05.波导光栅的设计与特性研究

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1、锥形口数组波导光栅的设计与特性研究　　1锥形口数组波导光栅的设计与特性研究DesignandCharacteristicsofTaperedArrayedWaveguideGritingsforWDM林世穆*许昭仁陈冠廷Lin,Shi-Mu*Xu,Zhao-renChen,Guan-Ting国立台北科技大学光电技术研究所摘要光纤通讯分波多任务系统(WavelengthDivisionMultiplexing;WDM)中，以数组波导光栅(ArrayedWaveguideGratings;AWG)型式的被动组件最具潜力与发展空间

2、。本研究以AWG基本设计流程完成一个8频道分波多任务器，在AWG的自由耦合区域的输出端波导上加上锥形口设计(Taper)，使频道讯号平坦化，并控制温度与偏振态对于讯号波长的影响，有效地容许波长漂移的误差。本仿真为8×8频道架构，频道间距是200GHz波长讯号，频道串音平均值约在-30dB左右，锥形口的宽度越大时，频道宽度亦成线性的加大，波导每增加1μm宽度，频道宽度可增加0.025nm。本文研究分析锥形口宽度大小与区域分配对系统的传输效率的评比，可以做为在制程上与成本上的参考依据。关键词：数组波导光栅、分波多任务器、锥形口波

3、导。投稿受理时间：90年10月23日审查通过时间：91年1月24日ABSTRACTArrayedwaveguidegratings（AWG）arethemostpotentialdevicesinwavelengthdivisionmuli-tiplexing（WDM）foropticalfibercommunication.Inthispaper,ahigh-performance8×8channels,200GHzchannelspacing,and-30dBcrosstalkAWGispresented.Moreove

4、r,ataperedwave-guidebetweentheoutputfreecouplerrangeandtheoutputwaveguideisalsointerposedtoobtainaflattenedspectralresponseandtocontroltheeffectsoftemperatureandpolarization.Asthewidthoftaperisincreasedby1μm,thewidthofspectralresponsealsoisincreasedby0.025nmlinearl

5、y.Thisdissertationcanbeconsultationofmanufactureandcost.Keywords:AWG,WDM,Taperedwaveguide.223锥形口数组波导光栅的设计与特性研究　　223锥形口数组波导光栅的设计与特性研究　　2壹、前言网络资源的迅速发展，使得人们在数据的传输需求越来越大，光纤通讯组件的研究与制造日益重要。近年来，在光纤通讯分波多任务系统(WavelengthDivisionMultiplexing;WDM)的发展与应用中，分波多任务器是关键性的组件，依其分波的原理可

6、分为薄膜滤光片型(ThinFilmFilter)、光纤布拉格光栅型(FiberBraggGrating)和数组波导光栅型(ArrayedWaveguideGratings;AWG)三种，其中数组波导光栅的分波多任务器有成本低、频道数多、升级容易、技术成熟等优点，可使得光纤通讯的传输容量大为提升[1][2][3][4][5]。1987年，美国海军研究所的Donald等人首先提出平面波导结合平面光栅的概念，并申请可以分开多波长光束的之美国专利US4696536[6]。1992年，美国朗讯公司Dragonetal.的美国专利案US

7、5136671提出不同长度的波导，其光程差使波导出口端的相位差固定[7]，并且成功地建立现今广为采用的数组波导光栅型式的分波多任务系统光纤组件。近年来，分波多任务系统以多模干涉技术(MultimodeInterferometry;MMI)取代一般星状耦合器上，且已成为一种趋势[8][9]，它可以提升传输效率，如1995年美国专利案US5396570[10]。另外，也有延用一般星状耦合器却在波导出口处加上特殊设计，以提高传输效率[11][12][13]。但传输效率虽然提升，却同时在制程上也添加了其复杂性。在许多应用中，我们并不

8、需要每个频道波长宽值要严格到1nm以下[14][15]，提高制造时的容许误差是降低成本的一种重要方法[16][17]。将AWG在输出端的频谱反应平坦化是可以减少WDM对波长与光纤位置的高精度要求，并且可以降低AWG的制造成本。2001年美国专利案US6188818[18]，提出在AWG自由