光交换矩阵作为光交换节点的核心单元,决定了光网络的交换容量、功能和性能。由硅基光交换集成芯片实现的光交换矩阵单元具有体积小、功耗低等多种优点,已成为光纤通信技术领域的研究热点。目前,光交换芯片加工成本还比较高,制作周期也较长,因此芯片的仿真设计过程十分关键。本文开展高速光交换芯片的系统仿真研究,主要工作内容如下:1.提出了一种基于拓扑信息表的光开关矩阵性能分析方法,它适用于各种光开关拓扑结构,只需更新相应的拓扑信息表即可。拓扑信息表包括光开关矩阵的拓扑连接结构和各个部件的传输矩阵信息,通过计算所有输入端口的组播输出光场可得到开关路由表;然后结合具体的光交换需求确定光开关配置状态,并根据相应的输出光场计算光开关矩阵的插入损耗和光信噪比性能。以4×4拜尼兹光开关矩阵为例,描述了该方法的具体执行过程,并用于分析基于微环谐振器的4×4光交换芯片性能。2.利用光通信仿真软件OptiSystem,搭建了4×4光交换芯片仿真模型和16QAM高速信号的收发系统平台,研究了由马赫-曾德尔光开关单元组成的光交换芯片传输性能,仿真表明上述基于拓扑信息表的光开关矩阵性能分析方法的正确性。3.设计了一种双环级联微环谐振器光开关单元,具体参数为:直连波导与微环的耦合系数0.3,两个微环间的耦合系数0.0471,微环半径10μm,不加电压时该光开关单元处于交叉状态。在此基础上,利用上述光开关矩阵性能分析方法和16QAM高速信号的收发系统平台,仿真研究了基于双环级联微环谐振器的4×4光交换芯片的传输性能,芯片最大的插入损耗和最小的光信噪比分别为2.6dB和19.8dB,能够实现100Gbps信号的正常传输。