到底什么是光交换（OCS）技术？

鲜枣课堂 · 公众号 · · 2025-01-07 20:25

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1. 3D MEMS 光交换

MEMS 光交换由输入光纤准直器阵列（FAU: Fiber array unit）、输入 MEMS 微镜阵列，输出 MEMS 微镜阵列、输出光纤准直器阵列及配套驱动、控制软硬件构成。其中输入输出 MEMS 微镜单元为二维双轴反射型微镜面阵，两片 MEMS 微镜阵列构成 N*N 的矩阵开关阵列。结构如下图所示：

输入光信号经过光纤阵列并以一定角度依次入射 MEMS 微镜阵列对应微镜单元，每个微镜单元拥有独立的驱动控制，通过施加不同的电信号实现所需的转角；输入 MEMS 微镜阵列通过调整微镜单元的转角将入射信号偏转到目的输出微镜阵列对应的微镜单元，完成选路或交叉，输出微镜阵列负责将光信号偏转，正入射到输出光纤准直器阵列对应端口，实现最佳耦合输出使得光交换插损最优。

MEMS 微镜阵列由半导体工艺实现，MEMS 微镜单元由反射镜、驱动结构和电互联组成，镜面直径约几百微米，驱动结构驱动 MEMS反射镜实现二维偏转，从而实现光路偏转功能；常见的驱动方式有磁电驱动、静电梳齿驱动及热电驱动等，磁电驱动采用洛伦兹工作原理，微镜单元的线圈在电流通过时，磁场产生洛伦兹力驱动镜面旋转，驱动电压较低，线性度较好，但需要磁铁阵列，封装相对复杂.

此外，由于驱动时线圈需要通电，且不同转角对应的电流不同，容易产生发热与温漂问题；热电驱动通过改变微镜驱动臂的温度，驱动臂不同材料热膨胀温度系数不同实现微镜偏转，驱动臂温度较高容易形变产生应力，功耗较高、响应速度较慢、转角精度较差；通常 MEMS 微镜采用静电驱动，在构成的垂直梳齿结构的固定梳齿和可动梳齿之间施加电压，在交错的梳齿之间静电力作用下，可动梳齿发生位移，驱动微镜旋转。不同的偏置电压使镜面发生不同的偏转角度，如下图所示。