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基于阵列波导和MEMS微镜的1×N光开关研究

丁诗磊  
【摘要】:随着互联网应用的快速发展,骨干网中的ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer,可重构光分插复用器)技术下沉至城域网,ROADM模块的需求增长迅速。目前ROADM的主流技术方案是WSS(Wavelength Selective Switch,波长选择开关)+MCS(Multicast Switch,多播光开关),而1×N端口光开关是MCS光开关中的核心组成部分,有着广阔的应用前景。在种类繁多的光开关当中,基于MEMS(Microelectromechanical Systems,微机电系统)微镜的1×N端口光开关因其体积小、成本低,成为主流技术方案。针对现有解决方案存在的端口数扩展问题,本文提出一种基于阵列波导和MEMS微镜的1×N端口光开关,论文的主要内容如下:系统研究了各种光开关、尤其是MEMS光开关技术的发展现状,分析了现有1×N端口MEMS光开关存在的问题,即纤芯间距大而微镜偏角有限,端口数因此受限。在此基础上,提出了一种基于阵列波导和MEMS微镜的1×N端口光开关方案,通过集成光学技术与MEMS技术的混合集成,实现光开关端口数的扩展。基于Rsoft软件对阵列波导进行仿真和优化,在保证低串扰的情况下尽量缩小波导间距,以降低边缘端口的损耗。基于Zemax软件对光学系统进行仿真和优化,对比了球面透镜和非球面透镜的使用效果,最后选用非球面透镜。对1×16端口光开关,所有端口耦合效率均大于90%;对1×32端口光开关,所有端口耦合效率大于65%。根据仿真分析结果,设计并加工了验证实验所需的元器件和装配夹具。完成了光纤阵列和阵列波导的耦合连接,以及光开关的整体组装测试。1×16端口光开关的尺寸为Φ6mm×23mm,损耗最大值为2.48dB,串扰-35dB。1×32端口光开关的尺寸为Φ7.6mm×26mm,测得中间24个端口的损耗3.07dB,边缘端口因像差问题迅速抬升至5.57dB,所有端口串扰-38dB。


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