《AWG工作原理》PPT课件.ppt

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1、1.阵列波导光栅（AWG）AWG：ArrayedWaveguideGratingsAWG由两个多端口耦合器和连接它们的阵列波导构成。AWG可用作N×1波分复用器和1×N波分解复用器及N×N型的波长路由器等，是互易性的，用于DWDM系统。AWG特点：通道数多实现数十个至几百个波长的复用和解复用，插入损耗低，通带平坦，容易集成在一块衬底上。2.AWG的工作原理AWG的输入/输出星形耦合器采用类似凹面反射式光栅和罗兰圆的结构。输入波导和输出波导分别对光进行限制和传导。输入/输出波导的端口位于罗兰圆的圆周上，阵列波导位于凹面光栅的圆周上，但阵列波导相当于透射式

2、光栅。输入星形耦合器与输出星形耦合器成镜像关系。阵列波导处引入一个较大的光程差，使光栅工作在高阶衍射，提高了光栅的分辨率。阵列波导输入波导输出波导输入星形耦合器输出星形耦合器3.罗兰圆与凹面光栅凹面光栅罗兰圆AWG结构图原理图1xN：含多个波长的复信号光经中心输入信道波导，在输入平板波导发生衍射，在输入凹面光栅上进行功率分配，并等相位耦合到达阵列波导端面上。进入阵列波导，相邻的阵列波导具有相同的长度差ΔL，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

3、输出信道波导位置。通过输出信道波导完成波的解复用。∠SQC=∠CQP=∠SRC=∠CRP∠CQP'=∠CRP'=G光栅面，Q是光栅面中点，C是曲率中心。如果圆的直径足够大，假定R在圆K上就不致有多大的误差。圆K上任一点S来的光将近似地被反射到圆上的另一点P，同时被衍射到圆上另一些点P′，P″，……，这些点分别是各序衍射光线的焦点。通过光路分析及近似可得，罗兰圆上任一点发出的光，经凹面光栅衍射之后仍聚焦在罗兰圆上，不同衍射级次对应不同衍射角。AWG的工作原理阵列波导区域相邻波导间的长度差是固定的，记为ΔL传统的衍射光栅的光栅方程为，其中m为主极大的级次，

4、为光程差AWG满足的方程为△输入耦合器+△阵列波导+△输出耦合器=mλAWG的光栅方程传统AWG满足的光栅方程为，d为阵列波导的周期m为AWG工作的衍射级数对于由中心波导输入并由中心波导输出的中心波长满足通过对的设定可以决定衍射级数，一般较大的m可以产生较高的分辨率.相邻阵列波导的长度差为光在输入输出平板波导上的衍射角，i、j为输入输出波导的序列号(中心波导记为0)，为输入输出端的波导间隔，Lf为平板波导的聚焦长度阵列波导折射率平板波导折射率角色散方程：群折射率自由光谱区第m和m+1两个衍射峰的角间距两个衍射峰之间的波长范围称为自由光谱区m级主衍射极大

5、m+1级衍射峰m与成正比，m足够大的话，的m+1级会进入的通道4.AWG性能分析1.中心频率偏差：中心频率与实际中心频率之差。对于WDM系统来说，由于信道间隔比较小，一个很小的信道偏移，就有可能造成极大的影响。因此，ITU-T建议左右不超过10%。光源频率啁啾、自相位调制引起的脉冲展宽以及温度等因素都会引起系统工作频率发生漂移。2.插入损耗：穿过AWG器件的某一个特定光通道所引起的功率损耗。低的插入损耗是无源器件所必须的，对于一般SiO2基AWG来说，其插入损耗值是3dB左右。AWG器件的插入损耗分主要两类：一是平板波导和阵列波导之间结处的转换损耗二是

6、光纤和阵列波导之间模场失配所引起的耦合损耗。对于多通道的AWG器件。插入损耗是一个关键的性能指标，3.AWG串扰的主要来源有以下六个方面：(1)输出波导间的模场的弱耦合是串扰的最直接来源，相邻波导间通过衰减场进行弱耦合，能量相互进入相邻通道。(2)由于阵列波导孔径的宽度有限(即阵列波导的数目有限)，在输入平板波导中只有部分衍射光能进入阵列波导，结果使场被截断，导致输入孔径的功率损失，并在输出孔径处，焦场的旁瓣增多；(3)如果阵列波导不是严格的单模，在弯曲波导处就会激发高阶模。由于基模和高阶模的传输常数不一样，两者将会汇聚在不同位置，引发串扰；(4)阵列

7、波导输入、输出部分的耦合会使相位畸变；(5)由于制备过程的缺陷，使传播常数畸变，导致相位传输的误差，最后使串扰增加；(6)在结或波导边缘，光被散射出波导。4.偏振相关性：AWG器件的偏振相关性来源于波导和材料的双折射。对同一波长而言，TE模和TM模的有效折射率是不同的，因此会引起在TE模和TM模之间产生波长漂移。在光纤通信网中，传输线大多是普通单模光纤，无保偏特性，因此AWG在实际应用中必须消除对偏振的敏感性。5.温度相关性：在实际DWDM系统应用时，AWG信道波长的温度相关性是一个严重问题。温度使波导的折射率发生改变，从而使信道的中心波长漂移。为了稳

8、定信道波长，需要附加一些温控单元，如加热器、Pltier冷却器等，这些将导致系统代价的升高，因