陣列波導光柵(AWG)的工作原理

AWG是Arrayed Waveguide Grating陣列波導光柵,是密集波分複用系統(DWDM)中的首選技術。AWG是一種平面波導器件,是利用PLC技術在芯片襯底上製作的陣列波導光柵。與FBG和TTF相比,AWG具有集成度高、通道數目多、插入損耗小、易於批量自動化生產等優點。

AWG的工作原理,可以從凹面光柵來分析。凹面光柵結構如圖1所示,光柵的槽面分布在一個半徑爲R=2r的大圓上,在光柵前面存在一個小圓,其半徑r是大圓的一半,這個小圓稱爲羅蘭圓。凹面光柵兼有傳統光柵和透鏡兩種功能,從羅蘭圓上任意一點P1發出的光束,經凹面光柵衍射之後,必定聚焦在羅蘭圓上另一點P2。衍射角θ與入射角α之間滿足關係式(1)。
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根據式(1),衍射角θ是波長相關的。當一束複色光波從P1點發出,經凹面光柵衍射之後,不同波長將會聚焦在羅蘭圓上的不同位置(P2點附近)。
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圖1. 凹面光柵的衍射

輸入/輸出星形耦合器具有類似凹面光柵的結構,圖2是輸出星形耦合器的結構,陣列波導的端口都分佈在一個直徑爲R=2r的大圓上,而輸出波導的端口都分佈在一個半徑爲r的小圓(羅蘭圓)上。輸入星形耦合器的結構與星形耦合器類似,差別僅在於數十根輸出波導被一根輸入波導替代,輸入波導的端口位於輸出波導的中心位置C。
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圖2. 輸出星形耦合器的結構

凹面光柵與星形耦合器之間的類比,如圖3所示。在凹面光柵中,複色光束從羅蘭圓上的一點發出,不同波長的光聚焦在羅蘭圓上的不同點。在星形耦合器中,DWDM信號從輸出波導的中心店C(即輸入波導的鏡像點)發出,這個點在羅蘭圓上。如果在陣列波導中能否如凹面光柵一樣,發生反射式衍射,那麼不同波長將會聚焦在羅蘭圓上的不同點。然後色散展開的不同波長,被羅蘭圓上的不同輸出波導接收。現在的關鍵點是,如何在陣列波導中產生反射式衍射。

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圖3. 凹面光柵與星形耦合器之間的類比

因爲輸入/輸出星形耦合器的結構類似,我們可以對AWG進行摺疊,如圖4所示。在陣列波導中間設置一個反射鏡,將陣列波導對稱分開。陣列波導的左側一半鏡像到右側一半,輸入星形耦合器鏡像到輸出星形耦合器,輸入波導鏡像到輸出波導的中心位置C。因此AWG的工作過程可視同:DWDM信號從輸出波導的中心位置C輸入,經過輸出星形耦合器中的自由傳輸,分配至陣列波導之中;多光束在陣列波導的右半側傳輸至鏡面,被反射的多光束進入輸出星形耦合器;經過星形耦合器中的自由傳輸之後,不同波長的光束聚焦在不同位置,被輸出波導接收,從而實現對DWDM信號的解複用。
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圖4. AWG的摺疊操作過程

AWG具有波長間隔小、信道數多、易於集成的優點,特別適合於超高速、大容量的DWDM系統使用,已成爲DWDM系統中大部分器件的核心構件,應用廣泛。

億源通(HYC)推廣出一款48通道的無熱陣列波導光柵AAWG,主要針對400Gbps的網絡應用。基於陣列波導光柵技術,不需要額外的電源供電或者溫度控制,屬於純無源模塊。具有低損耗和偏振相關損耗,低串擾等特點,在-40℃到85℃工作溫度範圍內穩定性良好。
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圖5. DWDM AAWG模塊

關於億源通(HYC)
億源通(英文簡稱HYC)創立於2000年,是全球行業內領先的無源光器件OEM/ODM及解決方案提供商,專注於光通信無源基礎器件研發、製造、銷售與服務。公司主營產品爲:光纖連接器(數據中心高密度光連接器),WDM波分複用器,PLC光分路器,MEMS光開關等四大核心光無源基礎器件,廣泛應用於光纖到戶、4G/5G移動通信、互聯網數據中心、國防通信等領域。

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