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1、典型的光器件AWG1内容内容1.AWG的简介的简介2.AWG的工作原理的工作原理3.AWG的应用的应用4.AWG的温度敏感性的温度敏感性5.AWG的性能和参数的性能和参数21.1.阵列波导光栅（阵列波导光栅（AWGAWG）AWG：Arrayed Waveguide Gratings也被称作也被称作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。由两个多端口耦合器和连接它们的阵列波导构成。AWG可用作可用作N1波分复用器和波分复用器和1N波分解复用器及波分解复用器及NN型的型的波长路由器等波长路由器等 ，是互易性的，是互易性的特点：通道数多，
2、插入损耗低，通带平坦，容易集成在一块特点：通道数多，插入损耗低，通带平坦，容易集成在一块衬底上衬底上32.2.工作原理工作原理罗兰圆与凹面光栅罗兰圆与凹面光栅罗兰圆的半径为罗兰圆的半径为r，凹面，凹面光栅的曲率半径为光栅的曲率半径为R=2r，二者内切且罗兰圆通，二者内切且罗兰圆通过光栅中心。过光栅中心。通过光路分析及近似可通过光路分析及近似可得，罗兰圆上任一点发得，罗兰圆上任一点发出的光，经凹面光栅衍出的光，经凹面光栅衍射之后仍聚焦在罗兰圆射之后仍聚焦在罗兰圆上，不同衍射级次对应上，不同衍射级次对应不同衍射角。不同衍射角。4AWGAWG的工作原理的工作原理AWG的输入的输入/输出星形耦合器采用
3、类似凹面反射式光栅和罗兰圆的结构。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，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。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列波导衍射，不同波长聚焦到不同输出波导阵列波导阵列波导输入波导输入波导输出波导输出波导输入星形耦合器输入星形耦合器输出星形耦合器输出星形耦合器5AWG
4、AWG的工作原理的工作原理图中罗兰圆上图中罗兰圆上C点发出的光信号经凹面光栅反射衍射，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。不同波长聚焦到罗兰圆上的不同点。对于对于AWG来说，波导来说，波导C相当于某输入波导，在该位置相当于某输入波导，在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，出波导中， 1 - 7所在位置相当于不同的输出波导。所在位置相当于不同的输出波导。6AWGAWG的工作原理的工作原理阵列波导区域相邻波导间的阵列波导区域相邻波导间的长度差是固定的，记为长度差是固定的，记为L传统的衍射光栅的光栅
5、方程为，传统的衍射光栅的光栅方程为，其中其中m为主极大的级次，为主极大的级次， 为光程差为光程差AWG满足的方程为满足的方程为 输入耦合器输入耦合器+ 阵列波导阵列波导 + 输出耦合器输出耦合器 =m 7AWGAWG的光栅方程的光栅方程传统传统AWG满足的光栅方程为，满足的光栅方程为，d为阵列波导的周期为阵列波导的周期m为为AWG工作的衍射级数工作的衍射级数对对于于由由中中心心波波导导输输入入并并由由中中心波导输出的中心波长满足心波导输出的中心波长满足通通过过对对 的的设设定定可可以以决决定定衍衍射射级级数数，一一般般较较大大的的m可可以以产生较高的分辨率产生较高的分辨率.相邻阵列波导的长度差
6、相邻阵列波导的长度差 为光在输入输出平板波为光在输入输出平板波导上的衍射角，导上的衍射角，i、j为输入输出波导的序列为输入输出波导的序列号号(中心波导记为中心波导记为0)， 为输入输出端为输入输出端的波导间隔，的波导间隔，Lf 为平板波导的聚焦长度为平板波导的聚焦长度阵列波导折射率阵列波导折射率平板波导折射率平板波导折射率83.AWG3.AWG的应用的应用复用和解复用复用和解复用上下话路上下话路(OADM)AWGAWGAWG并入串出，串入并出并入串出，串入并出9传统薄膜滤波器（传统薄膜滤波器（TFFTFF）技术的波分复用器）技术的波分复用器此器件的核心是多层介质薄膜滤光片，此器件的核心是多层介
7、质薄膜滤光片，由反射介质薄膜隔开的两个或多个腔构由反射介质薄膜隔开的两个或多个腔构成。成。 只允许特定波长的光通过而让其只允许特定波长的光通过而让其它所有波长的光反射它所有波长的光反射多腔与单腔相比，多腔与单腔相比，通带顶部更加平坦，通带顶部更加平坦，边缘更为尖锐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，每层膜厚都为堆积而成，每层膜厚都为1/4波长厚度波长厚度10TFFTFF技术的波分复用器技术的波分复用器多通道分选技术（优化多通道多通道分选技术（优化多通道TFF器件）和低插入损耗的滤光器件）和低插入损耗的滤光片的采用，大大降低了后面通道
8、片的采用，大大降低了后面通道的插入损耗；的插入损耗；光纤准直镜光纤准直镜介质薄膜滤光片介质薄膜滤光片随着通道数的增加，随着通道数的增加，越是后面通道的波长越是后面通道的波长的损耗就越大的损耗就越大11AWGAWG与与TFFTFF的比较的比较AWG作为复用作为复用/解复用器与传统解复用器与传统TFF波分复用器相波分复用器相比的优势比的优势通道数大通道数大波长分辨率高，可较容易实现波长分辨率高，可较容易实现50Ghz的波长间隔的波长间隔集成度高，能够在很小的镜片上实现集成度高，能够在很小的镜片上实现40通道以上的通道以上的100Ghz间隔的波长滤波间隔的波长滤波通道数不与价格成正比，成本和性能几乎
9、与信道数无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。关，更适合量产。2007 年时年时AWG 和和TFF 市场占有旗鼓相当，其后市场占有旗鼓相当，其后则则AWG处于后来居上的地位，市场应用前景被普处于后来居上的地位，市场应用前景被普遍看好。遍看好。12AWGAWG的应用的应用- -波长路由波长路由固定波长路由器固定波长路由器用于此功能时，用于此功能时，AWG又被称为又被称为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。且不会在输出端
10、口发生碰撞。13AWGAWG的应用的应用- -波长路由波长路由不同输入端口的输不同输入端口的输入信号在输出端口入信号在输出端口具有循环移位特性具有循环移位特性除以上应用外，除以上应用外，AWG还可以被用还可以被用于动态增益均衡、于动态增益均衡、多波长同时监测多波长同时监测等衍生器件等衍生器件输入波长矩阵输出波长矩阵14AWGAWG的应用实例的应用实例利用利用AWG解调的传感网络解调的传感网络154.AWG4.AWG的温度敏感性的温度敏感性温度敏感性：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，由于二氧化硅的折射率和波导尺寸随温度的变化而改变，导致导致AWG 各个输出通道的波长
11、随温度而变化。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：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、使用温控电路和加热器，保持AWG芯片处于芯片处于70oC左右的恒温环境中左右的恒温环境中有热有热AWG；2、在、在AWG 的芯片结构上采用特殊设计和工艺，使得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控制电路无热无热AWG（ athermal AWG）。目前国外已有成熟目前国外已有成熟产品，但国内尚无产品，但国内尚无165.5.实用化实用化AWGAWG的性能要求的性能要求小的中心波长偏移小的中心波长偏移宽的通带光谱响应宽的通带光谱响应低的插入损耗低的插入损耗低的信道串扰低的信道串扰低的偏振相关性低的偏振相关性平坦光谱响应平坦光谱响应17典型的典型的AWGAWG产品性能产品性能18AWGAWG的典型参数的典型参数通带宽度通带宽度通带起伏通带起伏偏振依赖损耗偏振依赖损耗通带宽度通带宽度通带起伏通带起伏偏振依赖损耗偏振依赖损耗19
