关于优化AWG复用器解复用器插损的专利综述2

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1、关于优化AWG复用器/解复用器插损的专利综述一、引言随着光传输研究的发展，波分复用技术已经成为一种增大通信信息容量的有效手段，实现波分复用的关键部分是波分复用器。近年来，阵列波导光栅（ArrayedWaveguideGrating，简称AWG）型复用器/解复用器由于其具有信道间隔小，易于同其他器件集成、以及体积小、易于生产、波长分辨率高、复用信道多，以及成本低等特点而在光纤通信中得到越来越广泛的应用。正如其它元件一样，当AWG复用器/解复用器用于光纤通信系统时，要考虑许多重要特性。主要包括插入损耗（简称插损）、信道间距

2、和容量、串扰、回波损耗和偏振相关的损耗等等。插损包括从输入端口到输出端口的全部损耗。造成此类损耗的原因有多种，其中最主要的有两种，一是为追求复用器在级联时的频率响应平坦化而牺牲插损造成的插损增大；二是AWG本身的温度敏感性导致中心波长出现漂移，而降低复用器的耦合效率，进而导致插损的加大。因此，如何减少AWG复用器/解复用器中的插损成为了提高该元件性能急需解决的问题。二、AWG原理如图1所示，AWG由N个输入波导、N个输出波导、2个NxM平板波导星形耦合器以及一组由M个阵列波导光栅组成，这里的M可以等于N，也可以不等于N

3、。这种光栅相连波导具有恒定的路径长度。图1AWG原理图通常M阵列波导长度L用光在波导中传输的半波长的整数m表示，即：式中n是波导的折射率，是光波频率，c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：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：7（3）k是波矢量，，是相邻波导间的路径长度差，通常为几十毫米，所以输出端口与波长有一一对应的关系。三、专利发展状况综述自1988年M.K.Smit等人提出AWG结构原理之后，科学工作者已对AWG进行了大量的研究，尤其是对于AWG类型复用器

4、/解复用器的研究已取得很多成就，其中对于该类型的复用器/解复用器的插损研究已经产生了不少专利。下面从频率响应和温度敏感性两个方面对相关的专利进行综述。1.从频率响应的角度来减少AWG复用器/解复用器的插损由于典型的AWG复用器/解复用器的干涉图案与输出波导的导模都具有高斯形状，所以他们显示的频谱也是高斯型，特别是在多复用器/解复用器级联的情况下，总体的频谱响应带宽会减少，对光源光谱的变化就要有严格的要求，这必然会造成系统成本的增加。解决这个问题的办法是设计平坦响应频谱的AWG复用器/解复用器。CorradoDragon

5、e等人在1995年提出的一种解决方法，就是调整阵列波导的长度差，以获得平坦的频谱响应。根据方案的设计，当光入射到第二个平板波导时，就形成了一个sin函数。入射到第二个平板波导的光产生的夫琅和费（Fraunhofer）衍射现象可以看做是入射光的傅里叶变换。为了得到一个平坦的频谱，第二个平板波导输出的光（也就是复用器输出的光）必须是一个与入射光相对应的傅里叶反变换。在该方案中，调整阵列波导的长度差，使其相邻波导之间的长度差为半波长的倍数。但这种方案的代价使光在涂覆层造成损耗，从而加大了插损。另外一种方法是在输入波导和第一个

6、平板波导相连接的部分采用抛物线形状，这样就能在输出端得到一个双峰形状的平坦频谱图。虽然这种方法并没有增加插损值，但是与输出波长的本地传送方式（localmode）不相关。基于以上的种种缺点，近年来不断有人提出既能获得平坦频谱，又能与本地传送方式相关，同时又可以减少插损的设计方案。图2AWG与布拉格反射波导光栅连接示意图2005年1月，方青等人提出，在AWG每个输出端口分别与布拉格反射波导光栅的输入接口相连。其中多个波长的光信号从AWG输入端口输入，经过AWG分拨后，各个波长从AWG输出端口输出，进入布拉格反射波导光栅输

7、入端口，通过布拉格光栅部分选择性滤波实现带通顶部平坦化，结构如图2所示。此方案在得到平坦的频率响应的同时，也对AWG复用器/解复用器的插损进行了优化。7在包含该方案的专利申明中，其主要特征为一AWG与布拉格反射波导光栅相连，两者中心波长相等，各通道顶部平坦化是通过布拉格反射波导光栅的反射波形与对应通道的AWG的波形相似，以及布拉格反射波导光栅的部分选择性来实现的。同年2月，Dong-KyoonHan等人还提出了另外一种在得到平坦的频率响应的同时，进一步降低了AWG复用器/解复用器插损的方案。如图3，光从波导210输入，

8、经过一个平面波导212，阵列光栅214，第二个平面波到216和输出阵列波导218后，不同波长的光分别沿着不同的阵列波导输出。图是4是本方案的核心部分，在输出波导和第二个平板波导之间插入一个等腰梯形。当不同相位的光从图2中的阵列波导214入射到第二个平板波导216中时，会产生夫琅和费衍射。夫琅和费衍射表明了入射光信号和衍射图案存在着