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1、1,典型的光器件AWG,2,内容,AWG的简介 AWG的工作原理 AWG的应用 AWG的温度敏感性 AWG的性能和参数,3,1.阵列波导光栅（AWG）,AWG：Arrayed Waveguide Gratings 也被称作Waveguide Grating Routers AWG由两个多端口耦合器和连接它们的阵列波导构成。 AWG可用作N1波分复用器和1N波分解复用器及NN型的波长路由器等 ，是互易性的 特点：通道数多，插入损耗低，通带平坦，容易集成在一块衬底上,4,2.工作原理罗兰圆与凹面光栅,罗兰圆的半径为r，凹面光栅的曲率半径为R=2r，二者内切且罗兰圆通过光栅中心。 通过光路分析及近似
2、可得，罗兰圆上任一点发出的光，经凹面光栅衍射之后仍聚焦在罗兰圆上，不同衍射级次对应不同衍射角。,5,AWG的工作原理,AWG的输入/输出星形耦合器采用类似凹面反射式光栅和罗兰圆的结构。 输入/输出波导的端口位于罗兰圆的圆周上，阵列波导位于凹面光栅的圆周上，但阵列波导相当于透射式光栅。 输入星形耦合器与输出星形耦合器成镜像关系，输入波导发出的光信号经阵列波导衍射，不同波长聚焦到不同输出波导,阵列波导,输入波导,输出波导,输入星形耦合器,输出星形耦合器,6,AWG的工作原理,图中罗兰圆上C点发出的光信号经凹面光栅反射衍射，不同波长聚焦到罗兰圆上的不同点。 对于AWG来说，波导C相当于某输入波导，在
3、该位置输入的光信号，经阵列波导反射衍射并聚焦到不同输出波导中， 1 - 7所在位置相当于不同的输出波导。,7,AWG的工作原理,阵列波导区域相邻波导间的长度差是固定的，记为L,传统的衍射光栅的光栅方程为， 其中m为主极大的级次， 为光程差 AWG满足的方程为 输入耦合器+ 阵列波导 + 输出耦合器 =m,8,AWG的光栅方程,传统,AWG满足的光栅方程为，,d为阵列波导的周期,m为AWG工作的衍射级数,对于由中心波导输入并由中心波导输出的中心波长满足 通过对 的设定可以决定衍射级数，一般较大的m可以产生较高的分辨率.,相邻阵列波导的长度差,平板波导折射率,9,3.AWG的应用,复用和解复用,上
4、下话路(OADM),AWG,AWG,AWG,并入串出，串入并出,10,传统薄膜滤波器（TFF）技术的波分复用器,此器件的核心是多层介质薄膜滤光片，由反射介质薄膜隔开的两个或多个腔构成。 只允许特定波长的光通过而让其它所有波长的光反射,多腔与单腔相比，通带顶部更加平坦，边缘更为尖锐,腔的反射膜由具有不同折射率的多层介质膜堆积而成，每层膜厚都为1/4波长厚度,11,TFF技术的波分复用器,多通道分选技术（优化多通道TFF器件）和低插入损耗的滤光片的采用，大大降低了后面通道的插入损耗；,光纤准直镜,介质薄膜滤光片,随着通道数的增加，越是后面通道的波长的损耗就越大,12,AWG与TFF的比较,AWG作
5、为复用/解复用器与传统TFF波分复用器相比的优势 通道数大 波长分辨率高，可较容易实现50Ghz的波长间隔 集成度高，能够在很小的镜片上实现40通道以上的100Ghz间隔的波长滤波 通道数不与价格成正比，成本和性能几乎与信道数无关，更适合量产。 2007 年时AWG 和TFF 市场占有旗鼓相当，其后则AWG处于后来居上的地位，市场应用前景被普遍看好。,13,AWG的应用-波长路由,固定波长路由器 用于此功能时，AWG又被称为Waveguide Grating Routers (WGRs) 相同的波长可承载不同的信号从不同的输入端口输入，并且不会在输出端口发生碰撞。,14,AWG的应用-波长路由
6、,不同输入端口的输入信号在输出端口具有循环移位特性,除以上应用外，AWG还可以被用于动态增益均衡、多波长同时监测等衍生器件,输入波长矩阵,输出波长矩阵,15,AWG的应用实例,利用AWG解调的传感网络,16,4.AWG的温度敏感性,温度敏感性： 由于二氧化硅的折射率和波导尺寸随温度的变化而改变，导致AWG 各个输出通道的波长随温度而变化。 为了补偿温度变化引起的波长漂移，目前采用两种方案： 1、使用温控电路和加热器，保持AWG芯片处于70oC左右的恒温环境中有热AWG； 2、在AWG 的芯片结构上采用特殊设计和工艺，使得波长不随外界温度变化而变化，不采用任何加热装置和控制电路无热AWG（ athermal AWG）。,目前国外已有成熟产品，但国内尚无,17,5.实用化AWG的性能要求,小的中心波长偏移 宽的通带光谱响应 低的插入损耗 低的信道串扰 低的偏振相关性 平坦光谱响应,18,典型的AWG产品性能,19,AWG的典型参数,通带宽度 通带起伏 偏振依赖损耗,通带宽度,通带起伏,偏振依赖损耗,