基于硅基液晶的M×N多端口波长选择开关的研究

作     者：王南 

作者单位：中央民族大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋敏

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：波长选择开关 液晶空间光调制器 zemax仿真 折叠式结构 

摘      要：进入21世纪以来,由于现有的电层交换技术在通信领域里所暴露出的带宽较窄,响应速度慢,功耗大等弊端日益凸显。为了摆脱电子瓶颈效应的束缚,构建以全光交换、多维复用、高光谱利用率超信道传输的全光网络(All OpticalNetwork)已经势在必行。近20余年来的研究与发展结果表明,基于硅基液晶的波长选择开关(Wavelength Selective Switch,WSS)具有强大的信号处理和波长选择功能,是目前对智能化弹性光网络中各种基础科学问题和技术问题开展深入研究不可或缺的首选仪器设备。现阶段商用的1×20端口的WSS已经因为其输入端口的单一性而限制了全光交换的效率。因此更高维度的M×N型波长选择开关对开展智能弹性光网络中多维光交叉连接节点技术的研究具有重大意义。本文针对现阶段M×N型波长选择开关受空间光调制器像素密度、光路结构设计以及光学系统体积等因素制约而存在的输入端口单一、光谱分辨率受限与插入损耗较大等技术问题。通过使用4K分辨率液晶空间光调制器,自主设计M×N型光路并进行仿真与实验验证,最终实现了插入损耗小于12dB,波长调谐精度10GHz,最小信道带宽28.7GHz,可以实现灵活信道路由并且编程可控的3×3波长选择开关。论文主要内容包括:1.全光网络的时代背景和可重构光分插复用器的研究现状,以及波长选择开关的国内外研究进展。2.研究了波长选择开关的工作原理,将高斯光束的定义与传输特性进行推导和演算,同时研究了空间光调制器基于电光效应的调制原理。3.提出一种折叠式结构的M×N型波长选择开关设计,并将其分为准直、衍射聚焦、整体结构三个部分进行zemax仿真,最终成功实现了波长选择开关的端口切换的功能。4.将提出的折叠式结构进行实验验证,准直系统、衍射聚焦系统、整体结构与端口切换这三个部分的实验结果与仿真相吻合,最终的插入损耗小于12dB,波长调谐精度为1GHz,最小信道带宽为28.7GHz。