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可重构光分插复用器(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer,ROADM)是智能全光网络系统中的核心功能模块,可通过远程软件配置,实现网络资源之间的任意连接和有效配置。经过多个技术发展阶段之后,ROADM已发展成一种新型光传输网络架构,具有无色性、无方向性、无阻塞性、灵活栅格(Colorless,Directionless,Contentionless,Flexible,CDCF)的显著优势,是光通信网络的研究热点之一。结合所参与的国家“863”课题要求,本文对基于阵列液晶技术的波长选择交叉和宽带可调滤波器阵列进行了深入研究并完成样机制作,实现8×16波长选择交叉和16通道宽带可调滤波器阵列在CDCF ROADM网络中的传输验证。本文工作对CDCF ROADM核心光器件的设计和工程化应用具有重要参考价值,主要研究内容如下:(1)研究了基于双硅基液晶芯片的波长选择交叉器件,基于高斯光束耦合理论和自由空间光学设计,实现了具有多路输入输出端口的多波长交叉切换功能的光路系统,制作了具备完全无阻塞功能的8×16波长选择交叉器件;任意灵活带宽的光谱信号或组合可在任意输入端口或输出端口之间实现任意切换、衰减或阻断,最大插入损耗<14 dB,带宽可调范围50 GHz~5000 GHz,光阻断值>27 dB。该8×16波长选择交叉器件是目前报道的最大输入输出端口数目的完全无阻塞波长选择交叉器件,对M×N高维度波长选择交叉器件的进一步发展有重要指导意义。(2)研究了基于二维透射式液晶阵列芯片的低维度波长选择交叉器件,通过液晶芯片和楔形双折射晶体组合,实现光信号在多路输入和多路输出之间的灵活切换,完成了2×2波长选择交叉器件的设计及指标分析;该器件可实现完全无阻塞功能的光信号切换,设计带宽调谐步进为25 GHz,完全覆盖C波段,可满足低维度CDCF ROADM节点技术要求。(3)研究了基于硅基液晶芯片的多通道宽带可调滤波器阵列,采用分层光学设计原理,制作了16通道宽带可调滤波器阵列样品,每个通道均可实现中心波长和传输带宽的灵活调节,且具备多波长同时调谐的功能;插入损耗<6 dB,带宽调谐步进为12.5 GHz,可覆盖50 GHz~5000 GHz的调谐范围,相邻通道隔离度>30 dB,是目前报道的通道数目最多的宽带可调滤波器阵列。(4)研究了基于透射式液晶阵列的宽带可调滤波器,通过精密半导体刻蚀工艺实现小于1.5μm的液晶阵列间距,制作了插入损耗<3 dB的宽带可调滤波器样品;带宽调谐步进为50 GHz,光衰减范围0~15 dB,衰减分辨率0.1 dB,可覆盖50GHz~5000 GHz的调谐范围,光信号消光比>45 dB;该样品指标优异,可通过多个光路分层并联实现宽带可调滤波器阵列,适合应用于通信维度较少的CDCF ROADM节点。(5)研究了4节点、4方向CDCF ROADM系统架构,并将所研制的8×16波长选择交叉和16通道宽带可调滤波器阵列应用于系统中,建立10 Gb/s、100 Gb/s和400Gb/s的数据混传业务,完成了该ROADM系统的CDCF光传输实验,验证了所研究的波长选择交叉和宽带可调滤波器阵列器件可满足CDCF ROADM技术发展要求。