阵列波导光栅AWG器件及其应用

阵列波导光栅AWG器件及其应用

守圜蹿龌

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阵列波导光栅（ＡＷＧ）器件及其应用（本期优秀论文）

原荣

（中国电子科技集团公司第三十四研究所，广西桂林５４１００４）

摘要：简述了阵列波导光栅（ＡＷＧ）的工作原理，并综述了ＡＷＧ在光通信中的多种应用。ＡＷＧ已用于制造多信道光发射机和接收机、调谐分／插光滤波器和分／插复用器等。它们的使用已产生了一种新的技术，即在本地环路中允许使用ＬＥＤ作为低成本多波长光源的频谱分割技术。

关键词：阵列波导光栅；波导光栅路由器；平面波导集成电路；ＡＷＧ调谐滤波器；ＡＷＧ激光器；ＡＷＧ光接收机；ＡＷＧＷＤＭ复用器；ＡＷＧ光分插复用器；频谱分割

中图分类号：ＴＮ２５３

文献标识码：Ａ

文章编号：１００２—５５６１（２０１０）０１—０００１－０５

Ａｒｒａｙｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅｇｒａｔｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ

ＹＵＡＮ

（Ｔｈｅ

Ｒｏｎｇ

３４ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣＥＴＣ，ＧｕｉｌｉｎＧｕａｎｇｘｉ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆａｒｒａｙｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｅｇｒａｔｉｎｇ（ＡＷＧ）ｉｓｂｒｉｅｆｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｎｄｍｕｌｔｉｐｌｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎ

ｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

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ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．ＡＷＧ

ｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｆｏｒｍａｋｉｎｇｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓ

ｕｓｅ

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ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ，ｔｕｎａｂｌｅａｎｄ—ｄｒｏｐｏｐｔｉｃａｌｆｉｌｔｅｒｓ，ａｎｄａｄｄ／ｄｒｏｐｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ．Ｔｈｅｉｒ

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ｆｏｒ１０－

ｎｉｑｕｅ，ｃａｌｌｅｄｓｐｅｃｔｒａｌｓｌｉｃｉｎｇ，ｔｈａｔｐｅｒｍｉｔｓｔｈｅｃａｌ－ｌｏｏｐａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．

ｕｓｅ

ＬＥＤ

ａｓａ

ｌｏｗ－ｃｏｓｔｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ

ｓｏｕｒｃｅ

Ｋｅｙ

ｗｏｒｄｓ：ＡＷＧ，ＷＧＲ，ＰＬＣ，ＡＷＧ

ｓｌｉｃｉｎｇ

ｔｕｎａｂｌｅ

ｆｉｌｔｅｒ，ＡＷＧｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ，ＡＷＧｒｅｃｅｉｖｅｒ，ＡＷＧｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ

ＡＷＧＯＡＤＭ，ｓｐｅｃｔｒａｌ

０引言

以阵列波导光栅ｆＡＷＧ。ＡｒｒａｙｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅ

Ｇｒａｔ．

１

ＡＷＧ的工作机理

平板阵列波导光栅（ＡＷＧ）如图１（ａ）所示，这种器

ｉｎｇｓ）为基础的平面波导集成电路（ＰＬＣ）是光纤通信器件的基础。以ＩｎＰ为基础的阵列波导光栅的显著特点是．尺寸小、成本低、设计灵活和易于和光纤耦合，它具有平坦的频率响应。小于３ｄＢ的插入损耗．优于３５ｄＢ串话电平以及易于和光电探测器、激光器、光调制器和半导体光放大器（ＳＯＡ）集成．从而使光纤通信器件的体积进一步减小，可靠性进一步提高。

阵列波导光栅属于相位阵列光栅的范畴．其缺点是与偏振和温度有关，它是一种温度敏感器件，为了减小热漂移．可以使用热电致冷器。

由ＡＷＧ构成的ＰＬＣ器件有调谐滤波器、波分复

件由Ⅳ个输入波导、Ⅳ个输出波导、２个ＮｘＭ平板波

导星形耦合器以及一个Ｍ个波导平板阵列波导光栅

组成。这里Ｍ可以等于ｊ、『．也可以不等于Ⅳ。这种光栅相邻波导间具有恒定的路径长度差。

ＮｘＭ平板波导星形耦合器中心耦合区如图１（ａ）中的插图所示。自由空间区的设计有两种方法，一种是输入波导辐射段法线方向直接指向输出阵列波导辐射段的相位中心Ｐ点．而输出波导辐射段法线方向直接指向输入波导辐射段的相位中心Ｑ点，其目的是为了确保当发射阵列的边缘波导有出射光时接收阵列的边缘波导能够接收到相同的功率。另一种设计方法是自由空间区两边的输入／输出波导的位置满足罗兰圆ｆＲｏｗ－

ｌａｎｄ

用／解复用器、多信道光接收机和接收机、波导光栅路

由器（ＷＧＲ，Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ

Ｇｒａｔｉｎｇ

Ｒｏｕｔｅｒ）、光分插复用器

Ｃｉｒｄｅ）和光栅圆规则闭。

ＡＷＧ光栅Ｔ作原理是基于马赫一曾德尔干涉仪的

ｆＯＡＤＭ）和ＷＤＭ—ＰＯＮ使用的无色宽带光源等。

收稿日期：２００９—１０－２０。

原理．即多个相干单色光经过不同的光程传输后的干

作者简介：ｌ艨（１９４２一），男，研究员。中国通信学会会士，著作有《光纤通

信网络＞、《宽带光接入网＞和《光纤通信）。涉理论。输入光从第一个星形耦合器输入．该耦合器把光功率几乎平均地分配到波导阵列输入端中的每一个

２０１０年第１期兜琵镭誉．书①

阵列波导光栅AWG器件及其应用

９圜硷蘧

原荣：阵列波导光栅ｆＡＷＧ）器件及其应用

波导。通常Ｍ阵列波导长度Ｌ用光在该波导中传输的半波长Ｍ２ｎ的整数ｍ表示ｆｌｌ，即：

６Ｆ＝－ＦＳＲ／Ｍ＝ｆ／ｍＭ

（５）

大家已经知道Ｍ是阵列波导的波导数。假如掺

（１）

Ⅳ。相邻信道被下式分开：

Ｌ＝ｍ告＝１＂１１鲁，ｒｎ＝ｌ，２…３．，

厶Ｉｌ

厶ｌＨ

‘＝Ｆ＇Ｓ彤』、『－（Ｍ肿６，

（６）

式中ｎ是波导的折射率，ｆ＝ｃ／Ａ是光波频率，ｅ是光速。由此可以得到用波导长度Ｌ表示的沿该波导传输的光的频率：

举例说。波导有效折射率指数ｎ＝３．３．相邻光栅臂通道长度差ＡＬ＝６１．５汕ｍ，Ａ＝１５６０ｎｍ时对应的光栅阶数ｍ＝１３０．由此给出的ＦＳＲ＝１２ｎｍ（１．５ＴＨｚ）．信道间距约为１００ＧＨｚ．允许１５个１００ＧＨｚ的信道复用，解复用。

，…‘，ｆ＝脚毒≥，ｍ＝ｌ，２，３…，仁脚瓦ｉ，

由于阵列波导中的波导长度不等，相位延迟也不等．其相邻波导间的相位差为：

２

ＡＷＧ滤波器

滤波器的调谐既可以用改变折射率指数实现．也

△咖＝ｋＡＬ＝兰要生△Ｌ

人

（３）

这里ｋ是波矢量，ｋ＝２，Ｔｒｒｄｈ，△Ｌ是相邻波导间的路径长度差．通常为几十微米．所以输出端１：３与波长有一一

可以用机械改变Ｆ—Ｐ腔的长度实现。电流注入改变折射率指数调谐速度很快ｆｎｓ量级）。然而电流改变与调谐特性的关系却很难预见也很难重复．机械调谐的速

对应的关系．

光栅阵列

度又很慢。为了克服以上的这些缺点。科学家们在ＩｎＰ衬底上开发出基于ＡＷＧＷＧＲ和ＳＯＡ的数字调谐滤波器［４１。这种ＡＷＧ路由器在输入和输出端分别安排２个相同的ＡＷＧ．而在中间又集成了一个半导体光放大器（ＳＯＡ）阵列与它们相连，如图２所示。第１个ＡＷＧ用作波分解复用，即把输入的ＷＤＭ信号的频谱分开．然后将一个波长的信号送入与它相连的ＳＯＡ。第２个ＡＷＧ用作ＷＤＭ复用器．即重新复合ＳＯＡ的输出信

中，心耦舍区（ａ）ＡＷＧ构成原理图

号到输出ＡＷＧ。这种滤波器比简单的调谐滤波器功 …… 此处隐藏：8101字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……