基于铌酸锂波导的电光调谐ROADM设计

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具有动态配置能力的可重构光分插复用器(ROADM)是光网络由现行的波分复用(WDM)系统向全光网络演进过程中不可或缺的关键节点器件,是光网络“智能”实现的重要基础,它不仅能够像传统的非重构光分插复用器(OADM)那样,可以从多波长线路信号中提取特定波长到本地,以及将本地波长插入到线路中去,而且可以动态调节节点的上下话路波长,从而实现光网络的动态重构,大大加快光网络透明化和智能化进程。现行的ROADM技术大多基于分立光学器件,成本高、可靠性差,不利于集成化,此外由于调谐手段的限制,在超高速网中应用时存在响应速度偏慢的问题。为适应光网络对ROADM器件的要求,本论文提出一种新颖的电光调谐的可重构光分插复用器。该器件采用钛扩散铌酸锂波导结构,其光路部分由偏振转换部分(PCS)和两个偏振分束器(PBS)组成,其中PCS由多个偏振转换单元(PCU)与多个波长调谐单元(WTU)交替排列在波导上构成。器件采用电光光栅实现偏振转换,同时以电光效应实现波长调谐。本论文从波导光学、光电子学以及模式耦合理论等基本原理出发,推导出器件的各部分参数对器件性能的影响。在此基础上,对器件的物理和几何参数进行计算,设计出了器件中使用的钛扩散铌酸锂波导的制备参数、PBS的波导参数、PCS中各波导参数、PCU及WTU的电极结构以及所施加电压等。最后,本论文还对各PCU中的电压分布进行了多种改进,以适应对ROADM的通带宽度、旁瓣抑制等各项指标要求。并且本论文还给出了几种较为简化的备选设计方案,适用于对可重构性要求较低的场合。经理论分析及仿真研究表明,本论文设计的ROADM,具有集成度高、响应速度快、通带宽度窄、串扰低等特点。并且可在不改变器件结构的条件下实现通带宽度可调,可满足不同信道间隔的密集波分复用系统需求,还可实现相邻信道的同时下载。
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