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阵列波导光栅(AWG)的工作原理

已有 14 次阅读  2019-12-26 18:01
AWG是Arrayed Waveguide Grating阵列波导光栅,是密集波分复用系统(DWDM)中的首选技术。AWG是一种平面波导器件,是利用PLC技术在芯片衬底上制作的阵列波导光栅。与FBG和TTF相比,AWG具有集成度高、通道数目多、插入损耗小、易于批量自动化生产等优点。

AWG的工作原理,可以从凹面光栅来分析。凹面光栅结构如图1所示,光栅的槽面分布在一个半径为R=2r的大圆上,在光栅前面存在一个小圆,其半径r是大圆的一半,这个小圆称为罗兰圆。凹面光栅兼有传统光栅和透镜两种功能,从罗兰圆上任意一点P1发出的光束,经凹面光栅衍射之后,必定聚焦在罗兰圆上另一点P2。衍射角θ与入射角α之间满足关系式(1)。
根据式(1),衍射角θ是波长相关的。当一束复色光波从P1点发出,经凹面光栅衍射之后,不同波长将会聚焦在罗兰圆上的不同位置(P2点附近)。
图1. 凹面光栅的衍射

输入/输出星形耦合器具有类似凹面光栅的结构,图2是输出星形耦合器的结构,阵列波导的端口都分布在一个直径为R=2r的大圆上,而输出波导的端口都分布在一个半径为r的小圆(罗兰圆)上。输入星形耦合器的结构与星形耦合器类似,差别仅在于数十根输出波导被一根输入波导替代,输入波导的端口位于输出波导的中心位置C。
图2. 输出星形耦合器的结构

凹面光栅与星形耦合器之间的类比,如图3所示。在凹面光栅中,复色光束从罗兰圆上的一点发出,不同波长的光聚焦在罗兰圆上的不同点。在星形耦合器中,DWDM信号从输出波导的中心店C(即输入波导的镜像点)发出,这个点在罗兰圆上。如果在阵列波导中能否如凹面光栅一样,发生反射式衍射,那么不同波长将会聚焦在罗兰圆上的不同点。然后色散展开的不同波长,被罗兰圆上的不同输出波导接收。现在的关键点是,如何在阵列波导中产生反射式衍射。
图3. 凹面光栅与星形耦合器之间的类比

因为输入/输出星形耦合器的结构类似,我们可以对AWG进行折叠,如图4所示。在阵列波导中间设置一个反射镜,将阵列波导对称分开。阵列波导的左侧一半镜像到右侧一半,输入星形耦合器镜像到输出星形耦合器,输入波导镜像到输出波导的中心位置C。因此AWG的工作过程可视同:DWDM信号从输出波导的中心位置C输入,经过输出星形耦合器中的自由传输,分配至阵列波导之中;多光束在阵列波导的右半侧传输至镜面,被反射的多光束进入输出星形耦合器;经过星形耦合器中的自由传输之后,不同波长的光束聚焦在不同位置,被输出波导接收,从而实现对DWDM信号的解复用。
图4. AWG的折叠操作过程

AWG具有波长间隔小、信道数多、易于集成的优点,特别适合于超高速、大容量的DWDM系统使用,已成为DWDM系统中大部分器件的核心构件,应用广泛。

亿源通(HYC)推广出一款48通道的无热阵列波导光栅AAWG,主要针对400Gbps的网络应用。基于阵列波导光栅技术,不需要额外的电源供电或者温度控制,属于纯无源模块。具有低损耗和偏振相关损耗,低串扰等特点,在-40℃到85℃工作温度范围内稳定性良好。

图5. DWDM AAWG模块

关于亿源通(HYC)
亿源通(英文简称HYC)创立于2000年,是全球行业内领先的无源光器件OEM/ODM及解决方案提供商,专注于光通信无源基础器件研发、制造、销售与服务。公司主营产品为:光纤连接器(数据中心高密度光连接器),WDM波分复用器,PLC光分路器,MEMS光开关等四大核心光无源基础器件,广泛应用于光纤到户、4G/5G移动通信、互联网数据中心、国防通信等领域。

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