Просмотр кода страницы Arrayed Waveguide Grating (AWG)

'''Решетки на основе массива волноводов AWG (Arrayed Waveguide Grating)''' — интегральный оптический компонент, представляющий дифракционную решетку на поверхности или в объёме оптического планарного оптического волновода и выполняющий функции оптического [[:en:Optical add-drop multiplexer|мультиплексора/демультиплексора]]. Они доказали свою способность к точному [[:en:Multiplexer#Digital demultiplexers|демультиплексированию]] большого количества каналов с относительно низкими потерями. Эти устройства способны [[Мультиплексирование|мультиплексировать]] множества [[Длина волны|длин волн]] в одном [[Оптическое волокно|оптическом волокне]], тем самым увеличивая пропускную способность оптических сетей.

Устройства основаны на фундаментальном принципе оптики, заключающемся в том, что световые волны разных длин волн не влияют друг на друга линейно. Это означает, что, если каждый канал в сети оптической связи использует свет немного другой длины волны, то свет от многих из этих каналов может переноситься одним оптическим волокном с незначительными перекрестными помехами между каналами.

== Принцип работы ==
Входной сигнал, который содержит излучение разных длин волн, попадает во входной разветвитель. Там он расщепляется на N оптических лучей, каждый из которых попадает в отдельный волноводный канал. Все N волноводных каналов, образующих волноводную матрицу, имеют разную длину и вносят в сигнал разные фазовые сдвиги, зависящие от длины волны. После этого световые пучки из отдельных волноводных каналов вновь объединяются в выходном разветвителе и интерферируют таким образом, что излучение разных длин волн попадает в разные выходные волноводы.

Эффективность мультиплексора/демультиплексора определяется его способностью изолировать друг от друга входные или выходные каналы. Полоса пропускания каждого канала характеризуется параметрами, к которым относятся:

[[Файл:AWG 2.png|мини|Схематическое представление работы AWG|900px|центр]]
Если входная длина волны отстраивается от центральной длины волны, то в ветвях массива будут происходить фазовые изменения. Из-за постоянной разницы в длине пути между соседними волноводами этот фазовый переход будет линейно увеличиваться от внутреннего к внешнему массиву волноводов, что приведет к наклону волнового фронта в выходной апертуре. Расположение выходных волноводов в плоскости изображения позволяет осуществлять пространственное разделение различных длин волн (или частот). Зависимый от длины волны сдвиг фокусной точки в плоскости изображения можно рассчитать следующим образом. Используя параметры, определённые на рисунке выше, угол наклона волнового фронта ''dθ'' из-за разности фаз ''dφ'' между соседними массивными волноводами можно выразить в виде<ref>{{Статья|ссылка=http://www.ipsi.smr.ru/Lab/CKPO/Nanofot/doc/OlympIOs.pdf|автор=Martin Amersfoort|заглавие=Arrayed Waveguide Grating|год=1998|язык=Английский|издание=Application note A1998003|тип=|месяц=|число=|том=|номер=|страницы=|issn=}}</ref>:

<math>d\theta=arcsin({d\phi/ \beta_f \over d_g})\approx{d\phi/\beta_f \over d_g}</math>

где ''β<sub>f</sub>'' — константа распространения в пластинчатом волноводе.

<math>d\phi=d\beta_g \bigtriangleup l = \beta_g({dN_{eff} \over N_{eff}}-{d \lambda_c \over \lambda_c})\bigtriangleup l</math>

где ''β<sub>g</sub>'' и ''N<sub>eff</sub>'' — константа распространения и эффективный индекс волновода соответственно, ''Δl''-разность длин пути между соседними плечами, а ''λ<sub>c</sub>''-центральная длина волны. Объединение этих уравнений дает:

<math>{d \Phi \over d \lambda_c}=-{rm \over N_{eff}d_g}</math>

где ''r''=''β<sub>g</sub>/β<sub>f</sub>'' порядка 1, ''m'' — порядок дифракции демультиплексора. он определяется как:

<math>m={\bigtriangleup l  \over \lambda_c / N_{eff}}</math>

== Основные характеристики ==
# Центральная длина волны
# Интервал между каналами
# Полоса пропускания
# Изоляция

== Центральная длина волны ==
Центральная длина волны — один из параметров, характеризующих канал мультиплексора/демультиплексора. Центральная длина волны канала — это среднее арифметическое значение верхней и нижней длины волны отсечки. Длины волн отсечки — верхняя и нижняя — это длины волн, на которых вносимые потери достигают заданного уровня (обычно 3 дБ). Центральная длина волны может не совпадать с длиной волны спектрального максимума.
Центральная длина волны канала является наиболее важным параметром для оптических фильтров с симметричной (или близкой к ней) формой спектра. Для идеального симметричного спектра оптического канала центральная длина волны совпадет с длиной волны спектрального максимума, что наблюдается крайне редко.
Номинальную длину волны передатчика стараются делать как можно ближе к центральной длине волны.

== Мультиплексирование WDM (Wavelength Division Multiplexing) ==
Технология передачи информации в оптических системах, где различные источники используют разную длину волны. При этом два и более оптических сигналов передаются по одному оптическому пути.

== Полоса пропускания ==
[[Полоса пропускания]]-диапазон частот, в пределах которого [[амплитудно-частотная характеристика]] (АЧХ) акустического, радиотехнического, оптического или механического устройства достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения его формы. Иногда вместо термина «полоса пропускания» используют термин «эффективно передаваемая полоса частот (ЭППЧ)». В ЭППЧ сосредоточена основная энергия сигнала (не менее 90 %). Этот диапазон частот устанавливается для каждого сигнала экспериментально в соответствии с требованиями качества.

== Применение ==
У AWG есть несколько применений. Может использоваться как мультиплексор, демультиплексор.

Такие устройства способны мультиплексировать множество длин волн в одном оптическом волокне, тем самым увеличивая пропускную способность оптических сетей.

== Материалы ==
Диоксид кремния

== Примечания ==
{{примечания}}

[[Категория:Мультиплексирование]]
[[Категория:Волоконно-оптическая связь]]