圖(1)AAWG主體結構 圖(2)AAWG模塊封裝結構
工作原理
芯片是陣列波導光柵功能實現的核心，其結構上主要包含如下5部分，見圖(3)。
(1)輸入波導(input waveguides)：接收外部波長信號;
(2)輸入星形耦合器(star coupler)：也稱平板波導，把波長信號耦合到陣列波導;
(3)陣列波導(grating waveguides)：波長信號傳輸，波導的長度依次遞增 ΔL，對通過的光信號產生固定光程差，相當于光柵作用;
(4)輸出星形耦合器(star coupler)：也稱平板波導，把衍射出來的波長信號聚焦到輸出波導中(干涉原理，類似于楊氏雙孔干涉);
(5)輸出波導(output waveguides)：把不同波長信號分配輸出給接收端。
圖(3)AAWG芯片結構
AAWG芯片工作原理見圖(4)所示：當一束包含多個波長的光束通過輸入波導傳播進入聚焦平板時，光束橫向近似于無限制，此時光束在聚焦平板區域發生衍射。在進入陣列波導的輸入孔徑時，光束被耦合到陣列波導中，為減少耦合損耗，陣列波導的輸入輸出孔徑處常采用錐形過渡波導設計。根據平板波導區域的結構，從中心輸入波導輸入的光到達陣列波導的輸入孔徑時，其經歷的光程相等，因此耦合進陣列波導的各光束相位也近似相等。
當各光束傳輸到陣列波導的輸出孔徑時，由于陣列波導的各相鄰波導具有一定的相等的長度差，因而相鄰輸出孔徑的光束具有一定的相位差。各輸出孔徑的光束在第二個平板波導區域發生多光束衍射和干涉，光強最大的位置始終位于羅蘭圓輸出端圓弧的中心，其干涉級數取決于陣列波導長度差。由于光的色散性質，同一干涉級數下不同波長的光束將聚焦在第二個聚焦平板區域的不同位置，將接收波導放置在羅蘭圓的適當位置，就能得到不同波長信道的空間分離。
圖(4) AAWG芯片工作原理
溫度補償方案
溫度特性補償是陣列波導光柵功能實現的關鍵。
陣列波導光柵光柵方程：nsdsinqi+ncDL+nsdsinqo=ml，其中sinqi=xi/Lf ，sinq0=x0/Lf，Lf為平板波導的長度，xi、xo分別是輸入波導和輸出波導與中心輸入波導、中心輸出波導的間距。ns、nc分別為平板波導和陣列波導的有效折射率，d為陣列波導的間距，DL是相鄰陣列波導的光程差，m為的衍射級數。
無熱陣列波導光柵芯片材質二氧化硅具有較高的熱光系數，其折射率會隨溫度的變化而變化，溫度升高時，折射率變大，AAWG 的輸出波長也相應地變大，且輸出波長隨溫度的變化成線性關系，波長隨溫度變化率大約為 11pm/°C。查找相關資料對陣列波導方程推導結果：
為了解決減小溫度對陣列波導芯片波長漂移影響，我司AAWG產品溫度特性補償實現工藝為：在芯片的輸入平板波導位置進行縫隙切割，使芯片被分成兩部分(第一部分包含輸入波導部分輸入平板波導，第二部分包含部分輸入平板波導、陣列波導、輸出平板波導以及輸出波導)。目前我司在工藝實現中，采用特殊材質和膨脹系數的補償基座和補償桿，實現芯片被切割的兩部分發生相對微小移動，達到對產品溫度特性補償，見圖(5)。
(1)通過調節1/2/3/4旋鈕，使兩部分沿著切割線方向發生位移，從而對AAWG輸出波長進行精確校準。
(2)由于補償基座和補償桿熱膨脹系數與芯片熱膨脹系數差異，實現位移互補，以達到溫度特性補償。
圖(5) AAWG溫度特性補償方式
補償驗證結果
我司無熱陣列波導光柵模塊驗證結果，見圖(6)，實際曲線為我司產品抽測結果。
(1)在-10～65℃范圍內，波長漂移滿足±0.05nm;
(2)在-10～85℃范圍內，波長漂移要求±0.05nm，可定制。
圖(6) 波長偏移與溫度關系
飛宇研發生產50G/100G 等各類型AAWG，具有低損耗和偏振相關損耗，低串擾等特點。更多詳情可咨詢飛宇集團。
