【摘 要】
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随着大数据业务的不断发展,网络数据量和带宽需求激增,光纤通信网络亟待智能化升级扩容。可重构光分插复用（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer,ROADM）器是应用于骨干网中的核心技术,可支持光网络的灵活调度,该技术正逐步下沉至城域网应用场景,同时面临巨大的成本压力。上下载波长选择开关（add/drop Wavelength Selective Swi
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随着大数据业务的不断发展,网络数据量和带宽需求激增,光纤通信网络亟待智能化升级扩容。可重构光分插复用（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer,ROADM）器是应用于骨干网中的核心技术,可支持光网络的灵活调度,该技术正逐步下沉至城域网应用场景,同时面临巨大的成本压力。上下载波长选择开关（add/drop Wavelength Selective Switch,ad WSS）是目前最有希望应用于ROADM节点中以降低成本提高性能的解决方案,本文对大端口数ad WSS展开研究,论文的主要研究内容与成果如下:分析了波长选择开关的现有技术方案,为了在ROADM节点中实现灵活栅格（Flexgrid）功能,本文采用硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon,LCOS）作为ad WSS中的光交换引擎;为了满足50 GHz信道间隔要求,采用棱镜光栅（Grism）以增大色散。此外Grism还可以平衡色散方向的光程,并修正光栅存在的“圆锥衍射”效应。设计了16×48端口、信道间隔50GHz的ad WSS系统的具体实现方案,并按照ad WSS系统的技术要求,依照理论分析计算各光学元件的设计参数,根据各光学元件对高斯光束的变换作用计算出ad WSS系统关键平面处的光斑尺寸。利用ZEMAX软件对各光学元件进行仿真设计,并将仿真后的光学元件整合,建立了完整的ad WSS系统的ZEMAX光学仿真模型,验证了各关键面上的光斑尺寸与理论计算结果基本一致。通过ZEMAX多重结构功能实现对ad WSS多个输入/输出端口的仿真。基于ad WSS系统的ZEMAX光学仿真模型,针对边缘信道被从边缘输入端口交换至边缘输出端口的极端情况进行仿真优化,合理设置评价函数中的操作数对ad WSS的光学系统进行约束,从而实现系统的整体优化,得到所有波长链路的耦合效率均＞70%,耦合损耗＜1.5 d B,损耗均匀性指标＜1 d B,偏振相关损耗（Polarization Dependent Loss,PDL）＜0.5 d B。通过合理设置第二级光交换引擎上的像素划分方案,可以将耦合效率提升至＞75%,耦合损耗＜1.25 d B。
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