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1、典型的光器件AWG,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,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,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可得，罗兰圆上任一点发出的光，经凹
2、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。,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,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，在该位置输入的光信号，经阵列波导反射衍射并聚焦到不
3、同输出波导中，1-7所在位置相当于不同的输出波导。,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,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,为光在输入输出平板波导上的衍射角，i、j为输入输出波导的序列号(中心波导记为0)，为输入输出端的波导间隔，Lf 为平板波导的聚焦长度
4、,阵列波导折射率,平板波导折射率,3.AWG的应用,复用和解复用,上下话路(OADM),AWG,AWG,AWG,并入串出，串入并出,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,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
5、波长的损耗就越大,AWG与TFF的比较,AWG作为复用/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。,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。,A
6、WG的应用-波长路由,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,AWG的应用实例,利用AWG解调的传感网络,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,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,典型的AWG产品性能,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,
