摘要：阵列波导
光栅是正在迅速发展的密集波分复用网络关键器件之一应用的热点。本文综述了阵列波导光栅复用／解
复用器的性能及新技术。
关键词：阵列波导光栅；密集波分复用；阵列波导光栅复用／解复用器
中图分类号：TN252 文献标识码：A
1引言
近年来，密集波分复用(DWDM)技术受到越来越多的关注，它以全新的方式，在现有的
光纤通信基础上极大地扩大了容量。在DWDM系统中，关键的元件就是波长复用／解复用器(MUX／DEMUXL实现复用／解复用器的方法有许多，早期波分复用／解复用器基于光纤光学技术和微光学技术，诸如薄膜
滤波器、浮雕光栅、光纤法布里--泊罗谐振器一类的光复用／解复用器在光特性、尺寸和批量生产方面有某些优点和缺点，需要更为实用和成本更低的DWDM复用／解复用器。
近年来，基于相位阵列波导光栅(AWG)复用／解复用器迅速发展，AWG复用／解复用器具有设计灵活、波长间隔小、信道数多、通道平坦、低偏振相关性、低的温度相关性、插入损耗低、滤波性能好、性能长期稳定、高可靠性、结构紧凑、价格便宜、小型化和易与光纤有效耦合等优点，很适合于超高速、大容量DWDM系统应用，并在构建大规模光网络方面具有极大的优势，作为光通信DWDM中有前途的候选者已受到极大关注。
2AWG复用／解复用器性能
AWG复用／解复用器由N个输人波导、N个输出是目前研究开发与波导、两个聚集平板波导和波导阵列组成。在AWG中，任何工作频段内的输入光都将从一个确定的端口输出，这样就可以实现复用和解复用的功能。AWG工作在高阶衍射区，对波长的分辨率可达纳米以上量级，此外，波导光栅是传输型光栅，输入输出波导可共用。
对AWG复用／解复用器的要求是：信道串扰小、插人损耗小、可靠性好、易于集成。AWG在实际应用时，重要特性要求为低偏振相关损耗(PDL)、稳定的中心波长、宽通带光谱响应、低插入损耗、低串扰和高可靠性。
目前已制作了由15nm信道间隔、8个信道到0．2nm信道间隔、256个信道的AWG的各种复用器。表1为目前所制作的8~256个信道AWG的光栅参数及性能。AWG中心端口的在片损耗为2．1~3．5dB。大型的AWG获得了<-37dB的背景串扰，其在片损耗为3．5dB．(中心输出端口)~5．9dB(边缘输出端口)。还开发出具有1000个通道的AWG波分复用器。不仅满足日益猛增的需求，并将对DWDM及全光网络的发展产生重大影响。
3AWG复用器／解复用器制作新技术
目前，AWG复用器／解复用器制作新技术有很大进展，性能参数也有很大提高，还开发了控制低偏振相关损耗(PDL)、宽通带光谱响应、低插入损耗、低串扰的新技术和进行中心波长补偿、无热AWG控制的新技术。
3．1 偏振不敏感技术
AWG复用器／解复用器的缺点是偏振敏感性，在实际应用中须消除对偏振的敏感性。已有 入／2波片偏振模交换法、热扩散抑制法、掺杂浓度化法等几种减小AWG的偏振敏感性的技术。其中Si基偏振不敏感AWG波长复用器以制作在Si衬底上的SiO，基光波导(双折射SiO2-GeO2-SiO，波导)AWG为基础，通过将入／2石英片插入阵列波导中间来消除由波导双折射引起的偏振敏感性。为达到高的波长分辨率，光栅以115衍射级数工作。这种偏振不敏感性和高的分辨率成功复用了间隔为lnm的13个波长信道，并获得了0．3nm的通带宽度和-30dB的串扰。
另一种偏振不敏感技术是采用氟甲基丙烯聚合物，已制作出信道间隔为0．65nih、14信道的AWG复用器。其3dB带宽为0．19nm，插入损耗为7．8~11dB、相邻信道串扰<-20dB，偏振导致的波长偏差为0．3nm，相当于3 × 10-5的双折射，几乎是偏振不相关的。
3．2 中心波长补偿技术
阵列波导的光程对中心波长影响很大。由于在制作期间所引起的折射率、波导尺寸及波导长度的变化，可产生较大中心波长漂移。为克服阵列波导光程对中心波长的影响，提出了一种基于新型光路和温度调节技术的新补偿方法：通过将附加的输入和输出端口适当地结合，在阵列波导中重新获得所希望的波前。即将输入端口之间的角度设计为输出端口角度的十分之九，可补偿工艺误码差所产生的较大中心波长漂移。采用PLC研制的这种新型AWG复用／解复用器，可控制中心波长和实现平坦通带光谱响应，并具低偏振相关性、低的温度相关性、高可靠性和小型化，3dB通带宽度为一般AWG的1．4倍，这种AWG复用／解复用器非常适用于DWDM系统。
3.3宽通带光谱响应技术
-般的AWG复用／解复用器为抛物线形，光谱响应较窄。为了实现宽通带光谱响应，在每个输入波导和输出平板波导之间引入了Y形分路。通过输出平板波导传输的聚焦光场?E聚在输出乎板波导的人口，当输入信号波长不同时，在与阵列波导产生的波前倾斜相应的另一个输出波导上产生焦点漂移。其光谱响应取决于输出波导的焦场和局部模场间的叠积(阴影区)。在该结构中，该模场是个双峰值，即使波长变化导致焦点稍有漂移，这个叠积值也几乎查同，因而实现了平坦的宽通带响应。所获得的1 X 8AWG光谱响应，3dB带宽为1．1nm是一般AWG带宽(0．78 nm)的1．4倍。
3．4 无热AWG控制技术
由于AWG复用器／解复用器以约1nm的信道间隔密集封装光信号，所以中心波长的控制很重要。普通AWG中心波长约以0．1 nm／℃的值向长波长方向漂移，这是由于SiO2基波导的折射率变化与温度相关，要稳定中心波长就必须用
加热器或佩尔蒂埃器件控制AWG的温度。为扩展应用领域和减少成本，开发了一种无热AWG控制技术，通过采用硅胶填充三角形沟槽的方法来补偿与温度有关的SiO2基波导的光程差，这种硅胶具有负的热系数。由于硅胶中负光路变化比SiO，基波导大几千倍，所以硅胶中的负光路变化可补偿SiO2中的正光路变化，从而获得温度不敏感工作，并将相关温度抑制为传统AWG复用／解复用器的1／20。这种无热AWG复用器的构形。在0-85℃温度范围的波长漂移，普通AWG为0．95nm，而无热AWG仅为0．05nih。并波长变化仅为0．02nm，足以实际应用。
3．5 降低插入损耗技术
为获得低插入损耗的AWG复用／解复用器。除采用硅粘合剂和三角形槽的无热硅基AWG外，还开发出一种低损耗槽技术，即将槽分成多个箭形小条块，其条宽为15μm、条间隔为50 pm。已在100GHz信道间隔的1×16信道无热硅基AWG复用／解复用器中获得<0．4dB的极低附加损耗和<3．2dB的插入损耗，在0-85cC温度内，信道波长变化<
2．5 GHz。
3．6 低串扰技术
在AWG复用／解复用器中，信道间的串扰是衡量器件性能的一个重要指标，10GHz间隔的窄信道AWG是超密集复用／解复用器的重要器件。由于窄信道AWG的串扰比一般100GHz间隔的AWG的串扰高得多，对所有阵列波导的相位误差进行外补偿的方法可大大减少信道串扰，但由于要在每个阵列波导上聚焦激光束，补偿系统较为复杂，并且补偿大数量波导的相位误差颇为困难。
减少AWG信道串扰的新技术是利用阵列波导的光敏性，将一个有窗口的金属掩模放在阵列波导上，然后用193nm波长的ArF激光照射无掩模的波导，从而改变其折射率，直到串扰减少到所希望的值。该新技术优点是：可同时补偿所有波导，补偿时间不受波导数量影响；无需对各波导的聚焦激光束进行精密调节，使该系统更为简单。采用该技术，在阵列波导数为81，输入／输出波导为32时，获得了10GHz间隔、串扰为-17~30dB(TE模)和16--27dB(TE模)的32信道AWG复用器／解复用器。
4结束语
AWG复用／解复用器性能好、集成度高，有巨大潜力，已成为波分复用器的主流。目前已开发出具有256个通道的AWG波分复用器和具有1000个通道的级联AWG波分复用器，也开发了提高AWG复用/解复用器的多种新技术。AWG复用/解复用器不仅可满足日益增的带宽需求，也将对DWDM及全光网络的发展产生重大影响。
