Wat is de AWG?

AWG of Arrayed Waveguide Gratings zijn optische vlakke apparaten die normaal worden gebruikt als multiplexers/ demultiplexers. Lay-outs van die apparaten zijn voornamelijk gebaseerd op een reeks golfgeleiders met elke beeldvormende en dispersieve eigenschappen. Hoewel AWG's ook worden herkend als verschillende namen, waaronder Phased Arrays (PHASARs) en Waveguide Grating Routers (WRG's), is AWG de term die we het meest gebruiken in de telecommunicatie-industrie. Lichtgolven van verschillende golflengten dringen lineair met elkaar binnen, om deze reden kunnen een paar optische kanalen met nauwelijks verschillende golflengten worden verzonden over een enkele vezel met minimale overspraak tussen aangrenzende kanalen, en op basis waarvan, AWG's kunnen daarom worden gebruikt om een paar kanalen van verschillende golflengten op een enkele vezel op de zender te multiplexen en bovendien worden gebruikt om ze terug te demultiplex in hun kanalen van verschillende golflengten aan het uiteinde van de ontvanger.

Vanwege hun functie om grote aantallen golflengten recht in een enkele vezel te multiplexen, worden AWG's over het algemeen gebruikt als optische multiplexers en demultiplexers in een WDM-systeem. Er zijn verschillende toepassingen, waaronder tekenverwerking, meting en detectie. Silica-op-silicium en indiumfosfide (InP), voornamelijk volledig op basis van halfgeleiders, zijn de meest geziene technologie in de AWG-markt. Het modusveld past mooi bij dat van een optische vezel, waardoor ze daarom soepel zijn om te koppelen met verliezen van veel minder dan 0,1 dB. Bovendien kan er bovendien een totaal laag propagatiegebrek zijn van veel minder dan 0,05 dB/cm. InP is de dominante oplossing op telecomgebied.

Werkingsprincipe en kenmerken van het apparaat

Een AWG bestaat voornamelijk uit drie delen, namelijk input/output optische vezel, Free Propagation Region (FPR) en raspgolfgeleider. Lichtgolven van verschillende golflengten komen de FPR binnen via de ingangsvezel. In FPR worden lichtgolven niet langer beperkt tot de vezel en worden divergent en komen ze in het netwerk van golfgeleiders terecht. Het geëxpandeerde licht wordt vervolgens opgevangen door de roostergolfgeleider die het naar de opening van het uitgangsrooster zendt. De afzonderlijke golfgeleiders zijn er in verschillende lengtes, waarbij de binnenbanden korter zijn dan de buitenste. Het verschil in de lengtes van de aangrenzende golfgeleider is een geheel veelvoud van de centrale golflengte van de DeMUX. De golflengten komen aan het andere uiteinde van de FPR op enigszins verschoven tijden, waarbij de signalen van de binnenste golfgeleider als laatste komen en de buitenste golfgeleider als laatste. De lengtes van de array-golfgeleiders worden zodanig gekozen dat het verschil in optische weglengte tussen aangrenzende golfgeleiders een veelvoud is van de middengolflengte van de demultiplexer. Daarom bevinden de golflengten van de individuele geplaatste golfgeleiders naar de ingangsopening van de uitgangskoppeling zich in verschillende fasen. Meerdere lichtbundels interfereren structureel en komen samen naar een enkel brandpunt aan de uitgang van de uitgangskoppeling.

Er zijn ook AWG's ontworpen met meerdere ingangen en een gelijk aantal uitgangen. Een dergelijke AWG heeft een cyclisch gedrag dat een signaal dat ingaat in ingang 1 weer zal verschijnen bij uitgang 1, indien de frequentie wordt verhoogd met een hoeveelheid gelijk aan de kanaalafstand. Dit apparaat wordt een cyclische golflengte-router genoemd. Dit AWG-type fungeert als add-on multiplexer en golflengteschakelaar.

Op basis van de configuratie van de AWG en golflengteschakeling kunnen extra multiplexers worden gefabriceerd. De meest elementaire add-on-multiplexer kan worden gemaakt met behulp van twee 1xN AWG's met een identieke golflengterespons. Door demultiplexers te combineren met schakelaars, kunnen extra configureerbare multiplexers worden gefabriceerd. Deze configuratie maakt het optellen en aftrekken van golflengten mogelijk door middel van een extern besturingssignaal. De meer multiplexers/demultiplexers die aan de configuratie worden toegevoegd, verhogen het invoegverlies van de multiplexer. Extra multiplexers met lager invoegverlies kunnen worden gerealiseerd door een enkele (N 1) x (N 1) AWG te combineren met een golflengterouter in een loopback-configuratie. De gedemultiplexte golflengten kunnen in schakelaars worden ingevoerd waar ze naar de bypass-poort of loopback naar de golflengterouter kunnen worden geleid, die ze vervolgens naar de uitgang zal multiplexen.

AWG-technologieën

Veel technologieën worden gebruikt om AWG te ontwikkelen. De twee belangrijkste gebruikte technologieën zijn silica-op-siliciumtechnologie en indiumfosfide-halfgeleidertechnologie.

Silica op silicium (SoS) AWG

SoS AWG werd begin jaren negentig op de markt gebracht en heeft het grootste aandeel van de AWG-markt. SoS is een type vlak lichtgolfcircuit (PLC) dat op een plat substraat wordt vervaardigd door lagen glas met een hoog siliciumgehalte op een wafer te plaatsen. De samenstelling van de glaslagen lijkt sterk op die van een optische vezel, die de koppeling met de optische vezel vergemakkelijkt vanwege de veldconformiteit in de nabije modus. Dit resulteert in een lage splitsing en een lage demping van de voortplanting. Een ander voordeel van de PLC-fabricage van SoS AWG zijn de uitstekende warmtedissipatie-eigenschappen die het geschikt maken voor implementatie in netwerkomgevingen buiten.

Op indiumfosfaat gebaseerde AWG (InP)

InP-gebaseerde AWG is een op halfgeleiders gebaseerde AWG die kan worden geïntegreerd met meerdere actieve apparaten zoals optische versterkers en schakelaars op een enkele chip. De InP-gebaseerde AWG kan worden gefabriceerd in een compact pakket vanwege het grote indexcontrast van de InP-gebaseerde golfgeleider. De optische verzwakking, koppelingsverlies en overspraakprestaties van op InP gebaseerde AWG zijn niet zo goed als die van op silica gebaseerde AWG. Een dergelijke beperking is een obstakel voor op InP gebaseerde AWG om op grotere schaal te worden gebruikt. Het potentieel van InP-gebaseerde AWG om te integreren in feature-rijke circuits zoals WDM-transceivers en optische add-on-multiplexers is een groot voordeel. Hierdoor kunnen fabrikanten AWG-functionaliteit insluiten op actieve apparatuur om InP-gebaseerde fotonische geïntegreerde schakelingen (PIC's) te creëren om de netwerkimplementatiekosten te verlagen. Zo kunnen add-drop-multiplexfuncties worden uitgevoerd bij de transceiver zonder dat er een externe multiplexer nodig is. Dit vermindert de componenten-en installatiekosten, evenals de optische verzwakking van veel connectoren.

Toepassingen

Van complexe telecommunicatieverbindingen tot zeer eenvoudige add-on multiplexers, er zijn veel toepassingen waar AWG kan worden gebruikt. In de telecomindustrie wordt AWG vooral gebruikt als multiplexer/demultiplexer in het WDM-netwerk. Dit wordt vaak ingezet in langeafstandsnetwerken zoals internationale, nationale en regionale vervoersnetwerken. De meeste PON's die wereldwijd worden ingezet, gebruiken golflengteonafhankelijke optische splitters voor vermogensdeling en tijdverdelingsmultiplexing voor stroomopwaartse en stroomafwaartse transmissie. Dit verlaagt de implementatiekosten en elimineert de noodzaak van golflengtebeheer voor individuele verbindingen achter de splitter. Met de groeiende vraag naar hogere bandbreedte, begint AWG te worden gebruikt in het toegangsnetwerk, waardoor transmissie met meerdere golflengtes van het centrale kantoor naar de eindgebruiker mogelijk is zonder significante wijzigingen aan het bestaande glasvezelnetwerk. WDM-PON is een technologie waarbij meerdere WDM-kanalen via hetzelfde optische netwerk worden verzonden vanaf een optische lijnterminal (OLT) die zich in een wisselaar bevindt.