FTTH中應用的一種衍射光柵的設計

胡昱

【摘要】 研究了在WDM中使用廣泛的平面波導衍射光柵，并且在此基礎上設計了一種基于全內(nèi)反射鏡陣列的透射型平面波導光柵。設計了光柵的結(jié)構(gòu)、分析了中心波長的成像，非中心波長的像差和光譜分布。

【關(guān)鍵詞】 FTTH 衍射光柵 全內(nèi)反射鏡陣列 像差 光譜

一、引言

衍射光柵作為實現(xiàn)WDM技術(shù)的核心器件而備受關(guān)注。不同波長入射光由光纖導入輸入波導，再由衍射光柵將不同波長的光分別聚焦到特定位置，由輸出波導導出，以實現(xiàn)波分復用。目前，WDM中常用的兩種衍射光柵分別是AWG（陣列波導光柵）和EDG（刻蝕衍射光柵）[1]。全內(nèi)反射鏡陣列光柵是AWG的一種，它具有像差低、制作簡單等特點，有很好的應用潛力。

二、衍射光柵的結(jié)構(gòu)設計

在羅蘭圓上的光源發(fā)出一定頻率的光，被與羅蘭圓相切且半徑為2倍羅蘭圓半徑的圓弧反射，將仍然匯聚在羅蘭圓上。基于此原理，在羅蘭圓上光輸入位置I附近取點O作為給定波長的輸出無像差點，由各槽面中心位置Pi（在2倍羅蘭圓半徑的圓上）確定的光程像差為波長的整數(shù)倍，從而決定槽面中心的位置，有：

將參數(shù)帶入方程（2.3），可得每一個光柵齒面到第一個齒面的距離。可以看到，隨著齒面序數(shù)的增加，每一個光柵齒面到第一個面的距離并不是直線增加的，而是增加的帶有平緩的趨勢。并且，當齒序數(shù)為100時所得到的值，可以代表光柵的總長度，可以看出，光柵的總長度大概為0.48毫米左右。

在確定了各個齒面的齒面中心點坐標后，下面將確定各齒面的具體形狀。根據(jù)設計的需要，齒面形狀的確定應該滿足以下兩個要求：1.位于下方的齒面不能遮擋進入上方齒面的光線；2.齒面的斜邊不能對入射光線有影響。

三、非中心波長最小像差點的確定

其中：P是光柵上每一點所對應的高斯光束場強的振幅；∑P為所有光柵齒面上的高斯光束場強的振幅之和；ΔL為相對于空間中的任意一點，每一個齒面對于第50個齒（基準齒面）的光程差；k為光柵齒面的齒序數(shù)；m為衍射級次；λ為非中心波長，此處設為1550nm光波波長；neff為介質(zhì)有效折射率；

假設一束高斯光束入射到光柵的第1個齒面，經(jīng)過反射后出射點為XP1；入射到光柵的第50個齒面，出射點為XP50，；入射到第100個齒面，出射點為XP100。連接這三個出射點，形成一塊掃描區(qū)域，對這個掃描區(qū)域的每一點計算出射光的像差，最終得到最小像差點的位置。對于1550nm非中心波長的入射光，其最小像差點的坐標為（0.0028，-8.0887e-006）。1490nm波長的光在聚焦點處的光強更大，光譜更為尖銳，聚焦性更好。而1550nm光波在聚焦點處的聚焦性能比1490nm要差，但仍然可以在波分復用中利用。其他非中心波長的最小像差點尋找方式和1550nm波長類似。

四、結(jié)束語

波分復用技術(shù)已經(jīng)在光通信中大規(guī)模使用。衍射光柵作為波分復用的核心部件之一，其性能影響著光傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量。在滿足信號質(zhì)量的傳輸需求外，它的制作成本也是一個重要的考慮因素。本文提供了一種衍射光柵結(jié)構(gòu)，既能滿足光傳輸需求，而且制作方式簡單，成本低廉，有良好的應用前景。

參 考 文 獻

[1] 盛鐘延，何賽靈，何建軍.刻蝕衍射光柵波分復用器件的設計與模擬. 光子學報， 2001， 30（5）：567～571

[2] 盛鐘延，何賽靈，何建軍. 刻蝕衍射光柵設計的一點法與兩點法. 光電子.激光， 2001， 12（7）：671～674