在密集波分復用（DWDM）系統中，光信號的功率均衡是實(shí)現長(cháng)距離高速傳輸的關(guān)鍵。可變光衰減器（VOA）作為動(dòng)態(tài)功率調節的核心器件，其性能直接影響整個(gè)光網(wǎng)絡(luò )的穩定性與傳輸效率。本文將系統剖析當前主流的 VOA 技術(shù)原理、性能差異及應用場(chǎng)景，為光通信系統設計提供權威技術(shù)參考。作為光通信器件領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)企業(yè)，廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.m.hellosk.com）已實(shí)現多種 VOA 與光開(kāi)關(guān)的集成方案，相關(guān)測試技術(shù)可參考《光無(wú)源器件測試技術(shù)全解析：從原理到實(shí)踐的專(zhuān)業(yè)指南》。

一、VOA 技術(shù)原理與分類(lèi)

可變光衰減器通過(guò)主動(dòng)調節光信號的衰減量，實(shí)現多通道功率均衡、接收機保護及動(dòng)態(tài)增益控制。根據工作原理可分為七大技術(shù)流派，各具獨特的結構設計與性能優(yōu)勢。

①高分子可調衍射光柵 VOA

基于薄膜表面調制技術(shù)的高分子 VOA，其核心結構由玻璃基底、銦錫氧化物（ITO）電極及聚合物層構成（圖 1）。未加電時(shí)，聚合物與空氣界面保持平面狀態(tài)，入射光無(wú)衍射直接透射；加電后，界面形成周期性正弦光柵，通過(guò)調節電壓改變光柵振幅（最大 300nm），實(shí)現零級衍射光強從 100% 到 0% 的連續調控。

圖 1

該技術(shù)的突出優(yōu)勢在于微秒級響應速度與 0.8dB 的超低插入損耗，配合內置的光功率監控功能，在城域網(wǎng) DWDM 系統中表現出優(yōu)異的性?xún)r(jià)比。其溫度特性穩定（-6~70℃），無(wú)需額外補償電路，特別適合戶(hù)外基站部署。

②磁光 VOA

利用法拉第磁致旋光效應的磁光 VOA，通過(guò)磁場(chǎng)調控偏振態(tài)實(shí)現衰減（圖 2）。入射光經(jīng)雙折射晶體分為 o 光和 e 光，經(jīng)法拉第旋轉器后由全反射鏡折返，再次通過(guò)旋轉器和晶體。當法拉第旋轉角為 45° 時(shí)，兩束光偏振態(tài)互換后平行出射，衰減最??；旋轉角為 0° 時(shí)，光束分離導致最大衰減。

圖 2

磁光 VOA 的響應時(shí)間可達 35ms 以下，動(dòng)態(tài)范圍 25dB，但磁疇效應會(huì )導致衰減重復性偏差，需配合精密磁場(chǎng)控制技術(shù)改善。目前主要應用于軍工通信等對響應速度要求嚴苛的場(chǎng)景。

③液晶 VOA

液晶材料的折射率各向異性使其成為天然的光調制介質(zhì)（圖 3上）。未加電時(shí)，液晶分子平行排列，使入射光偏振態(tài)旋轉 90°；加電后分子垂直排列，偏振態(tài)不變。通過(guò)雙折射晶體的分束與合束，未被接收的光束形成衰減（圖 3下）。

圖 3

該技術(shù)成本僅為 MEMS 方案的 60%，但溫度敏感性強（0-65℃工作范圍），低溫環(huán)境下響應時(shí)間會(huì )延長(cháng)至數百毫秒，更適合室內機房環(huán)境使用。

④ MEMS VOA

微機電系統（MEMS）技術(shù)在 VOA 領(lǐng)域衍生出反射式與衍射式兩種方案（圖 4）。反射式通過(guò)靜電驅動(dòng)微鏡扭轉改變反射光耦合效率；衍射式則通過(guò)動(dòng)柵條位移形成動(dòng)態(tài)光柵，調控一級衍射光強度。

圖 4

MEMS VOA 的突出優(yōu)勢在于 0.2dB 的超低偏振相關(guān)損耗（PDL），動(dòng)態(tài)范圍可達 25dB 以上，響應時(shí)間最快 1ms。但作為機械結構，其長(cháng)期可靠性受振動(dòng)影響較大，需在封裝中加入減震設計。

⑤平面光波導 VOA

基于光子集成技術(shù)的平面光波導 VOA 分為兩類(lèi)：Mach-Zehnder 干涉儀（MZI）型利用熱光效應改變光程差（圖 5），電吸收（EA）型則通過(guò)載流子注入調節吸收系數（圖 6）。

圖 5

圖 6

MZI 型動(dòng)態(tài)范圍可達 40dB，適合大功率調節；EA 型響應時(shí)間 < 1ms，可兼作低速調制器，兩者均利于高密度集成，但插入損耗較高（1.5-2.0dB）。

⑥高光電系數材料 VOA

采用特殊陶瓷光電材料（光電系數優(yōu)于鈮酸鋰）的自由空間結構 VOA（圖 7），通過(guò)電壓調控材料折射率實(shí)現衰減。其優(yōu)勢在于無(wú)需波導結構，可承受大功率輸入，響應時(shí)間 < 0.5ms，適合高功率光放大鏈路應用。

圖 7

二、核心性能參數對比

不同技術(shù)路線(xiàn)的 VOA 在關(guān)鍵指標上呈現顯著(zhù)差異，需根據應用場(chǎng)景精準選型（表 1）。

表 1：主流 VOA 技術(shù)性能參數對比（成本指數以高分子型為基準）

關(guān)鍵參數解析

1.      動(dòng)態(tài)范圍：MZI 光波導型可達 40dB，適合長(cháng)距離干線(xiàn)網(wǎng)；而城域網(wǎng)應用中 25dB 已足夠滿(mǎn)足需求。

2.      偏振相關(guān)損耗：MEMS 技術(shù) < 0.2dB 的優(yōu)勢，使其成為偏振敏感系統的首選。

3.      溫度特性：高分子與 MZI 光波導型在 - 5~70℃范圍內性能穩定，無(wú)需溫補電路。

4.      響應時(shí)間：衍射式 MEMS（<1ms）與高光電材料（<0.5ms）適合動(dòng)態(tài)光網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。

三、典型應用場(chǎng)景

VOA 的技術(shù)選型需緊密結合應用場(chǎng)景的核心訴求，以下為三大典型應用案例：

①DWDM 系統功率均衡

在 80 通道 DWDM 系統中，各通道功率偏差需控制在 ±0.5dB 以?xún)?。采用高分子可調衍射光柵 VOA 陣列，配合在線(xiàn)光功率監測，可實(shí)現每個(gè)通道 0.1dB 步進(jìn)的精密調節。其 0.8dB 的低插損特性，可減少對 EDFA 增益的消耗，延長(cháng)傳輸距離約 10km。

②可重構光分插復用器（ROADM）

ROADM 節點(diǎn)需要快速切換的光衰減功能，衍射式 MEMS VOA 憑借 < 1ms 的響應時(shí)間，完美適配波長(cháng)調度需求。廣西科毅光通信科技將其與 1×4光開(kāi)關(guān)集成，構建的緊湊型模塊（尺寸 < 100×80mm）已應用于中國移動(dòng)省級干線(xiàn)網(wǎng)。

③接收機過(guò)載保護

在突發(fā)光信號場(chǎng)景（如 PON 系統 ONU 端），液晶 VOA 的 < 0.3ms 快速響應可有效抑制功率驟升導致的接收機損壞。其低成本優(yōu)勢使每端口保護方案成本降低 40%，特別適合 FTTH 大規模部署。

三、技術(shù)發(fā)展趨勢

VOA 技術(shù)正朝著(zhù)三大方向演進(jìn)：一是芯片級集成，MZI 型 VOA 已實(shí)現與光開(kāi)關(guān)、波分復用器的單片集成，通道密度達 64 通道 / 芯片；二是智能化，加入 AI 功率預測算法的 VOA 模塊，可提前 50ms 預判功率波動(dòng)；三是寬波段兼容，最新的高光電系數材料 VOA 已實(shí)現 1260-1650nm 全波段覆蓋。

廣西科毅光通信科技有限公司通過(guò)自研的微光學(xué)對準平臺，已突破 VOA 與光開(kāi)關(guān)的集成難題，相關(guān)產(chǎn)品在隔離度（>60dB）、溫度穩定性（±0.1dB/℃）等關(guān)鍵指標上達到國際領(lǐng)先水平。更多技術(shù)細節可訪(fǎng)問(wèn)官網(wǎng)技術(shù)白皮書(shū)欄目。

四、選型決策指南

選擇 VOA 時(shí)需遵循 "三看" 原則：一看系統帶寬，C+L 波段應用優(yōu)先選擇MEMS或光波導技術(shù)；二看響應速度，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)需 < 5ms 響應的方案；三看成本敏感程度，大規模部署可選用液晶或高分子技術(shù)。建議結合《光無(wú)源器件測試技術(shù)全解析》中提到的插入損耗、偏振相關(guān)損耗測試方法，對候選方案進(jìn)行全面驗證。

隨著(zhù) 5G 承載網(wǎng)向 200G/400G 升級，VOA 作為核心調節器件將面臨更高的性能挑戰。廣西科毅光通信將持續推動(dòng) VOA與光開(kāi)關(guān)、可調濾波器的集成創(chuàng )新，為下一代光網(wǎng)絡(luò )提供更具競爭力的解決方案。

選擇合適的無(wú)源光器件是一項需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應商實(shí)力的工作。希望本指南能為您提供清晰的思路。我們建議您在明確自身需求后，詳細對比關(guān)鍵參數，并優(yōu)先選擇像科毅光通信這樣技術(shù)扎實(shí)、質(zhì)量可靠、服務(wù)專(zhuān)業(yè)的合作伙伴。

訪(fǎng)問(wèn)廣西科毅光通信官網(wǎng) www.m.hellosk.com 瀏覽我們的光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，或聯(lián)系我們的銷(xiāo)售工程師，獲取專(zhuān)屬的選型建議和報價(jià)！