压电纳米技术如何升级进化光纤开关-电子发烧友网

光通信领域如今正在高速发展的黄金时期，光纤开关作为光网络的智能交通枢纽，对整个通信系统的性能起着决定性作用。随着5G、数据中心和物联网的迅猛发展，传统光纤开关在精度、速度和可靠性方面也面临前所未有的挑战。压电纳米技术的突破性应用，正在为光纤开关带来革命性的变革。

一、光纤开关：光通信的智能指挥家

光纤开关是一种在光纤通信、光网络或光测试系统中，用于准确、快速控制光信号路径切换、通断或路由的器件。光纤开关直接对光信号进行操作，它的核心功能是实现光路的选择性连接、断开或切换，是构建光网络的核心组件之一。

（注：图片来源于网络）

根据控制方式的不同，光纤开关主要分为两大类：

1.机械式光纤开关：通过物理移动光纤或光学元件来实现光路切换。这类开关一般具有低插入损耗、隔离度高、偏振不敏感等优势，但开关速度相对较慢，并且器件寿命受机械磨损限制。

2.压电式光纤开关：开关响应速度更快，体积小且易于集成，抗环境干扰能力强，无机械摩擦，寿命长。

二、光纤开关应用场景：从实验室到产业前沿

光纤开关作为光信号路径控制的核心器件，其应用场景覆盖了需要灵活调度光信号的多个领域，尤其在光通信、测试、传感等对光路可靠性、切换速度有特定要求的场景中不可或缺。

1.光纤通信网络

光纤开关最核心的应用领域，主要用于光信号的路由、保护和动态调度，支撑光网络及数据中心光互联的高效运行。光纤开关帮助实现主备链路切换，当主链路因故障中断时，开关可快速切换至备用链路，保障通信不中断；在大型光网络节点，通过光纤开关实现多端口光信号的交叉连接，灵活调度不同波长或方向的光信号等。

2.数据中心与云计算

数据中心正在逐步搭建光互联网以实现高速数据传输，光纤开关成为高密度、高带宽链路调度的关键。通过光纤开关切换不同光链路，避免单一路径拥塞，平衡数据流量，提升数据传输效率；数据中心内部的高速光链路需通过光纤开关实现灵活连接，支持服务器、存储设备的动态组网和资源调度。

三、芯明天压电纳米定位技术：光纤开关的性能升级

在光纤开关的众多技术挑战中，精确的光路对准和定位是决定性能的关键因素。而这正是压电纳米定位技术大显身手的领域。压电陶瓷促动器，通过独特的压电效应原理可以实现纳米级的定位精度。

其核心优势在于：

1.超快响应速度：响应时间可达毫秒级

2.分辨率高：可实现亚纳米级分辨率及纳米级定位精度

3.使用寿命长：无机械摩擦磨损

压电纳米定位技术在光纤开关中的应用可以带来的显著性能提升：

1.降低插入损耗

通过纳米级的位置控制，压电纳米技术确保光纤处于最佳位置，将插入损耗降至最低。

2.提高开关速度和精度

压电陶瓷驱动器的快速响应特性，使光纤开关能够实现毫秒级的快速切换，同时保持极高的重复定位精度。

3.增强长期稳定性

压电陶瓷超长的使用寿命确保光纤开关达数十亿次操作，大大降低维护需求。

4.扩展应用环境适应性

压电纳米技术的材料和结构特性使其能够在高温、真空、强磁场等极端环境下稳定工作，为特殊应用场景（如航空航天、科学实验）提供了可靠解决方案。

压电纳米技术主要应用于光纤端面精密对准这一关键环节：在移动光纤式光开关中，通过压电陶瓷弯曲片实现弯曲位移，帮助光纤端面进行微纳米级对准，最大限度降低连接损耗。

方形压电陶瓷弯曲片

将方形压电弯曲片的一端固定，通过压电陶瓷控制器驱动，压电弯曲片另一端会上下摆动或单方向摆动。

可选配标准粘接固定装置

运动效果

技术参数：

型号	NAC222X 系列
长	21mm/32mm/50mm/10mm
宽	7.8mm/5mm
高	0.7mm/1.3mm/1.8mm
驱动	±100V或200V
位移	±27.5μm~±1490μm
谐振频率	130Hz~6900Hz
出力	0.58N~10.4N
工作温度上限	150℃

双叠片式压电弯曲片

压电陶瓷弯曲片是利用压电陶瓷的逆压电效应，在电场的驱动下产生横向位移的弯曲元件。结构上采用双叠片结构，两层压电陶瓷片同极化方向排列，与中间电极层紧密粘结，在交变电源的驱动下产生相应的振动幅度，应用于微位移驱动装置。

技术参数

电压	150V/200V
尺寸	60mm×20mm×0.7mm 49mm×2.3mm×0.8mm 35mm×2.1mm×0.7mm
致动长度	53mm/38mm/28mm
电容/分区	约120nF/约12nF/约10nF
最小单向位移	2.6mm/1.5mm/1.4mm
最小出力	0.5N/0.15N/0.14N

叠堆压电陶瓷

低压叠堆共烧工艺压电陶瓷具有优异的性能及长使用寿命，适用于科学实验以及工业应用。叠堆压电陶瓷包含方形及环形两种外形结构，多种尺寸及位移可满足不同应用的需求。特殊的绝缘材料在严苛的条件下动态性能输出，陶瓷体积小巧，易集成。

特点

·亚纳米级分辨率

·大出力可达50000N

·抗磁场干扰

·低功耗

·无磨损

·真空环境兼容

技术参数

型号	压电陶瓷叠堆
截面尺寸	1.22mm×1.3mm~26mm×26mm
高	1.7mm~20mm
标称位移	0.8μm~30μm
最大位移	1μm~42μm
刚度	12N/μm~1282N/μm
谐振频率	30kHz~150kHz
推力	80N~20000N

P06压电机构放大促动器

机构放大压电促动器是通过机械放大结构，将预载的低压压电陶瓷叠堆产生的位移，进行放大输出的促动器。机械放大结构为椭圆形机械壳体，它的材料一般为钢，它对压电叠堆陶瓷除了提供优化预紧力外，也对叠堆陶瓷起到保护作用，使其免于承受拉力，过大的拉力对压电叠堆陶瓷会产生不可逆甚至致命的损坏。椭圆机械放大结构也为用户提供了易于集成的机械接口。