第1页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共7页光通信研究SYUDYONOPTICALCOMMUNICATIONS2003年第1卷第3期AWG插入损耗性能的分析和改善万莉1，吴亚明2，王跃林1，2（1．浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州310027；2．中科院上海微系统与信息技术研究所，上海200050）摘要：阵列波导光栅（AWG）是实现密集波分复用（DWDM）光网络的理想器件，插入损耗是它的一个重要性能指标．文章在综述了多种减小AWG器件插入损耗方法的基础上，分析了如何使用楔形波导结构来降低模式失配所导致的耦合损耗．这种方法可以在不增加器件制作难度的同时大大降低AWG的插入损耗，并且适用于各种材料和结构的AWG器件设计．关键词：密集波分复用；阵列波导光栅；插入损耗；楔形波导阵列波导光栅（AWG）是实现多通道密集波分复用（DWDM）光网络的最理想器件．它是一种基于平面光波回路（PLC）技术的角色散型无源器件，由一个相位控制器，一个衍射光栅和输入／输出波导组成．与其他光栅技术相比，AWG具有设计灵活、插入损耗低、滤波特性良好、性能长期稳定、易与光纤有效耦合和适于大批量生产等优点，在DWDM光网络中得到了广泛的应用，可以实现滤波、复用／解复用、光分插复用（OADM）等功能．AWG是一种无源光器件，插入损耗是它的一项重要性能指标．近年来，人们在降低AWG器件的插入损耗方面做了大量的研究，提出了许多实用的设计方法．本文介绍了AWG的基本原理以及在降低器件插入损耗方面的最新进展，并在理论上分析了楔形波导结构对模场失配的优化作用，最后给出了8通道的AWG解复用器的模拟结果．1AWG的基本原理及其损耗特性1．1AWG的基本原理AWG基于凹面光栅原理，1988年由荷兰人M．K．Smit提出［1］．AWG将凹面光栅的反射式结构拉成传输式结构，输入和输出波导分开，并用波导对光进行限制和传输，取代光在自由空间中的传播．利用这种传输式结构可在光的传播中引入一个较大的光程差，使光栅工作在高阶衍射状态，提高了光栅的分辨率．AWG复用／解复用器的结构如图1所示，它由集成在同一衬底上的输入／输出波导、阵列波导和两个聚焦平板波导组成．输入／输出波导位于Rowland第2页共7页第1页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共7页圆的圆周上，对称地分布在器件的两端．阵列波导中相邻波导的长度差为一常数，可对入射光的相位进行周期性调制，因此称这种器件为AWG．不同波长的光信号进入输入波导，在平板波导内自由传播，并耦合入阵列波导，经过阵列波导的色散作用，引起波前倾斜，在输出波导的不同位置上成像，完成解复用功能．反之，可将不同输入波导中的具有不同波长的光信号汇集到同一根输出波导中，完成复用功能．1．2AWG的插入损耗分析在实际应用中，AWG通常作为多功能器件中的组件，由于插入损耗在多个节点的积累作用，系统性能会随节点数的增加而恶化，因此在各种无法使用光放大器的接入网中，对AWG器件的插入损耗提出了很高的要求．同时，随着器件尺寸的增加，AWG的插入损耗也会相应增大，通常器件尺寸增加一倍，插入损耗将有3dB左右的恶化．因此对于多通道的AWG器件，插入损耗是一个重要的性能指标．AWG器件的损耗分为两类，一类是在阵列波导和平板波导中由于吸收和散射等原因引起的传输损耗，其典型值为2dB；另一类是由于模式失配造成的转换损耗．转换损耗有两个主要来源，一是平板波导和阵列波导之间的过渡损耗，光栅阵列波导之间存在间隙，由此导致平板波导和阵列波导的模场失配，产生耦合损耗，而间隙的尺寸受到器件制作精度的限制．转换损耗的另一个来源则是光纤与波导之间的模场失配引起的连接损耗，这种损耗会随着光纤与波导的芯层尺寸和折射率的不同组合而变化．要有效降低AWG器件的插入损耗，关键在于减小光场传输过程中由于各种模式失配造成的转换损耗．光纤与波导的连接损耗可以通过选择波导芯层与覆盖层的折射率差Δ来减小，使用0．45％的折射率差Δ可以明显减小这类损耗［2］．而对于平板波导和阵列波导之间的过渡损耗，是由AWG本身的结构产生的，对器件性能的影响很大，人们提出了许多方法来减小这一...
