文档介绍：第一章 DWDM滤波器技术
张敏明:******@hust.
万助军:@
华中科技大学光电学院
阵列波导光栅
AWG的基本工作原理 AWG的基本设计步骤 AWG的消偏振设计 AWG的通带平坦化设计
凹面光栅与罗兰圆
凹面光栅:在凹球面上刻划一系列等间距的线条,同时具有衍射和聚焦两种功能;
罗兰圆:直径等于凹面光栅的曲率半径;
特性:罗兰圆上任一点发出的光,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,满足衍射条件:
AWG的基本结构
输入星形耦合器
输出星形耦合器
一个标准的AWG器件由五部分组成:输入波导、输入星形耦合器、阵列波导、输出星形耦合器和输出波导阵列。
阵列波导:波导长度以ΔL递增。
输入星形耦合器:输入波导的端口位于罗兰圆上,而阵列波导的输入端位于两倍直径的圆周上。
输出星形耦合器:输出波导阵列的端口位于罗兰圆上,而阵列波导的输出端位于两倍直径的圆周上。
AWG的基本工作原理
输入星形耦合器与输出星形耦合器为镜像关系,输入波导镜像为输出波导阵列中的波导C,而阵列波导相当于一个凹面反射型光栅,与普通凹面光栅的区别是,在相邻光栅单元之间引入了光程差naΔL。
从波导C发出的光,在阵列波导的输出端发生反射型衍射,不同波长被衍射到不同角度θ,从而被不同输出波导接收,实现波长解复用。
衍射级次和自由光谱范围
同一波长的不同衍射级次,进入不同输出波导(或者因衍射聚焦位置无对应的输出波导而损耗掉),主衍射级次功率最高,其他衍射级次会造成功率损耗,需设法减少,如以上左图所示。
不同波长的不同衍射级次,如果满足如下关系,这些波长的相应衍射级次将聚焦同一位置,进入同一输出波导。
因此引入自由光谱范围FSR概念,如以上右图所示:
阵列波导光栅
AWG的基本工作原理 AWG的基本设计方法 AWG的消偏振设计 AWG的通带平坦化设计
ITU-grid for DWDM
S-Band:1490-1530nm,196-200THz
C-Band:1530-1570nm,191-196THz
L-Band:1570-1610nm,196-191THz
通带要求(100GHz):ITU-grid±,即±
AWG的主要技术指标
典型的AWG传输谱线
IL
通带起伏
PDL
通带宽度
相邻通道隔离度
非相邻通道隔离度
AWG的基本设计步骤
根据设计要求确定通道数N和通道间隔Δf
波导宽度w和折射率差Δ
满足单模条件,且考虑最小弯曲半径,随w和Δ单调递减;SiO2波导一般取Δ=%,w=6um。
输出波导间距dr
dr影响AWG的串扰,根据串扰要求选择dr。
罗兰圆直径Ra
损耗均匀性≈(θmax/θ0)2,Ra=smax/ θmax,由边缘通道的位置smax和衍射角θmax决定。
阵列波导间距da
da越小则损耗越小,在阵列波导与星形耦合器相接处,应使波导间隙尽量小,接近光刻极限。
相邻波导长度差ΔL
阵列波导的色散D∝ΔL·Ra/da且D=dr/Δf,由此决定ΔL。
阵列波导数Na
边缘阵列波导相对于输入波导的张角2θa影响损耗和串扰,根据损耗和串扰要求选定θa,再计算阵列波导数Na=2θaRa/da+1。
阵列波导的排列方式