互聯網應用的快速發展推動了基于ROADM技術的智能光網絡的建設，新一代的CDC（無色、無方向性和無競爭）ROADM，其主流技術方案是1×N端口WSS （波長選擇開關）+ N×M端口WSS，或者1×N端口WSS+N×M端口MCS（多播開關），如圖1所示。基于成本考量，后者即1×N端口WSS+N×M端口MCS更受電信運營商和設備制造商歡迎。因此隨著基于ROADM的智能光網絡的發展，市場對MCS光開關的需求增長迅猛，特別是當ROADM技術由骨干網下沉至城域網時。

圖1． 基于1×N端口WSS + N×M端口WSS或者1×N端口WSS+N×M端口MCS的CDC ROADM節點

8×16端口MCS光開關的結構如圖2所示，它包括8個1×16端口的PLC光分路器和16個8×1端口的光開關，光分路器通常以PLC技術制備，而1×N端口光開關通常采用MEMS技術。最常用的是1×8和1×16端口光開關。

圖2． 8×16端口MCS光開關結構（PS：光分路器，SW：光開關）

基于MEMS技術的1×N端口光開關，其結構如圖3所示，它包括一個MEMS微鏡、一個準直透鏡和一個多纖插針。MEMS微鏡通常貼裝在一個TO管座上，然后通過TO管帽將準直透鏡與TO管座組裝成一個組件，最后在有源調試狀態下，將多纖插針與前述組件對準并固定在一起。

圖3． 基于MEMS技術的1×N端口光開關結構

圖3中的器件結構非常簡單，然而，要制作一個大端口數、低損耗的1×N端口光開關并不容易。最大損耗發生在離軸距離最遠（Δmax）的端口處，該端口受離軸像差的影響最大。隨著光學系統的相對孔徑Δmax/f（f為準直透鏡的焦距）增加，光學像差劣化。增加焦距f有助于減小像差，但長焦距會增加入射在MEMS微鏡上的準直光斑直徑，如是（1）

其中ω0為光纖中的光斑半徑，ωc為微鏡上的光斑半徑。

準直光斑的尺寸受限于MEMS微鏡直徑Ф，為了保證覆蓋到準直光斑能量的99%，要求Ф》3ωc。然而，由于MEMS技術本身的限制，微鏡的直徑Ф與最大偏轉角度θmax存在相互制約關系，比如一個典型的MEMS微鏡參數為Ф=1mm、θmax=±4°。鏡面直徑Ф越大則最大偏角θmax=Δmax/f越小，從而反過來限制了光開關的端口數。因此我們知道，增加準直透鏡的焦距f并不能提高光開關的端口數N。

考慮到上述困境，有三個途徑可提高光開關的端口數，其一是改變多纖插針中的光纖排列方式，如圖4所示，左圖只需要單軸MEMS微鏡，但端口數少一些;右圖可以得到更多的端口數，但需要雙軸MEMS微鏡。一個雙軸MEMS微鏡的價格比單軸微鏡貴得多。

圖4． 多纖插針中的光纖排列方式

增加光開關端口數的第二個途徑是減小光纖直徑。我們知道，典型單模光纖的包層直徑是125μm，通常以化學腐蝕工藝來減小光纖直徑。腐蝕之后的光纖直徑通常為60～80μm，但仍然不夠小，因此光開關的端口數受限為N≤16。另外，腐蝕工藝的控制并不容易，這會增加多纖插針的成本。

增加光開關端口數的第三個途徑是選用一個像差較小的準直透鏡，非球面或者自聚焦透鏡的性能，都會比C-Lens好一些。

隨著運營商轉型和用戶需求對網絡靈活性要求的增加， 基于WSS+MCS的ROADM技術實現方式，將成為城域網建設中的理想解決方案。而1×N MEMS光開關是MCS中的重要組成部分。

基于現有業務的需求以及面向未來網絡發展的需求，億源通推出了一系列自主研發的MEMS技術產品， 包括1×48通道的光開關。1×48 MEMS光開關是基于MEMS（微機電系統）技術和自由空間平臺，具有體積小、延遲低、高效切換等特性，可廣泛應用于光線路監控、OADM和測量儀器系統中。

圖5． 1×48通道的光開關

關于億源通

億源通是一家專注于光通信無源基礎器件研發、制造、銷售與服務于一體的國家級高新技術企業。公司主營產品為：光纖連接器（數據中心高密度光連接器），WDM波分復用器，PLC光分路器，MEMS光開關等四大核心光無源基礎器件，廣泛應用于光纖到戶、4G/5G移動通信、互聯網數據中心、國防通信等領域。
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