陣列波導光柵(AWG)的工作原理

AWG是Arrayed Waveguide Grating陣列波導光柵，是密集波分復用系統(tǒng)（DWDM）中的首選技術。AWG是一種平面波導器件，是利用PLC技術在芯片襯底上制作的陣列波導光柵。與FBG和TTF相比，AWG具有集成度高、通道數(shù)目多、插入損耗小、易于批量自動化生產等優(yōu)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為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，這個小圓稱為羅蘭圓。凹面光柵兼有傳統(tǒng)光柵和透鏡兩種功能，從羅蘭圓上任意一點P1發(fā)出的光束，經凹面光柵衍射之后，必定聚焦在羅蘭圓上另一點P2。衍射角θ與入射角α之間滿足關系式（1）。

根據(jù)式（1），衍射角θ是波長相關的。當一束復色光波從P1點發(fā)出，經凹面光柵衍射之后，不同波長將會聚焦在羅蘭圓上的不同位置（P2點附近）。

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布在一個直徑為R=2r的大圓上，而輸出波導的端口都分布在一個半徑為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，差別僅在于數(shù)十根輸出波導被一根輸入波導替代，輸入波導的端口位于輸出波導的中心位置C。

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，復色光束從羅蘭圓上的一點發(fā)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(fā)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(fā)生反射式衍射，那么不同波長將會聚焦在羅蘭圓上的不同點。然后色散展開的不同波長，被羅蘭圓上的不同輸出波導接收?，F(xiàn)在的關鍵點是，如何在陣列波導中產生反射式衍射。

圖3. 凹面光柵與星形耦合器之間的類比

因為輸入/輸出星形耦合器的結構類似，我們可以對AWG進行折疊，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后，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(xiàn)對DWDM信號的解復用。

圖4. AWG的折疊操作過程

AWG具有波長間隔小、信道數(shù)多、易于集成的優(yōu)點，特別適合于超高速、大容量的DWDM系統(tǒng)使用，已成為DWDM系統(tǒng)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?；陉嚵胁▽Ч鈻偶夹g，不需要額外的電源供電或者溫度控制，屬于純無源模塊。具有低損耗和偏振相關損耗，低串擾等特點，在-40℃到85℃工作溫度范圍內穩(wěn)定性良好。

圖5. DWDM AAWG模塊

關于億源通（HYC）

億源通（英文簡稱HYC）創(chuàng)立于2000年，是全球行業(yè)內領先的無源光器件OEM/ODM及解決方案提供商，專注于光通信無源基礎器件研發(fā)、制造、銷售與服務。公司主營產品為：光纖連接器（數(shù)據(jù)中心高密度光連接器），WDM波分復用器，PLC光分路器，MEMS光開關等四大核心光無源基礎器件，廣泛應用于光纖到戶、4G/5G移動通信、互聯(lián)網數(shù)據(jù)中心、國防通信等領域。