无源器件与耦合

阵列波导光栅

Arrayed Waveguide Grating · AWG
图解AWG

定义

利用波导阵列的相位差实现多波长分波/合波的无源器件。

图解

把不同波长「分拣」到不同出口 · 靠的是阵列波导的长度差带来的相位差输入波导多波长混合信号平板波导阵列波导 · 相邻波导长度差 ΔL 固定平板波导λ₁λ₂λ₃λ₄λ…输入自由传播区自由传播区输出波导不同波长在阵列波导中积累的相位不同,出射时朝不同方向汇聚,于是被「分」到各自的输出口——合波、分波是同一个器件正反两用。同类的波分器件还有 MZI 级联、微环(MRR)等;AWG 的优势是通道数多、可批量做在平面波导上。
AWG 阵列波导光栅 AWG 是波分复用系统里最常用的分/合波器件:靠阵列波导之间的固定长度差产生相位差,把不同波长导向不同输出端口。正反接就是合波器与分波器,这也是它在模块内部大量使用的原因。
同样一根光纤,靠不同波长塞进更多路信号 · 间隔越窄,通道越多,器件越难做CWDM20nm8–9 波LWDM / MWDM2–4.5nm16 波量级DWDM0.8nm40 波以上波长由左至右递增(示意);实际 DWDM 波长间隔按 ITU-T 栅格划分,并有 50GHz / 100GHz 等不同栅格。
波分复用的波长梳 三种波分方案的核心差别是波长间隔:CWDM 间隔 20nm,激光器温漂容忍度高、成本低;DWDM 间隔 0.8nm 级,通道数最多但对激光器波长精度与温控要求最严。LWDM/MWDM 是介于两者之间的过渡方案,在接入与城域场景里兼顾成本与容量。

说明

阵列波导光栅(AWG)是波分复用系统中最常用的合波/分波器件。它的原理是利用一组长度依次递增的阵列波导,使不同波长的光积累不同的相位,从而在输出端朝不同方向汇聚并被分离到各自的输出端口。

AWG 的优势是通道数多、可批量制造在平面波导上,因此成为模块内部实现波分复用的主流选择。同一个器件正接是合波器、反接就是分波器,这种双向可用性也是它被大量采用的原因。

在高速模块中,AWG 通常与调制器阵列、探测器阵列集成在同一硅光平台上,构成完整的波分收发单元。同类的波分器件还有 MZI 级联与微环谐振器等。

关键数字

长度差 ΔL相位差的来源
正反两用合波与分波同一个器件
通道数多相对其他方案的优势

关键要点

  • DWDM 系统的核心器件之一,可一次分开数十个波长。
  • 通道间隔精度与温度稳定性是关键指标,通常需要温控。
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