光栅

Amplifiers
• Isolators • Tap couplers • Pump lasers • Gain equalizers • Attenuators • Integrated amplifiers • DCF、PMD
Switching
• Optical Switches • Circulators • Couplers • Add/drop modules
几 种 M U X/ D E M U X 技 术 的 对 比
几 种 M U X/ D E M U X 技 术 的 对 比
几 种 M U X/ D E M U X 技 术 的 对 比
不同基底材料用于实现不同功能
几种常见材料形成的波导结构
技术细节
1、集成型DWDM器件
阵列波导光栅（AWG）分波/合波器模块
图1（a）Layer of the PHARAR demultiplexer （b）Geometry of the receiver side
三、聚焦（Focusing）
分波器（Demultiplexer）由一组AWG和两个条型波导（又称星形耦合器， FPR）组成。两个条型波导几何结构相同，为一罗兰圆（Rowland）结构。 [具体见图1（b）]。AWG中相邻两波导间的长度差 由下式确定 ∆L ...(1)
补偿方法
– 折射率补偿区
……
2、温度敏感性
互补材料方法
– SiO2-Si材料互补 – SiO2-Polymer材料互补
引入温敏移动部件方法
– 输入波导 – 平板波导区
全Polymer材料实现Athermal-AWG 温控方法
3、带通平坦性
改变输入平板波导区的波导
– – – – Y型 MMI 抛物线 ……
AWG的应用之一：V-MUX
VOA与MUX相结合，实 现信道功率自动均衡 应用领域
– 发送单元 – 业务上下节点 – 光交叉节点
人气指数
AWG的应用之二：光信道监控器
功率探测器阵列与 AWG-DEMUX相结合， 实现同时监控所有信道 的功率、波长、OSNR 等参数 应用领域
点胶 固化
– 固化时间
老化
– 高温老化
强化
– 结构胶 – 辅助固定
封装的主要问题
胶的选择
– – – – 折射率 损耗、透明化温度 强度、玻璃化温度 吸水性
外封装结构
– 密封设计

老化方案的选择 Telecodia测试方案的选择 AWG封装独特的问题
– 输入波导选择与中心波长的调节
技术趋势
未来全光网络中的集成光学器件
平面光波导为基础的混合集成技术将成为未来全光网络 器件的主流技术
– – – 功能混合：阵列波导光栅（AWG）与其他功能混合集成 形式混合：平面光波导与MOEMS混合集成、光电混合集成 材料混合：SiO2-on-Si、Polymer、SOI 、InP/ InGaAs 、 LiNbO3等多种基底材料混合集成
集成光波导器件封装
技术展望
阵列波导光栅的主要技术问题
偏振敏感性
– PDW – PDL
温度敏感性
– 波长温度漂移
带通平坦性
– 0.5dB带宽 – 顶部平坦性
串扰
– 设计上的因素 – 制造中的因素
1、偏振敏感性
消除方法
– BPSG – 波导区加入应力槽
TE-TM置换法
– 对称位置加入半波片
– 等效介电原理
波导模式分析 三维问题转换为二维问题
– 计算机模拟
BPM模拟 FDTD模拟
掩模板图设计
4、平面光波导的制作
制膜
– Buffer layer – Core layer – Cladding layer
光刻
– 匀胶 – 曝光 – 显影
刻蚀
– 芯层刻蚀
制膜
– 传输系统的各个节点
人气指数
AWG的应用之三：DGE
V-MUX与环形器结合， 实现动态功率均衡器 应用领域
– 传输系统的中继光放节 点
Mirror VOA Chip VOA VOA AWG AWG Chip
Optical Input Optical Output
VOA
人气指数
点对点传输需要的光器件
Transmission
• Source lasers • Modulators • Wavelockers • Receivers • Detectors • Tx/Rx modules
DWDM
• Waveguides • Fiber gratings • Thin film filters • Circulators • Interleavers • Mux/Demux modules
二、简单原理说明
图1（a）是AWG器件（Demultiplexer，分波器）的原理简图 。 其原理简述如下： 首先，通过左端的传输波导（ Transmitter waveguide），将一束 复合光（包含波长 λ1 , λ2 ,..., λn ），入射到自由传输区域（FPR1）， FPR 为一条型平面波导，复合光便在 FPR1 中散射开来，当它到达 AWG的接收孔（Input aperture）时，复合光便被耦合进AWG，并传 输到它的输出孔（Output aperture），在AWG中，各相邻的波导之间 的光程差等于中心波长 的整数倍，对于这中心波长来说，它到达 λc 各输出孔时具有相同的相位（除去2*pi的整数m倍），而对于这中心 波长以外的各波长，它们在AWG的输出孔上有各自不同的相位分布。 当各波长再经过FPR2时，便在成像面（Image plane）上分别聚焦在 不同的色散角 的地方，从而把各波长分离开来。我们只要在成像 θi 面相应的位置上放置接收波导（Receiver waveguide），便可实现各 波长的空间分离。

将阵列波导输出分布改进为sin(x)/x 多模接收波导 AWG与M-Z滤波器串联 ……
4、串扰改进
用UV激光对Phase error进行校正，可以极 大改进串扰性能 将AWG与AWG pass band filter串联，串扰改 善到-82dB
阵列波导光栅的技术发展趋势
性能更优
– – – – – 选择比 侧壁垂直度 刻蚀速率控制 刻蚀精度 缺陷（二次沉积）
干法刻蚀
– RIE – ICP – ……
5、集成光学器件封装
封装的主要部件 封装的主要设备 封装的主要步骤 封装的主要问题
封装的主要部件
集成光学芯片
– – – 边缘光学处理 输出波导间距 芯层折射率
集成光学器件将作为主流，分立器件作为补充，二者缺 一不可
未来全光网络中的MUX/DEMUX器件
AWG 成为高信道数、小信道 间 隔 MUX/DEMUX 器 件 的 主 流，其他器件作为补充 AWG成为多功能混合集成器 件的基础 – V-MUX、DGE – OXC、DOADM – Power-Monitor – …… AWG在光接入网中也有重要 应用（OCDMA、A-PON）
阵列波导光栅的技术展望
符 建
主要内容
系统需求 技术趋势 技术细节 技术展望 产业前景
系统需求
波分复用通信系统飞速发展
阵列波导光栅的技术展望
4
波分复用系统由简单到复杂
点对点传输
– 传输速率 – 传输距离
环状、网状网络
– 智能化 – 动态化
混合网络
– 全光化 – 多样化
阵列波导光栅（AWG）芯片
阵列波导光栅（AWG）芯片
阵列波导光栅（AWG）封装
阵列波导光栅（AWG）的封装结构
2、AWG的基本原理
AWG的信道频谱图
Gaussian型AWG的信道频谱图
Flat-Top型AWG的信道频谱图
3、平面光波导的设计
波导结构初步设计 波导模场分布传输函数分析 计算机模拟
– 传输系统的业务上下节 点
人气指数
AWG的应用之五：OXC
光开关、波长转换、 VOA和MUX/ DEMUX 相结合，实现OXC 应用领域
– 传输系统的光交叉节点
人气指数
AWG的应用之六：多波长光源
SOA或EDFA与AWG相 结合，实现多波长光源 应用领域
风物长宜放眼量
– 任何一项新技术的发展都不会一帆风顺 – AWG的发展应该着眼于长远
产业发展的关键
– 务实可行的发展方针 – 独特的核心技术
产业发展的误区
– 一哄而上的发展 – 小而全的发展
光纤通信产业是一株大树
Thanks
附录1：基于AWG的DWDM器件原理 一、概述 二、简单原理说明 三、聚焦 四、色散 五、自由光谱范围 六、插入损耗与非均匀性估计 七、带宽
VOA Drivers
AWG Temperature Control
Control Interface
y y y
Microcontroller LUTs (Look Up Tables) Interface Control (RS232)
AWG的应用之四：DOADM
光开关和MUX/ DEMUX 相结合，实现动态的 OADM 应用领域
一、概述
基于AWG的WDM器件是一种平面集成波导型的WDM，用AWG来实 现WDM器件的原理最早由M.K. Smit于1988年提出。AWG同时具有聚焦 和色散的功能，也就是说，让同一波长的光聚焦于一点，同时对于不同波 长的光，让其聚焦点发生色散偏移。以AWG为基础的器件主要有以下两 种类型： 一、以二氧化硅为基底的器件：(低有效折射率，约为1.45) 优点：传播损耗小；光纤耦合率高。 缺点：尺寸大； 不适于在一块芯片集成大量的元件； 不易于集成有源器件，如：探测器(Detectors)，光放大器 (Optical amplifiers)，调制器(Modulator)。 二、以 InP为基底的器件：(高有效折射率，约为3.28) 优点：易于集成有源器件 (主要优点)； 适于在一块芯片集成大量的元件； 尺寸小。 缺点：较大的传播损耗；光纤耦合率低。
– 传输系统的备份光源 – 城域网/接入网低成本光 源 – 测试系统光源
人气指数
AWG的应用之七：宽带色散补偿
空间滤波器与AWG相结 合，实现宽带色散补偿 应用领域
– 传输系统的色散管理单元
人气指数
AWG的应用之八：波长选择器
SOA阵列开关与AWG 相结合，实现高速波长 选择 应用领域
制膜的要求
– – – – – – – – – 折射率控制 厚度控制 应力控制 损耗控制 缺陷（颗粒） PECVD FHD Sol-Gel ……
制膜的方法
PECVD
FHD
光刻
光刻的要求
– – – 分辨率 套刻精度 缺陷（图形）
光刻的步骤
– 匀胶 – 曝光 – 显影
匀胶
曝光
刻蚀
刻蚀的要求
– 传输系统的光交叉节点
人气指数
产业前景
光纤通信产业发展的几点看法
国内光器件厂商的定位
– 技术领先？ – 规模生产？
系统商与器件商之间的鸿沟
– 如何合作？ – 如何共同发展？
今天的DVD，明天的光通信！
– 重视新技术的研发 – 重视核心技术的保护
集成光器件产业化的几点建议
网络发展对器件提出了新需求
可调技术
– 功率可调（DGE、V-MUX） – 波长可调（Filter、Laser） – 色散可调（DCM、PMD）
动态技术
– 光路动态切换（Switch） – 波长动态切换（OXC、OADM）
监控技术
– 信道监控（PM、OSNR、MSM）
转换技术
– 波长转换
光纤阵列
– 光纤位置误差 – 边缘光学处理
温控部件
– Heater – TEC
外壳及其他附件
封装的主要设备
精密调节架
– 维数选择 – 调节精度选择
UV照射灯
– 光强控制 – 时间控制
点胶设备
– 点胶量控制
光学平台及其他附件
– 工装夹具设计
封装的主要步骤
Fra Baidu bibliotek 对准
– 初步对准 – 精密对准
– 低插损：0.7dB（16CHs）、 1.2dB（32CHs）、1.9-3.9dB （256CHs） – 串扰：-82dB – 波长温度漂移：-0.0013nm/°C
信道数更多、信道间隔更小
– 400-1000信道，10GHz间隔 – 256信道，25GHz间隔（实用化）
功能更强
– 以AWG为平台实现多种功能混 合的子系统