【摘 要】
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基于硅基液晶（Liquid Crystal On Silicon,LCOS）的灵活光谱成型器（Flexible Spectral Shaper,FSS）,能够满足下一代带宽灵活可重构光分插复用器（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer,ROADM）的需求及系统实验中任意波形产生的需要,是动态光网络中的关键器件。针对基于LCOS的灵活光谱成型器中存在的
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基于硅基液晶（Liquid Crystal On Silicon,LCOS）的灵活光谱成型器（Flexible Spectral Shaper,FSS）,能够满足下一代带宽灵活可重构光分插复用器（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer,ROADM）的需求及系统实验中任意波形产生的需要,是动态光网络中的关键器件。针对基于LCOS的灵活光谱成型器中存在的难题和挑战,基于前期项目的一贯支持,本文对灵活光谱成型器从概念的提出、样机的封装、性能的优化进行了探索。分别在LCOS芯片的校准、串扰抑制、超精细带宽及超宽光谱的实现和高端口数的扩展上进行了系列研究,具体内容如下:（1）针对灵活光谱成型器所用LCOS芯片难以校准的难题,本文提出了一种简易高效的LCOS相位校准方法,通过使用一种低成本、低复杂度的双孔干涉测量方法,对LCOS进行了相位的精确校准。该方法克服了传统校准不稳定的缺点,适合大规模生产应用,并已将该技术转移给光迅科技公司,为其突破LCOS通信芯片的国产化提供了有力的支撑。（2）针对如何提高灵活光谱成型器端口隔离度的问题,创新性的引入了遗传算法。以传统傅里叶光学的端口切换相位分布为初始相位,运用遗传算法进行遗传和变异,结合测试仪器进行反馈迭代,直到迭代的结果达到所需指标。该算法克服了LCOS闪耀光栅设计存在高阶衍射的缺陷,抑制了样机端口之间的串扰。灵活光谱成型器端口间的隔离度在传统的基础上可以改善2.3 d B,该技术方案已经转移给光迅科技公司,对其相关产品性能提升有指导意义。（3）针对如何实现超精细灵活光谱成型器的难题,本文首先研究了基于LCOS灵活光谱成型器光学机理,在相关设计、耦合和封装等方面突破国外技术垄断。成功研制完成了1×9 FSS样机,这是ROADM国产化的坚实基础。该样机达了到商用的标准,并先后与清华大学、中国科学技术大学、华中科技大学等高校签订了销售合同。经过进一步改进,在超宽光谱上,本文设计并研制了超宽光谱的FSS样机,其工作波长范围覆盖S+C波段（超过100nm）,大大扩展了可用的通信带宽。在超精细调控上,本文提出了一种平行双光栅的光学设计结构,能获得更大的角色散以及更高的调控精度,并且保证器件的体积及其他性能基本不变。理论仿真和实验的结果表明,该设计的最小带宽和最小可调带宽的精度都提高了近一倍,基于双平行光栅结构的灵活光谱成型器最小带宽为6.2GHz,最小可调带宽小于3 GHz。这种低成本,超精细的1×N灵活光谱成型器,其部分指标优于美国的商用产品（Finisar Wave Shaper@4000A,其带宽设置准确性为5GHz）。通过所研制的8台1×9端口的灵活光谱成型器样机组合,完成了“无色、无向、无阻塞、无栅格”特征的节点验证实验（具体介绍见4.7节）,该研究成果已经成为光交换节点的主流解决方案。（4）针对如何实现高端口数灵活光谱成型器的难题,本文首先设计了一种简易的2×N的灵活光谱成型器光路结构。这种结构通过对偏振转换单元以及切换透镜进行的特殊设计,低成本的实现了2×N灵活光谱成型器。接下来,本文合作提出了一种M×N灵活光谱成型器扩展方案。所设计的M×N灵活光谱成型器性能指标如下:三个端口入四个端口,在C波段中使用,带宽可调范围为25 GHz到5THz,最小可调带宽大约6 GHz,所有端口插入损耗小于12.5 d B。并且在现有3×4灵活光谱成型器光路基础上,可以将灵活光谱成型器的输入输出端口数量扩展,达到10×20。实现了只用一个M×N灵活光谱成型器即可以达到之前多个1×N的灵活光谱成型器组合的RODAM节点功能。
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