随着大数据和网络媒体等大宽带业务的发展,以光交换单元为光交换节点的第三代光网络的建设正逐渐兴起,而光分插复用器作为其中的重要器件之一,受到了广泛的关注与研究。为了解决光分插复用器插入损耗高,成本高,可同时上下路的波长数目太少等方面的问题,本文围绕光分插复用器,对级联光栅、基于马赫-曾德尔干涉仪(Mach–Zehnder interferometer,MZI)和级联光栅的光分插复用器、基于光分插复用器的光网络都开展了较为详细的研究分析,主要完成了以下几方面的工作:1.用传输矩阵法推导了光波在级联光栅中的传输公式。然后利用OptiGrating仿真软件分析了级联个数、折射率调制深度、占空比、啁啾量、取样周期、相移角度、相移次数等因素对各类级联反射谱的影响,得到一种可以同时反射多个波长的级联相移啁啾光栅。最后用切趾函数对级联相移啁啾光栅的反射谱进行了优化,优化出了有五十多个梳状反射峰的级联相移啁啾切趾光栅。2.利用级联光栅的研究结果设计出了两种类型的光分插复用器,分别是基于布拉格光栅和马赫-曾德尔干涉仪的Ⅰ型光分插复用器,可以实现单个波长的上下路;基于级联相移啁啾切趾光栅和马赫-曾德尔干涉仪的Ⅱ型光分插复用器,可以实现52个波长的上下路。并在Ⅰ型光分插复用器的基础上,分别设计了符合IUT-T标准的16通道的固定式光分插复用器,8通道的可重构光分插复用器和8通道的双向传输可重构光分插复用器。用OptiSystem软件对这几种光分插复用器进行了仿真,得到了各端口的频谱分析图。仿真结果表明,设计的光分插复用器具有可行性。3.将设计的光分插复用器应用在光网络中,得到了三种符合N×100 Gbit/s WDM系统技术标准的光网络结构:应用固定式光分插复用器的总线型光网络;应用可重构光分插复用器的单向环型光网络;应用双向传输可重构光分插复用器的网状网型光网络。并分别通过OptiSystem软件对三种光网络进行仿真分析,通过观察各节点的信号频谱验证了各网络结构的可行性及兼容性。本文对级联光纤光栅的光谱特性进行了详细地分析研究,设计的光分插复用器对于实现多通道信号的灵活上下路有一定的参考意义,同时设计的基于光分插复用器的光网络对于提高波长利用率在一定程度上有借鉴意义。