)品，在2015年前后以自由空間光學集成技術開發(fā)光學移相器、多路磁光開關等，以2018年推出的透射式1X4小型化磁光開關為代表，本次推出的反射式1X4也屬于該類。

   隨著激光雷達、新型相控陣雷達以及儀器儀表等領域對小型化高通道數(shù)磁光開關的越來越嚴格的需求，浦芮斯光電將陸續(xù)推出1X8、1X16、2X32以及N位集成光學移相器產(chǎn)品等。更多有關磁光開關的信息，請參考公司網(wǎng)站（WWW.Primanex.Com.CN）