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反射鏡陣列的透射型平面波導光柵。設計了光柵的結構、分析了中心波長的成像，非中心波長的像差和光譜分布。

【關鍵詞】 FTTH 衍射光柵 全內反射鏡陣列 像差 光譜

一、引言

衍射光柵作為實現WDM技術的核心器件而備受關注。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、衍射光柵的結構設計

在羅蘭圓上的光源發出一定頻率的光，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倍，從而決定槽面中心的位置，有：

將參數帶入方程（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；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，形成一塊掃描區域，對這個掃描區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、結束語

波分復用技術已經在光通信中大規模使用。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的信號質量。在滿足信號質量的傳輸需求外，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構，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