用于M×N阵列波长选择开关的光纤耦合微透镜阵列设计

摘要：M×N端口波长选择开关（WSS）是光通信系统中可重构光分插复用器和光交换节点的重要器件。其主要功能是通过空间光耦合技术，将多个输入光信号同时传输并切换至输出光纤端口。WSS中负责将空间光束与光纤耦合的端口阵列模块，决定了M×N端口WSS的关键参数，如输入/输出端口数量和插入损耗。本文采用强大的物理光学仿真工具VirtualLab Fusion 2023.1（Build 1.558）软件，设计优化了硅基微透镜阵列，实现1143 μm间距光纤阵列的高精度耦合。最终，所设计的微透镜经制造验证，在3 dB插入损耗条件下展现出优异的聚焦能力。该微透镜阵列耦合系统在传输约300 mm距离后，可生成28个直径约1mm（光束1/e²直径）的聚焦光斑，显著扩展了波长选择开关的端口数量。该微透镜阵列设计方法显著提升了M×N端口波长选择开关的端口数量，成功扩展至令人瞩目的28×28端口规模。