AWG(배열 도파관 격자)는 WDM(파장 분할 다중화) 시스템에서 MUX/DeMUX(광 다중화기/역다중화기)로 일반적으로 사용됩니다. AWG 장치는 많은 수의 파장을 단일 광섬유로 다중화할 수 있으므로 광 네트워크의 전송 용량을 상당히 높일 수 있습니다.

 

AWG는 서로 다른 파장의 광파가 서로 선형적으로 간섭한다는 광학의 기본 원리를 기반으로 합니다. 이는 광통신 네트워크의 각 채널이 약간 다른 파장의 빛을 사용하는 경우 이러한 채널 중 많은 수의 빛이 채널 간 누화를 무시할 수 있는 상태로 단일 광섬유에 의해 전달될 수 있음을 의미합니다. AWG는 전송 끝에서 단일 광섬유에 여러 파장의 채널을 다중화하는 데 사용되며 광 통신 네트워크의 수신 끝에서 서로 다른 파장의 개별 채널을 검색하는 디멀티플렉서로도 사용됩니다.

 

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기판을 기반으로 AWG는 도파관 배열(위상 배열이라고도 함)과 두 개의 커플러(자유 전파 영역(FPR)이라고도 함)으로 구성됩니다. 입력 도파관 중 하나는 여러 파장 λ1 – λn으로 구성된 광 신호를 첫 번째(입력) 커플러로 전달한 다음 도파관 배열 사이에 빛을 분산시킵니다.

 

이후 빛은 도파관을 통해 두 번째(출력) 커플러로 전파됩니다. 이들 도파관의 길이는 인접한 도파관 사이의 광 경로 길이 차이 dL이 디멀티플렉서의 중심 파장 λc의 정수배와 같도록 선택됩니다. 이 파장의 경우 개별 배열 도파관의 필드는 동일한 위상으로 출력 커플러의 입력에 도달하고 입력 커플러 출력의 필드 분포는 출력 커플러의 입력에서 재현됩니다. 배열 도파관의 길이가 선형적으로 증가하면 출력 커플러에서 빛이 혼합될 때 간섭과 회절이 발생합니다. 결과적으로 각 파장은 N개의 출력 도파관(출력 채널이라고도 함) 중 하나만으로 집중됩니다.

 

 

AWG 기본 원칙

 

 

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1. 각 도파관의 위상 축적: Φ = 2 π * n(T)*L / λ

 

 

2. 차동 도파관 길이는 서로 다른 파장에 대해 서로 다른 위상 기울기를 생성합니다.

 

 

3. 단일 도파관 유효 지수와 도파관 길이 차이의 설계는 파장 다중화 기능을 담당합니다.

 

 

 

AWG 제작

 

 

AWG는 Si 기판의 열산화를 이용하여 얻은 SiO2 하부 클래딩 산화물을 사용하여 실리콘 웨이퍼 기판에 일반적으로 얻은 평면 도파관 구조입니다. 화학 기상 증착(CVD) 공정은 클래딩 층의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 GeSiO2 활성층을 생성합니다. 광학 리소그래피와 건식 에칭은 AWG 도파관 구조를 정의합니다. 하부 클래딩과 굴절률이 일치하는 상부 클래딩(CVD 공정)의 성장이 마지막 기술 단계입니다.

 

AWG의 제조는 표준화된 기술을 기반으로 하기 때문에 AWG의 통합은 소형화, 신뢰성, 제조 안정성과 같은 많은 이점을 제공하고 제조 및 패키징 비용을 크게 절감합니다.

 

AWG의 고유한 장점에는 정밀하게 제어되는 채널 간격(ITU 그리드에 쉽게 일치), 간단하고 정확한 파장 안정화, 낮고 균일한 삽입 손실, 좁고 정확한 채널 간격 및 큰 채널 번호도 포함됩니다.

 

 

AWG 유형

 

 

시중에는 다양한 AWG가 나와 있습니다. 사용된 재료에 따라 소위 저굴절률 AWG와 고굴절률 AWG라는 두 가지 주요 그룹으로 나눌 수 있습니다. 일반적인 굴절률 대비가 0.75%인 저굴절률 AWG는 광섬유와의 호환성이라는 장점이 있으므로 출력 도파관과 광섬유 사이의 결합 손실이 매우 낮습니다. 이러한 AWG의 단점은 크기이며 이는 임계값 아래에 있을 수 없는 도파관 곡률에 해당합니다. 결과적으로 채널 수를 늘리고 채널 간격을 좁히면 AWG 크기가 급격히 증가하고 이는 결과적으로 발생합니다. 삽입 손실이 증가하고, 특히 채널 누화가 증가하는 등 광학 성능이 저하됩니다. 이와 대조적으로 고굴절 AWG는 크기가 훨씬 작지만 결합 손실도 훨씬 높습니다.

 

DWDM 시스템에서 정보를 전달하는 데 사용되는 도파관의 수는 일반적으로 2의 거듭제곱이므로 AWG는 두 개의 서로 다른 파장, 즉 4, 16, 32, 64 등을 분리하도록 설계됩니다. 이 외에도 40- 및 80- 채널 AWG도 사용 가능합니다. 현재 배포되는 시스템은 일반적으로 40개 이하의 파장을 갖지만, 기술 발전을 통해 계속해서 더 많은 수의 파장이 가능해질 것입니다.

 

정보를 전송하는 데 사용되는 파장은 일반적으로 광학이 사용되는 파장 영역인 1550nm 영역 주변입니다.y 낮은 손실 및 낮은 감쇠). 각 파장은 이전 파장과 0.8 nm의 배수만큼 분리됩니다(주파수 분리를 100 GHz 간격이라고도 함). 그러나 1.6nm(즉, 200GHz) 또는 0.8nm의 배수인 다른 간격으로 분리될 수도 있습니다. 이러한 채널 간격은 WDM 시스템을 나타냅니다. 반면, 용량 요구가 증가한다는 것은 현재의 목표가 더 많은 파장을 더 좁은 공간에 집어넣는 것임을 의미하며, 이는 일반 간격의 절반, 즉 0.4nm(50GHz) 또는 심지어 1/4, 0.2nm에 불과할 수 있습니다. (25GHz). 이러한 좁은 채널 간격은 DWDM 시스템에서 사용되고 있습니다. 그러나 최근 네트워크 용량의 급속한 성장으로 인해 DWDM 시스템에는 더 높은 용량의 전송이 필요합니다. 증가하는 용량 수요를 충족하려면 이러한 AWG의 채널 수를 최대한 계속 늘려야 합니다. 즉, 채널 간격을 10GHz 이하로 줄여야 합니다. 이러한 AWG는 초고밀도 WDM 애플리케이션에서 핵심적인 역할을 합니다.

 

전송되는 광 신호는 다양한 모양을 가질 수 있습니다. 가장 일반적인 것은 삽입 손실이 매우 낮은 가우스 통과대역(또는 가우스 모양)입니다. 이와 대조적으로 플랫탑 통과대역은 삽입 손실이 훨씬 높지만 감지 조건이 훨씬 더 좋습니다. 이 두 가지 형태 사이에는 소위 반평형 통과대역이 있으며 이는 DWDM 시스템에서도 자주 사용됩니다.

 

AWG 제품군의 특수 부분은 일반적인 100GHz 또는 50GHz 채널 간격과 8개(또는 16개) 출력 채널을 갖춘 소위 "순환" 또는 "무색" AWG를 생성합니다. 여기서 AWG와 같은 특수 설계를 적용하면 주문이 반복되며 사전 정의된 모든 채널 대역에서 작동할 수 있습니다. 즉, 동일한 무색 AWG가 채널 1~8, 9~16, 17~24 등에서 작동할 수 있습니다.

 

 

AWG의 열 제어

 

 

실제 광통신 응용 분야에서 AWG 장치를 사용하려면 정밀한 파장 제어와 장기적인 파장 안정성이 필요합니다. 물론 AWG의 온도가 변동하는 경우 사용되는 재료의 열 계수에 따라 채널 파장이 변경됩니다. 열광학 효과를 활용함으로써 온도 컨트롤러를 AWG에 내장하여 장치를 ITU 그리드 또는 기타 원하는 파장에 맞게 제어하고 조정할 수 있습니다. 최근 기업에서는 Athermal AWG 장치의 사용을 시연했습니다. 원리는 석영 유리와 온도 계수가 다른 광파 회로의 일부에 특수 실리콘 수지를 사용하는 것입니다. 이 설계는 투과된 빛 파장의 온도 의존성을 원래 값의 10분의 1 미만으로 줄여 온도 제어 장치를 사용할 필요가 없게 만듭니다.

 

 

 

AWG에 대한 온도의 영향

 

 

격자의 온도 변화는 초점의 위치를 원하는 중심 파장에서 멀어지게 이동시킵니다. 파장 변화 11.5 pm/°C 이 변화는 다음과 같이 보상되어야 합니다. 전기적으로; 비. 수동적으로

 

Thermal AWG의 온도 제어

 

 

격자의 온도 변화는 초점의 위치를 원하는 중심 파장에서 멀어지게 이동시킵니다. 이러한 이유로 AWG는 전통적으로 균일하게 가열되어 약 80°C의 온도까지 능동적으로 안정화되었습니다.

 

메모:

Thermal AWG는 칩에 대한 안정적인 온도 제어를 기반으로 합니다. Athermal AWG는 기계적 재정렬을 기반으로 합니다. 표준 AWG에서는 AWG 칩의 온도가 안정화됩니다.

 

AWG 애플리케이션

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AWG는 이미 point-to-point DWDM 시스템에 사용되었으며 유연한 대용량 DWDM 통신 시스템 구축의 핵심 구성 요소입니다. AWG는 낮은 손실, 높은 포트 수 및 대량 생산성이라는 이점을 제공합니다. AWG의 추가적인 진전은 OADM(Optical Add/Drop Multiplexing) 시스템과 OXC(Optical Cross Connect) 시스템을 포함한 미래 광 통신 시스템 구축에 크게 기여할 것으로 예상됩니다.

1. 광 네트워크(DWDM 전송, OXC, OADM)

OXC 애플리케이션: 메시 네트워크, 연결이 2보다 많은 노드; 비. 링 인터커넥트

OADM 애플리케이션: 링 네트워크의 노드; 비. 선형 범위의 중간 노드; 씨. 더 큰 OXC 노드 사이

 

2. λ별 관리(프로비저닝/보호/복원)

OADM은 수신 DWDM 신호에서 로컬 수신기로 λ를 떨어뜨리고 로컬 송신기에서 새 신호(동일한 λ)를 추가합니다.

OADM 포트: 입력, 출력이 네트워크에 연결됩니다. 로컬 송신기, 수신기에 연결 추가, 삭제

 

 

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이 섹션에서는 광 네트워크의 어떤 지점에서 AWG를 사용할 수 있는지 설명합니다. 일반적으로 AWG 장치는 광 WDM 및 DWDM 애플리케이션에서 멀티플렉서, 디멀티플렉서, 필터 및 추가-드롭 장치 역할을 합니다.

 

 

 

1. DWDM 장거리 네트워크의 전송 지점에서 광섬유 증폭기 이전에 수많은 WDM 채널을 하나의 광섬유로 다중화하는 데 사용할 수 있습니다.

 

2. 이러한 시스템의 수신기 측에서 디멀티플렉서로도 사용할 수 있습니다.

 

3. AWG는 장거리 통신 시스템의 OADM 부분에서 구현될 수 있습니다.

 

4. 티FTTx 시스템에서 CWDM MUX/DeMUX로 사용이 증가하고 있습니다.

 

 

DWDM 시스템을 위한 매우 넓은 AWGS

 

 

WDM 시스템의 사용이 급속히 증가하고 있으며, 이러한 시스템에서 AWG는 MUX/DeMUX(즉, DWDM MUX/DeMUX)로서 중요한 역할을 합니다. AWG는 소형화, 높은 안정성, 뛰어난 광학 특성 및 대량 생산성을 제공합니다. 지금까지 AWG는 통신용으로만 개발되었기 때문에 파장 범위가 1.3~1.6μm로 제한되었습니다.

 

그러나 센서와 같은 새로운 응용 분야의 경우. 가시 파장 범위를 포함하여 더 짧은 파장 범위를 가진 AWG입니다. 이는 많은 재료와 분석이 이러한 파장에서 특정 특성을 갖기 때문입니다. 지금까지는 가시광선 파장 범위에서 작동하는 AWG에 대해 이론적인 고려만 이루어졌습니다.

 

AWG의 주요 장점 중 하나는 재료를 식별하고 분석하도록 설계된 광학 분광 센서에 필요한 미세한 파장 분해능을 제공하는 능력입니다. 이는 도파관 레이아웃의 설계 유연성에서 발생하며 인접한 배열 도파관 간의 경로 길이 차이와 슬래브 도파관의 초점 길이를 변경하여 임의의 분광 특성을 얻을 수 있습니다.

 

PLC(Planar Lightwave Circuit) 기술과 설계는 성능과 수율 측면에서 지난 10년 동안 크게 발전했습니다. 통합 광학에 적용된 새로운 반도체 기술은 병렬로 웨이퍼 품질을 획기적으로 향상시켰으며, 설계 노력을 통해 삽입 손실 감소, 누화 감소, 채널 대역폭 증가, 채널 간격 감소 및 색분산(CD) 관리로 이어졌습니다.

 

박막 필터의 성능과 일치하거나 그 이상의 성능을 제공하는 AWG를 사용하면 가변 광 감쇠기와 모니터링 탭을 통합하여 시스템에 추가 기능을 갖춘 고성능 및 저비용 모듈을 실현할 수 있습니다. 모든 AWG 장치의 바람직한 특성에는 통과 대역의 낮은 손실, 통과 대역 외부의 높은 손실, 한 채널 및 채널 간 균일한 손실, 편파에 독립적인 동작이 포함됩니다. 낮은 누화는 대역 외 신호가 통과대역 외부의 손실로 나타나는 디멀티플렉서, 한 채널 및 채널 간 균일한 손실 및 편파에 독립적인 동작에서 가장 중요합니다. 낮은 누화는 대역 외 신호가 수신기에서 잡음으로 나타나는 디멀티플렉서에서는 가장 중요하지만 대역 외 신호가 송신기에 존재하지 않는 멀티플렉서에서는 별 문제가 되지 않습니다. 다중화의 경우 레이저 소스의 파장 드리프트를 설명하기 위해 통과대역 내에서 평탄한 응답이 매우 바람직합니다.

 

 

열 및 열 AWGS 비교

 

 

1. 열 및 비열 AWG는 모두 광 네트워크에서 DWDM 및 OADM으로 널리 사용됩니다.

 

2. AWG 응용 기술은 유정 도파관 이론 및 기술을 기반으로 합니다.

 

3. Thermal Key 프로세스는 전기적 제어에 의해 동작 온도를 안정적으로 유지하며, Athermal Key 프로세스는 환경 온도 변화에 따른 미세 기계적 재배열을 통해 안정적으로 기계적 보상을 수행합니다.

 

 

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대량 광섬유 케이블

 

Fiber-Mart 벌크 파이버 케이블

 

OM3, OM4 광섬유, 타이트 버퍼, 실내 및 실외, LSZH, Figure8, ADSS 광섬유 케이블 광섬유 패치 케이블

 

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10G 패치 케이블, 단일 모드, 다중 모드, 기갑, MPO/MTP Turnk 케이블 및 피그테일 광섬유 트랜시버

 

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