文档介绍：阵列波导光栅设计原理及优化_郑国兴
第31卷第1期
2002年1月
ACTA
光子学报
2002
PHOTONICASINICA
January
阵列波导光栅设计原理及优化
郑国兴 杜春雷
(中国科学院光电技术研究所,微细加工光学技术国家重点实验室,成都610209)
摘 要 本文从波导光学和衍射光学理论出发,推导出阵列波导光栅(Arrayed-WaveguideGratings)型波分复用器的重要结构参量;针对其性能参量, 阵列波导光栅;结构参量;优化
0 引言
密集波分复用(DWDM)技术为光纤通信向大容量、高速率发展提供了有效途径,而DWDM系统中的关键器件是波分复用器/、光栅型和平面波导型等,未来DWDM系统对波分复用器的发展要求是:大通道数、损耗及其偏差小、串扰小、偏振相关性小等.
基于PLCs(PlanarLightwaveCircuits)的平面光波导器件阵列波导光栅(AWGs)型波分复用器具有波长分辨率高、集成化、通道串扰小和插入损耗小等优点,,AWGs已成为国内外研究机构和通信公司研究的热点.
AWGs的分光性能类似于普通光栅,但AWGs不同于普通衍射光栅之处在于:普通光栅的光束是在自由空间中传播的,,如条形波导、平板波导的传输常量,过渡区的耦合,串扰的估算等等需要用到导波光学;而光束在平板波导中的远场衍射,,对AWGs的参量及优化方法进行了详细的讨论.
图1 阵列波导光栅原理图
Principleofarrayed-waveguidegratings
波导和阵列波导组成,以上器件均集成在一块衬底上,
.
解复用的原理是这样的:一束复合载波信号(Kl…KN)经过一根输入波导后,在输入平板波导发生高斯远场衍射,由于输入波导端口与阵列波导端口均处于一罗兰圆上,复合光等相位地进入阵列波导;而相邻阵列波导间有一个固定长度差$L,从而产生一定的相位差(对同一波长而言)$<=k0nc$L(1)式中,k0为真空中的波数,,从阵列波导口出来的、,将聚焦于不同的位置,从而实现解复用的功能.
1 AWGs原理及参量设计
AWGs原理
AWGs主要是由输入/输出波导、二个平板
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图2 输入、输出平板波导放大图
Enlargedviewofinputandoutputslabwaveguides
AWGs参量设计 1阵列波导长度差$L
,设平板波导的聚焦半径为f,阵列波导之间的最小间隔为d,输入、(a)所示,设某一波长光束从距离输入波导中心x1处入射(x1以顺时针方向为正),聚焦于距输出波导中心x处(x以顺时针为正),如图2(b)所示.
,两束相邻波导中出来的光汇聚于t(qt=x)点,在罗兰圆结构中,∠oqp=op/f=-s/f,其中,s以o为起点,顺时针方向为正,△pqt中
pt=f+x-2xfcos(P/2-∠oqp)(2)因为xnf,所以上式中忽略掉x2,得到pt=f
1+2xs/f.
(
3)
置.
将式(6)对K求导得
0$x/$K=Ncf$L/nsdK(9)
式中,Nc=nc-K,为阵列波导的群折dnc/dK
-1根阵列波导的光束的光程为nsk(f-x1s/f)+nck[L0+(i-1)$L]
+nsk(f+xs/f)
(4)
式中k为真空中的波数,nc为阵列波导有效折射率,
nsk[f-x1(s+d)/f]+nck[L0+i$L] +n