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OCS（光电路交换）是一种无需进行光电/电光（O/E/O）转换，就能直接实现光信号在不同光纤端口之间切换的技术。
它的基本原理是直接对光信号进行物理路径的重新配置，从而在输入和输出端口之间建立一条专用的光通路。
目前，OCS 主要涵盖四大主流技术路线，分别是 MEMS、液晶、压电陶瓷和硅光波导。
其中，MEMS 光开关是在硅基芯片上刻蚀出微小的反射镜，通过施加电压控制镜片的偏转，从而改变光的传播路径，实现光束在不同输入输出端口之间的切换。
目前最常用的 MEMS 光开关结构主要有三种：1×N 型、二维 N×N 型，以及三维 N×N 型。
图片来源于：Schematic diagram of a 2D N×N MEMS optical switch structure。
在 MEMS OCS 中，主要采用的是三维 N×N MEMS 光开关。它的结构包括输入光纤阵列、输入透镜阵列、两个平行的 MEMS 反射镜阵列、输出透镜阵列以及输出光纤阵列。如果想进一步了解，可以参考下面这篇文章：
接下来是液晶光开关。它是利用外加电场改变液晶分子排列，从而影响入射光的偏振状态，再配合偏振分束器来实现光路的切换。输入光会被分解为横向和纵向两个偏振分量，在光开关中分别进行处理，最后在输出端重新合并。
Coherent 基于数字液晶技术开发的波长选择开关（WSS）已经实现了极低的故障率。全球部署超过16万台 WSS 设备，在极少数故障报告中，只有不到 3% 与液晶本身有关。该技术甚至已应用于对可靠性要求极高的海底光缆网络。
再来看压电陶瓷方案，也就是直接光束偏转（DLBS）光交换。它利用压电陶瓷在电压控制下能够沿某一轴向发生尺寸变化的特性，来驱动光束射向不同方向，从而实现光路的交换。
具体实现方式是将光纤准直器直接固定在压电陶瓷驱动器上，每个准直器尾部与压电陶瓷连接，排列成二维阵列。将两个这样的阵列面对面放置，就构成了一个光开关矩阵。
最后利用压电陶瓷的机电耦合效应，驱动准直器产生位移和角度偏转，使两个阵列的对应端口能够精确对准，完成光路的连接与交换。
下图是 POLATIS 与凌云光子合作推出的基于 DLBS 技术的 OCS 方案：
与 MEMS 架构相比，基于压电陶瓷的光交换技术在插入损耗和回波损耗方面具有天然优势。
最后是硅光波导方案。它是在硅基芯片上构建出结构确定的光路矩阵，光信号沿着预设的路径传输。理论上，其切换速度可以达到微秒甚至纳秒级别。
不过，硅光波导目前面临的主要问题是损耗较高，而且在多通道场景下容易产生串扰和可靠性问题。
为了解决损耗问题，硅光波导方案通常会集成 SOA。例如，下图展示的就是一种集成片上光放大器的硅基光开关器件，它通过倒装焊“”的方式将光放大器集成进来。
以上图片来源于“《硅基光交换器件研究进展（特邀）》”。
相比于使用外置的掺铒光纤放大器，直接将半导体光放大器与光交换器件集成，虽然可能带来一定的信号劣化，但能够实现更紧凑的系统设计。
目前，厂商 iPronics 正在加码硅光波导方案，推出了全球首个 32 端口的硅光集成 OCS 产品“ONE32”。它基于可编程硅光子技术，搭配 SOA 阵列实现无损光路由，通过电子设备驱动和监测信号，并由软件（SDN）进行控制管理。
该方案的端口基数可以扩展（如32、64、128等），能够适应不断增长的网络带宽需求。根据它的ROADMAP，其下一代产品 ONE64 将在明年推出。
总体来看，上述四种技术路线各有优劣，目前还没有哪一种取得绝对主导地位。我们通过一张表格来汇总对比一下各技术路线的特点：
未来它们很可能会共同演进，而成本、性能和技术难度将是应用厂商重点考量的因素。
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