阵列波导光栅的基本结构详解

密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）技术为光纤通信向大容量、高速率发展提供了有效途径，在DWDM系统中，以阵列波导光栅（Arrayed Waveguide Grating，AWG）为基础的波分复用器是波长复用和解复用传输光信号的一种关键器件，其性能的优劣对传输质量起决定性作用。研究开发高性能AWG及其器件是现今光纤通信的一大热点。

阵列波导光栅也称为相位阵列（PHASAR），是荷兰大学M.K.Smit于1988年首先提出来的。它是一种复杂的集成器件，由一些集成元件组成。图10.3.1为一个N×N AWG结构示意图，它由N个输入/输出波导、两个相同自由传播区的输入/输出聚焦平板波导（Slab Waveguide，又称为星形耦合器）和规则排列的弯曲波导阵列集成在一块衬底上组成，输入波导、输出波导和阵列波导都是矩形波导，而且输入、输出波导是对称的。平板波导芯区厚度与输入、输出波导厚度一致，它们的两个端面的形状都是一段圆弧（半径为R），每段圆弧的曲率中心都在对面的圆弧的中点，因此这两段圆弧是共焦的（焦距f=）。输入/输出波导的端口就等间隔地设置在这个半径为R的圆弧上，并对称分布在聚焦平板波导的入口处，弯曲波导阵列则以等间距分布在输入/输出耦合器的端面上，阵列相邻波导长度差为一常数ΔL。星形耦合器的用途是把出现在每个输入端口的信号的一部分传给所有的输出端口（扇出，Fan Out），并且在每个输出端口收集来自每个输入端口的部分信号（扇入，Fan In）。如图10.3.2所示为扇入和扇出操作。

图10.3.1　N×N AWG结构示意图

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图10.3.2　星形耦合器

注：（a）表示从一个特定的输入端口到一切输出端口的扇出；（b）表示从一切输入端口到一个特定的输出端口的扇入。由一切输入端口到一切输出端口的扇出和扇入同时发生。

应当指出，进入一个AWG各输入端口的各个光信号通常是互不相干的，它们常常来自不同的互不相干的光源。然而，由任何一个输入波导引进输入星形耦合器左边的光场在这个波导的范围内是相干的。