陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的工作原理

AWG是Arrayed Waveguide Grating陣列波導(dǎo)光柵，是密集波分復(fù)用系統(tǒng)（DWDM）中的首選技術(shù)。AWG是一種平面波導(dǎo)器件，是利用PLC技術(shù)在芯片襯底上制作的陣列波導(dǎo)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(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

AWG的工作原理，可以從凹面光柵來(lái)分析。凹面光柵結(jié)構(gòu)如圖1所示，光柵的槽面分布在一個(gè)半徑為R=2r的大圓上，在光柵前面存在一個(gè)小圓，其半徑r是大圓的一半，這個(gè)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(diǎn)P1發(fā)出的光束，經(jīng)凹面光柵衍射之后，必定聚焦在羅蘭圓上另一點(diǎn)P2。衍射角θ與入射角α之間滿足關(guān)系式（1）。

根據(jù)式（1），衍射角θ是波長(zhǎng)相關(guān)的。當(dāng)一束復(fù)色光波從P1點(diǎn)發(fā)出，經(jīng)凹面光柵衍射之后，不同波長(zhǎng)將會(huì)聚焦在羅蘭圓上的不同位置（P2點(diǎn)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(jié)構(gòu)，圖2是輸出星形耦合器的結(jié)構(gòu)，陣列波導(dǎo)的端口都分布在一個(gè)直徑為R=2r的大圓上，而輸出波導(dǎo)的端口都分布在一個(gè)半徑為r的小圓（羅蘭圓）上。輸入星形耦合器的結(jié)構(gòu)與星形耦合器類似，差別僅在于數(shù)十根輸出波導(dǎo)被一根輸入波導(dǎo)替代，輸入波導(dǎo)的端口位于輸出波導(dǎo)的中心位置C。

圖2. 輸出星形耦合器的結(jié)構(gòu)

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(fù)色光束從羅蘭圓上的一點(diǎn)發(fā)出，不同波長(zhǎng)的光聚焦在羅蘭圓上的不同點(diǎn)。在星形耦合器中，DWDM信號(hào)從輸出波導(dǎo)的中心店C（即輸入波導(dǎo)的鏡像點(diǎn)）發(fā)出，這個(gè)點(diǎn)在羅蘭圓上。如果在陣列波導(dǎo)中能否如凹面光柵一樣，發(fā)生反射式衍射，那么不同波長(zhǎng)將會(huì)聚焦在羅蘭圓上的不同點(diǎn)。然后色散展開(kāi)的不同波長(zhǎng)，被羅蘭圓上的不同輸出波導(dǎo)接收。現(xiàn)在的關(guān)鍵點(diǎn)是，如何在陣列波導(dǎo)中產(chǎn)生反射式衍射。

圖3. 凹面光柵與星形耦合器之間的類比

因?yàn)檩斎?輸出星形耦合器的結(jié)構(gòu)類似，我們可以對(duì)AWG進(jìn)行折疊，如圖4所示。在陣列波導(dǎo)中間設(shè)置一個(gè)反射鏡，將陣列波導(dǎo)對(duì)稱分開(kāi)。陣列波導(dǎo)的左側(cè)一半鏡像到右側(cè)一半，輸入星形耦合器鏡像到輸出星形耦合器，輸入波導(dǎo)鏡像到輸出波導(dǎo)的中心位置C。因此AWG的工作過(guò)程可視同：DWDM信號(hào)從輸出波導(dǎo)的中心位置C輸入，經(jīng)過(guò)輸出星形耦合器中的自由傳輸，分配至陣列波導(dǎo)之中；多光束在陣列波導(dǎo)的右半側(cè)傳輸至鏡面，被反射的多光束進(jìn)入輸出星形耦合器；經(jīng)過(guò)星形耦合器中的自由傳輸之后，不同波長(zhǎng)的光束聚焦在不同位置，被輸出波導(dǎo)接收，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DWDM信號(hào)的解復(fù)用。

圖4. AWG的折疊操作過(guò)程

AWG具有波長(zhǎng)間隔小、信道數(shù)多、易于集成的優(yōu)點(diǎn)，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(gòu)件，應(yīng)用廣泛。

億源通（HYC）推廣出一款48通道的無(wú)熱陣列波導(dǎo)光柵AAWG，主要針對(duì)400Gbps的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。基于陣列波導(dǎo)光柵技術(shù)，不需要額外的電源供電或者溫度控制，屬于純無(wú)源模塊。具有低損耗和偏振相關(guān)損耗，低串?dāng)_等特點(diǎn)，在-40℃到85℃工作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定性良好。

圖5. DWDM AAWG模塊

關(guān)于億源通（HYC）

億源通（英文簡(jiǎn)稱HYC）創(chuàng)立于2000年，是全球行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的無(wú)源光器件OEM/ODM及解決方案提供商，專注于光通信無(wú)源基礎(chǔ)器件研發(fā)、制造、銷售與服務(wù)。公司主營(yíng)產(chǎn)品為：光纖連接器（數(shù)據(jù)中心高密度光連接器），WDM波分復(fù)用器，PLC光分路器，MEMS光開(kāi)關(guān)等四大核心光無(wú)源基礎(chǔ)器件，廣泛應(yīng)用于光纖到戶、4G/5G移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、國(guó)防通信等領(lǐng)域。