一分钟了解阵列波导光栅AWG

阵列波导光栅AWG（ Arrayed Waveguide Grating）是32通道以上DWDM模块的主要技术途径。AWG具有滤波特性和多功能性，可获得大量的波长和信道数，实现数十个至几百个波长的复用和解复用。利用N×N的矩阵形式在N个波长上可同时传输N路不同的光信号，并能灵活地与其它光器件构成多功能器件和模块。此外，AWG还具有高稳定性及好的性价比，非常适合高速大容量的DWDM 系统使用。

AWG器件是以光集成技术为基础的平面波导型器件，具有平面波导技术的潜在优点，适宜于批量生产，重复性好，尺寸小，插入损耗均匀性较好，加温控后热稳定性好，并且可与有源器件集成，组成光电集成电路（OEIC）等，是未来光通信发展的主流技术。

为什么需要AWG？
在光纤通信系统中，最早商用的DWDM模块是由多个三端口的介质膜滤波器（TFF）串联而成，但是当信道数大于16时，基于TFF技术的DWDM模块因损耗太大，不能满足应用需求。然而，一个典型的DWDM系统，通常在单根光纤中传输40或者48个波长，因此需要更大端口数的复用/解复用器。串联结构的WDM模块会在后面端口累积太多功率损耗，因此需要采用并行结构，一次性对数十个波长进行复用/解复用操作。阵列波导光栅AWG就是这样一种光器件。


AWG结构
典型的AWG结构如图所示，它包括一个输入波导、一个输入星形耦合器（图中自由传输区域FPR）、一组阵列波导、一个输出星形耦合器和数十根输出波导。阵列波导的长度成等差级数，第一根波导的长度是L0，第i根波导的长度Li为Li=L0+（i-1）ΔL

DWDM信号从输入波导进入输入星形耦合器，经自由传输之后，被分配到阵列波导之中。这个分配过程与波长无关，所有波长被无差别的分配到阵列波导之中。阵列波导对多光束产生相位差，各光束的相位成等差级数，这与传统光栅中的情况类似。不同波长被色散展开，并聚焦在输出星形耦合器中的不同位置。不同波长被不同的波导接收，从而实现对DWDM信号的并行解复用。

AWG工作原理
为了更好的理解AWG的工作原理，此处从凹面光栅入手进行分析。凹面光栅结构如图4所示，光栅的槽面分布在一个半径为R=2r的大圆上，在光栅前面存在一个小圆，其半径r是大圆的一半，这个小圆称为罗兰圆。凹面光栅兼有传统光栅和透镜两种功能，从罗兰圆上任意一点P1发出的光束，经凹面光栅衍射之后，必定聚焦在罗兰圆上另一点P2。衍射角θ与入射角α之间满足关系式d(sinθ-sinα)=mλ。

根据公式，衍射角θ是波长相关的。当一束复色光波从P1点发出，经凹面光栅衍射之后，不同波长将会聚焦在罗兰圆上的不同位置（P2点附近）。


AWG的工作过程可视同：DWDM信号从输出波导的中心位置C输入，经过输出星形耦合器中的自由传输，分配至阵列波导之中；多光束在阵列波导的右半侧传输至镜面，被反射的多光束进入输出星形耦合器；经过星形耦合器中的自由传输之后，不同波长的光束聚焦在不同位置，被输出波导接收，从而实现对DWDM信号的解复用。

AWG主要应用
（1）波长路由：光信号在经过网络节点时，根据它的波长来选择路由，无需经过光电转换，波长决定了光信号传输的路径，实现波长重用，提高了波长利用率。
（2）LED 频谱分割多波长光源：使用AWG，对 LED 的宽谱光进行分割， 就可以得到一种低成本多波长光源，以便用于 WDM-PON（波分复用无源光网络）
（3）光分插复用器：在光信号网络的接点上，经常需要把部分信号流从节点上“分”出来，或把某些信号流“插”进网络传输系统。这种可以把信号分出来，插进去的设备叫做“光分插复用器”。
（4）光交叉互连：光交叉互连器主要用来完成多波长环网间的交叉连接，作为网格状光网络的结点，目的是实现光波网的自动配置、保护，恢复和重构。
（5）全光传输网：在全光网络结构和全光传输网中，OXC和OADM起到了信息传输和交叉互联的作用。

AWG种类
AWG有两种不同的类型，分别是无热阵列波导光栅AAWG和有热阵列波导光栅TAWG。无热指的是纯无源类型，有热代表的是需要低电压控制热敏电阻加温。
市场上大部分厂商供应的都是AAWG，与TAWG相比，AAWG具有如下突出和不可替代的优点：
•无热型AAWG具有优秀的热稳定性，并且改进了ITU-G694.1规定的ITU-Grid精确度并具有更宽的传输带宽，从而可以应用于高端领域，如城域网和长距离DWDM光纤通信系统。
•更好PMD特性(<0.5ps)使其可以更好的满足高速 DWDM传输系统的要求，满足高速系统的PMD容限。
•AAWG无需外置电路控制，作为一种纯无源器件，利用自身补偿技术对外界温度进行自适应控制，中心波长对于外界温度的变化不敏感。

起浪光纤https://cn.growsfiber.com/推出多款AAWG模块，基于硅基硅技术，用于组合和分离密集波分复用网络中的光信号。多种属性可定制，包括芯片类型（高斯型和平顶型）、端口配置、工作波长、光纤长度、输入端光纤连接器和输出端光纤连接器。