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波长选择开关(WSS—Wavelength Selective Switch)是新一代可重构光分叉复用(ROADM—Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer)光网络中的核心器件之一。基于硅基液晶(LCoS)的波长选择开关具有光谱灵活性高、插损低、信号处理能力强等显著优点,是近年来国际WSS技术发展的主要方向。目前的商用化WSS主要由Finisar等少数几家国外公司提供,其端口数一般小于1×20端口,主流产品的端口数为1×9端口,光谱分辨率10GHz。设法研制出具有高端口数和高光谱分辨率的WSS,能够有效降低ROADM光节点中所需WSS的数量,从而显著降低ROADM光网络的建设成本、能耗、故障率和运行维护成本,使光网络的全光信号处理能力和网络交换容量得到大幅度提升,同时有效降低我国在新一代光通信技术领域的贸易风险,具有重要的研究意义和实际应用价值。本文应用ZEMAX光学设计软件,通过对硅基液晶WSS光学系统内部的傅里叶透镜组、柱透镜组等光学部件和成像系统的优化,建立了 1×112端口的波长选择开关ZEMAX仿真模型,同时通过设置评价函数,优化光斑质量提高了硅基液晶(LCoS)上的像质以及波长分辨率。论文所完成的主要工作包括:(1)对波长选择开关的基本结构和工作原理进行了论述,对光纤微透镜阵列、傅里叶透镜组、透射光栅(复用/解复用器)以及硅基液晶芯片(由于ZEMAX没有相关功能,在仿真时用反射镜代替,不影响仿真结果的准确性)等构成波长选择开关的主要光学部件进行了分析。同时分析了波长选择开关的主要光学原理。(2)建立了较为完整的波长选择开关ZEMAX光学仿真系统。对ZEMAX中对波长选择开关的组成部件进行了模型建立和参数设置。通过设置反射镜的多重组态实现了对波长选择开关多端口输出的仿真。(3)利用所建立的ZEMAX光学仿真系统,对波长选择开关内部的傅里叶透镜组和成像光学系统进行迭代优化,得到了 1×112端口波长选择开关(WSS)的仿真结果。同时通过优化柱面镜的成像质量,在硅基液晶(LCoS)上得到了比较精细的光斑,光斑尺寸压缩到25μm,1530nm-1560nm波段的最小滤波带宽为6.25GHz。(4)搭建了初步的WSS实验系统,得到C波段的整体插损为5.4dB-6 dB。论文的研究结果为进一步开展高端口数和高波长分辨率WSS的实验研究提供了必要的理论分析方法和优化设计依据。