阵列波导光栅AWG简介

阵列波导光栅（AWG,ArrayedWaveguideGrating）是正在迅速发展的密集波分复用系统（DWDM）网络中的首选技术。AWG具有滤波特性和多功能性，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。利用N×N的矩阵形式在N个波长上可同时传输N路不同的光信号，并能灵活地与其它光器件构成多功能器件和模块。此外，AWG还具有高稳定性及好的性价比，非常适合高速大容量的DWDM系统使用。AWG器件是以光集成技术为基础的平面波导型器件，具有平面波导技术的潜在优点，适宜于批量生产，重复性好，尺寸小，插入损耗均匀性较好，加温控后热稳定性好，并且可与有源器件集成，组成光电集成电路（OEIC）等，是未来光通信发展的主流技术。

1.基本结构

标准AWG由五部分组成：①输入波导，②输入星型耦合器，③阵列波导，④输出星型耦合器和⑤输出波导。

罗兰圆直径为凹面光栅的的曲率半径，其上任何一点发出的光束，经凹面镜反射之后，必定聚焦在罗兰圆上的另一点。凹面光栅同时具有衍射和聚焦两种功能，罗兰圆上任何一点发出的光束，经凹面光栅衍射之后，必定聚焦在罗兰圆上的另一点，衍射角度取决于衍射级次。

阵列波导是一组具有相等长度差的波导，其等效于一个凹面光栅，每个单元间多出的光程差nΔL等效于倾斜入射于凹面光栅上产生的光程差dsinθ。不同波长光多缝衍射的非零级衍射极大值不重合，所以不同波长的光可以进入不同的通道，即完成了光的解复用。对于普通的光栅，零级衍射占据绝大多数的光强，但所有波长的光信号重叠在一起。对于波导阵列光栅，阵列波导产生了每个单元间的光程差，所以光强最大处能对应一个特定的非零衍射级次。

2.原理概述

阵列波导光栅的原理为：含有多个波长的复用信号光经中心输入信道波导输出后，在输入平板波导内发生衍射，到达输入凹面光栅上进行功率分配，并耦合进入阵列波导区。因阵列波导端面位于光栅圆的圆周上，所以衍射光以相同的相位到达阵列波导端面上。经阵列波导传输后，因相邻的阵列波导保持有相同的长度差ΔL，因而在输出凹面光栅上相邻阵列波导的某一波长的输出光具有相同的相位差，对于不同波长的光此相位差不同，于是不同波长的光在输出平板波导中发生衍射并聚焦到不同的输出信道波导位置，经输出信道波导输出后完成了波长分配即解复用功能。这一过程的逆过程，即如果信号光反向输入，则完成复用功能，原理相同。

3.主要应用

（1）波长路由：光信号在经过网络节点时，根据它的波长来选择路由，无需经过光电转换，波长决定了光信号传输的路径，实现波长重用，提高了波长利用率。

（2）LED频谱分割多波长光源：使用阵列波导光栅(AWG)，对LED的宽谱光进行分割，就可以得到一种低成本多波长光源，以便用于WDM-PON（波分复用无源光网络）

（3）光分插复用器：在光信号网络的接点上，经常需要把部分信号流从节点上“分”出来，或把某些信号流“插”进网络传输系统。这种可以把信号分出来，插进去的设备叫做“光分插复用器”。

（4）光交叉互连：光交叉互连器主要用来完成多波长环网间的交叉连接，作为网格状光网络的结点，目的是实现光波网的自动配置、保护，恢复和重构。

（5）全光传输网：在全光网络结构和全光传输网中，OXC和OADM起到了信息传输和交叉互联的作用。

参考文献：

[1]张振杰，《罗兰凹面光栅及其工作原理的论证》

[2]万助军，《阵列波导光栅工作原理》

[3]原荣，《阵列波导光栅（AWG）器件及其应用》

[4]百度学术，《阵列波导光栅（AWG）基本常识》

[5]李景镇，《光学手册》

[6]郭爱煌，《基于AWG的OXC波长传输路由确定》

[7]邹俊，《用于光互连的基于硅纳米线波导的阵列波导光栅的研究》

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