谈WDM器件— 阵列波导光栅AWG

6/19/2020，光纤在线讯，为什么需要AWG？我们知道，DWDM技术可以在单根光纤中传输数十个波长，大大扩充了光纤通信系统的传输容量。DWDM系统中最早采用的波分复用/解复用模块是基于介质膜滤光片TFF的，如图1和图2所示。这两种都是串联结构，不同波长在模块中经历不同数量的器件，产生不同的功率损耗。随着端口数增加，DWDM模块的损耗均匀性劣化。同时，在最后端口产生的最大损耗是制约端口数量的另一个因素。因此，基于TFF技术的DWDM模块，其信道数通常不超过16。





    然而，一个典型的DWDM系统，通常在单根光纤中传输40或者48个波长，因此需要更大端口数的复用/解复用器。串联结构的WDM模块会在后面端口累积太多功率损耗，因此需要采用并行结构，一次性对数十个波长进行复用/解复用操作。阵列波导光栅AWG就是这样一种光器件。
阵列波导光栅通常用于波分复用WDM系统中的光复用器Optical (De)Multiplexers，这些设备能够把许多波长的光复合到单一的光纤中，从而提高光纤网络的传播效率。

AWG的典型结构
    典型的AWG结构如图3所示，它包括一个输入波导、一个输入星形耦合器（图中自由传输区域FPR）、一组阵列波导、一个输出星形耦合器和数十根输出波导。阵列波导的长度成等差级数，第一根波导的长度是L0，第i根波导的长度Li为



    DWDM信号从输入波导进入输入星形耦合器，经自由传输之后，被分配到阵列波导之中。这个分配过程是波长无关的，所有波长被无差别的分配到阵列波导之中。阵列波导对多光束产生相位差，各光束的相位成等差级数，这与传统光栅中的情况类似。不同波长被色散展开，并聚焦在输出星形耦合器中的不同位置。不同波长被不同的波导接收，从而实现对DWDM信号的并行解复用。

AWG工作原理
    为了更好的理解AWG的工作原理，此处从凹面光栅入手进行分析。凹面光栅结构如图4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（2）。


    根据式（2），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）。


    现在我们回到关于AWG的讨论。输入/输出星形耦合器具有类似凹面光栅的结构，图5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。


    凹面光栅与星形耦合器之间的类比，如图6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。


    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7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。


    阵列波导光栅（AWG）是正在迅速发展的（密集波分复用系统）DWDM 网络的关键器件。AWG可获得大量的波长和信道数，实现数十个至几百个波长的复用和解复用，并能灵活地与其它光器件构成多功能器件和模块。具有高稳定性和优良性价比也是AWG成为DWDM首选的技术的原因之一。


    亿源通（HYC）的AAWG(无热阵列波导光栅)模块是一种基于PLC(平面波导)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；相对于传统TFF(薄膜滤波器)产品，AAWG具有集成度高、均匀性好、低PMD、插入损耗小等优点。基于成熟的工艺，亿源通可提供32通道、40通道、48通道甚至更大通道的无热AWG模块，封装方式及扩展端口均可定制化。

关于亿源通（HYC）
亿源通科技（英文简称HYC），是一家专注于光通信无源基础器件研发、制造、销售与服务于一体的无源光通信器件OEM/ODM厂商，主要生产和销售光纤连接类产品（光纤连接器、适配器、跳线），WDM波分复用器，PLC光分路器，MEMS光开关等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。