億源通：WDM器件— 陣列波導光柵AWG

  為什么需要AWG？

  我們知道，DWDM技術(shù)可以在單根光纖中傳輸數十個(gè)波長(cháng)，大大擴充了光纖通信系統的傳輸容量。DWDM系統中最早采用的波分復用/解復用模塊是基于介質(zhì)膜濾光片TFF的，如圖1和圖2所示。這兩種都是串聯(lián)結構，不同波長(cháng)在模塊中經(jīng)歷不同數量的器件，產(chǎn)生不同的功率損耗。隨著(zhù)端口數增加，DWDM模塊的損耗均勻性劣化。同時(shí)，在最后端口產(chǎn)生的最大損耗是制約端口數量的另一個(gè)因素。因此，基于TFF技術(shù)的DWDM模塊，其信道數通常不超過(guò)16。

圖1. 基于三端口WDM器件的WDM模塊

圖2. 迷你WDM模塊結構

  然而，一個(gè)典型的DWDM系統，通常在單根光纖中傳輸40或者48個(gè)波長(cháng)，因此需要更大端口數的復用/解復用器。串聯(lián)結構的WDM模塊會(huì )在后面端口累積太多功率損耗，因此需要采用并行結構，一次性對數十個(gè)波長(cháng)進(jìn)行復用/解復用操作。陣列波導光柵AWG就是這樣一種光器件。

  陣列波導光柵通常用于波分復用WDM系統中的光復用器Optical (De)Multiplexers，這些設備能夠把許多波長(cháng)的光復合到單一的光纖中，從而提高光纖網(wǎng)絡(luò )的傳播效率。

  AWG的典型結構

  典型的AWG結構如圖3所示，它包括一個(gè)輸入波導、一個(gè)輸入星形耦合器（圖中自由傳輸區域FPR）、一組陣列波導、一個(gè)輸出星形耦合器和數十根輸出波導。陣列波導的長(cháng)度成等差級數，第一根波導的長(cháng)度是L0，第i根波導的長(cháng)度Li為

  (1)

圖3. 典型AWG結構

  DWDM信號從輸入波導進(jìn)入輸入星形耦合器，經(jīng)自由傳輸之后，被分配到陣列波導之中。這個(gè)分配過(guò)程是波長(cháng)無(wú)關(guān)的，所有波長(cháng)被無(wú)差別的分配到陣列波導之中。陣列波導對多光束產(chǎn)生相位差，各光束的相位成等差級數，這與傳統光柵中的情況類(lèi)似。不同波長(cháng)被色散展開(kāi)，并聚焦在輸出星形耦合器中的不同位置。不同波長(cháng)被不同的波導接收，從而實(shí)現對DWDM信號的并行解復用。

  AWG工作原理

  為了更好的理解AWG的工作原理，此處從凹面光柵入手進(jìn)行分析。凹面光柵結構如圖4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(chēng)為羅蘭圓。凹面光柵兼有傳統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(mǎn)足關(guān)系式（2）。

  (2)

  根據式（2），衍射角θ是波長(cháng)相關(guān)的。當一束復色光波從P1點(diǎn)發(fā)出，經(jīng)凹面光柵衍射之后，不同波長(cháng)將會(huì )聚焦在羅蘭圓上的不同位置（P2點(diǎn)附近）。

圖4. 凹面光柵的衍射

  現在我們回到關(guān)于AWG的討論。輸入/輸出星形耦合器具有類(lèi)似凹面光柵的結構，圖5是輸出星形耦合器的結構，陣列波導的端口都分布在一個(gè)直徑為R=2r的大圓上，而輸出波導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構與星形耦合器類(lèi)似，差別僅在于數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5. 輸出星形耦合器的結構

  凹面光柵與星形耦合器之間的類(lèi)比，如圖6所示。在凹面光柵中，復色光束從羅蘭圓上的一點(diǎn)發(fā)出，不同波長(cháng)的光聚焦在羅蘭圓上的不同點(diǎn)。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(diǎn)）發(fā)出，這個(gè)點(diǎn)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(cháng)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(cháng)，被羅蘭圓上的不同輸出波導接收?，F在的關(guān)鍵點(diǎn)是，如何在陣列波導中產(chǎn)生反射式衍射。

圖6. 凹面光柵與星形耦合器之間的類(lèi)比

  因為輸入/輸出星形耦合器的結構類(lèi)似，我們可以對AWG進(jìn)行折疊，如圖7所示。在陣列波導中間設置一個(gè)反射鏡，將陣列波導對稱(chēng)分開(kāi)。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(guò)程可視同：DWDM信號從輸出波導的中心位置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(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(cháng)的光束聚焦在不同位置，被輸出波導接收，從而實(shí)現對DWDM信號的解復用。

圖7. AWG的折疊操作過(guò)程

  陣列波導光柵（AWG）是正在迅速發(fā)展的（密集波分復用系統）DWDM 網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵器件。AWG可獲得大量的波長(cháng)和信道數，實(shí)現數十個(gè)至幾百個(gè)波長(cháng)的復用和解復用，并能靈活地與其它光器件構成多功能器件和模塊。具有高穩定性和優(yōu)良性?xún)r(jià)比也是AWG成為DWDM首選的技術(shù)的原因之一。

  億源通（HYC）的AAWG(無(wú)熱陣列波導光柵)模塊是一種基于PLC(平面波導)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；相對于傳統TFF(薄膜濾波器)產(chǎn)品，AAWG具有集成度高、均勻性好、低PMD、插入損耗小等優(yōu)點(diǎn)?；诔墒斓墓に?，億源通可提供32通道、40通道、48通道甚至更大通道的無(wú)熱AWG模塊，封裝方式及擴展端口均可定制化。

  關(guān)于億源通（HYC）

  億源通科技（英文簡(jiǎn)稱(chēng)HYC），是一家專(zhuān)注于光通信無(wú)源基礎器件研發(fā)、制造、銷(xiāo)售與服務(wù)于一體的無(wú)源光通信器件OEM/ODM廠(chǎng)商，主要生產(chǎn)和銷(xiāo)售光纖連接類(lèi)產(chǎn)品（光纖連接器、適配器、跳線(xiàn)），WDM波分復用器，PLC光分路器，MEMS光開(kāi)關(guān)等核心光無(wú)源基礎器件，廣泛應用于光纖到戶(hù)、4G/5G移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)數據中心、國防通信等領(lǐng)域。