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不同AWG數(shù)值的導(dǎo)線的直徑、面積和重量

上表的尺寸是一百多年前確定的，而隨著技術(shù)發(fā)展，導(dǎo)線性能不斷提高。對(duì)于導(dǎo)線，更重要的是它的性能，特別是以歐姆作為單位的阻抗。所以導(dǎo)線的實(shí)際尺寸可以比規(guī)格實(shí)際稍大或者稍小一些（通常是稍小一些）。

英國和美國使用線號(hào)表示法。線號(hào)又稱線規(guī)(wire gauge), 按0、 1、 2、 3……數(shù)碼順序表示, 數(shù)碼越大, 線材越細(xì)。300年前, 軋制和擠壓尚未誕生, 還是用鍛造制備線坯, 當(dāng)年的測量工具也很粗糙, 在這情況下以拉制的次數(shù)作為線材粗細(xì)的標(biāo)志。每拉一次增加一號(hào), 線坯則為0號(hào)。因?yàn)橛斜姸嘧鞣? 其工藝又各不相同, 于是出現(xiàn)了眾多的線號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。這在貿(mào)易和交流中當(dāng)然是很不方便的, 但又沒有“秦始皇”給他們統(tǒng)一度量。經(jīng)過300年的淘汰, 兼并和變遷, 有的國家就改為直徑計(jì)量, 但英國和美國, 線號(hào)表示法沿用至今。現(xiàn)今常使用的是美國線規(guī)(AWG),伯明翰線規(guī)(BWG)和英帝國標(biāo)準(zhǔn)線規(guī)(SWG)。

AWG（Arrayed Waveguide Grating）

陣列波導(dǎo)光柵

光纖通信

AWG(Arrayed Waveguide Grating)是密集波分復(fù)用系統(tǒng)（DWDM）中的技術(shù)。一組具有相等長度差的陣列波導(dǎo)形成的光柵，使用具有分波的能力。其原理為：含有多個(gè)波長的復(fù)用信號(hào)光經(jīng)中心輸入信道波導(dǎo)輸出后，在輸入平板波導(dǎo)內(nèi)發(fā)生衍射，到達(dá)輸入凹面光柵上進(jìn)行功率分配，并耦合進(jìn)入陣列波導(dǎo)區(qū)。因陣列波導(dǎo)端面位于光柵圓的圓周上，所以衍射光以相同的相位到達(dá)陣列波導(dǎo)端面上。經(jīng)陣列波導(dǎo)傳輸后，因相鄰的陣列波導(dǎo)保持有相同的長度差ΔL，因而在輸出凹面光柵上相鄰陣列波導(dǎo)的某一波長的輸出光具有相同的相位差，對(duì)于不同波長的光此相位差不同，于是不同波長的光在輸出平板波導(dǎo)中發(fā)生衍射并聚焦到不同的輸出信道波導(dǎo)位置，經(jīng)輸出信道波導(dǎo)輸出后完成了波長分配即解復(fù)用功能。這一過程的逆過程，即如果信號(hào)光反向輸入，則完成復(fù)用功能，原理相同。

我們可以簡單地將AWG理解為當(dāng)前飛速發(fā)展的快遞行業(yè)中的包裝運(yùn)輸技術(shù)，在同一個(gè)郵寄地點(diǎn)，當(dāng)快遞員在收取每個(gè)人不同的包裹后，他會(huì)將其整理分類，把寄往同一方向的包裹歸為一類，統(tǒng)一運(yùn)輸?shù)侥康牡兀俜职l(fā)到各個(gè)收件人手中。在運(yùn)輸?shù)倪^程中，我們可能會(huì)對(duì)包裹的大小進(jìn)行細(xì)分以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸空間利用益，如果還有多的空間，在中途也可以接收新的包裹加入進(jìn)來，就是一個(gè)合與分的過程，這便是AWG的基本功能，如同快遞公司可以人為控制哪些包裹在哪個(gè)方向哪個(gè)地點(diǎn)分發(fā)接收一樣。

陣列波導(dǎo)光柵（AWG）是正在迅速發(fā)展的DWDM 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件。1988年，荷蘭Delft大學(xué)的Smit首先提出AWG 的概念。其重要的應(yīng)用價(jià)值引起了NTT公司和Bell實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)的關(guān)注。經(jīng)過十多年的研制開發(fā)，已研制出多種不同的AWG器件，并開始用于DWDM 系統(tǒng)。AWG具有濾波特性和多功能性。可獲得大量的波長和信道數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)十個(gè)至幾百個(gè)波長的復(fù)用和解復(fù)用。利用N×N 的矩陣形式。在N個(gè)波長上可同時(shí)傳輸N 路不同的光信號(hào)，并能靈活地與其它光器件構(gòu)成多功能器件和模塊。此外，AWG還具有高穩(wěn)定性及好的性價(jià)比，非常適合高速大容量的DWDM 系統(tǒng)使用。AWG器件是以光集成技術(shù)為基礎(chǔ)的平面波導(dǎo)型器件，具有平面波導(dǎo)技術(shù)的潛在優(yōu)點(diǎn)，適宜于批量生產(chǎn)，重復(fù)性好，尺寸小，插入損耗均勻性較好，加溫控后熱穩(wěn)定性可達(dá)0.0013 nm/℃，并且可與有源器件集成，組成光電集成電路（OEIC）等，是未來發(fā)展的主流技術(shù)。

目前國內(nèi)外開發(fā)的DWDM技術(shù)主要有3種類型，它們分別基于陣列波導(dǎo)光柵（AWG—Arrayed Waveguide Grating）和介質(zhì)膜濾光片（TFF）以及光纖光柵（FBG）技術(shù)。AWG是一種平面波導(dǎo)器件，是利用PLC技術(shù)在芯片襯底上制作的陣列波導(dǎo)光柵。與FBG和TTF相比，AWG具有集成度高、通道數(shù)目多、插入損耗小、易于批量自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

多通道數(shù)AWG的研制。多通道數(shù)AWG器件的研制充分利用光纖的巨大帶寬，更有效的實(shí)現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)的擴(kuò)容，滿足人們不斷增長的通信需求。

平頂頻譜響應(yīng)的研究。對(duì)于一般的高斯型AWG器件，由于3dB帶寬較小，外界因素（如光源波長漂移、工作溫度漂移等）的影響大大限制了它在WDM系統(tǒng)中的應(yīng)用。平頂型器件具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：允許光信號(hào)的高速調(diào)制；允許光源波長有一些偏移；對(duì)因溫度變化引起的中心波長偏移不敏感；允許因偏振引起的少許波長偏移；允許系統(tǒng)串聯(lián)多個(gè)DWDM或?yàn)V波器等器件而不引起系統(tǒng)性能的顯著下降。已經(jīng)有很多的平頂方法的報(bào)道，比如在器件的輸入端加入特殊結(jié)構(gòu)（MMI結(jié)構(gòu)、Taper結(jié)構(gòu)以及拋物型結(jié)構(gòu)）；采用多個(gè)子光柵設(shè)計(jì)；采用多聚焦成像點(diǎn)設(shè)計(jì)等。

消除偏振相關(guān)性。在AWG器件中，由于TE模式和TM模式的傳播常數(shù)不同會(huì)造成AWG頻譜響應(yīng)的偏振相關(guān)問題，這會(huì)影響器件的性能。相應(yīng)的消除方法有很多，比如在陣列波導(dǎo)的中心區(qū)域插入半波片；在陣列波導(dǎo)區(qū)域(或者自由傳輸區(qū))加入偏振補(bǔ)償區(qū)域；采用應(yīng)力釋放槽設(shè)計(jì)；折射波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及采用雙折射補(bǔ)償層設(shè)計(jì)等方法。

基于AWG的混合集成（Hybrid Integration）、單片集成（Monolithic Integration）多功能器件。在Si基底或者半導(dǎo)體基底材料的基礎(chǔ)上，通過混合集成和單片集成，可以把半導(dǎo)體光放大器（SOA）、光探測器（Photo-detector）等有源器件和AWG集成在一起，擴(kuò)展了AWG的功能。

有機(jī)聚合物（Polymer）AWG。由于聚合物器件比相應(yīng)硅基底器件成本低，其熱光系數(shù)比硅大10倍左右，因此聚合物波導(dǎo)可在更寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)諧，所以聚合物AWG已引起了人們的重視。

AWG的基本功能是波長的合波/分離，可以實(shí)現(xiàn)波長復(fù)用/解復(fù)用、插/分復(fù)用、波長路由等。通過與光開關(guān)結(jié)合，可進(jìn)行波長選擇。AWG也可和多波長激光器一起，組成多波長光源。

①復(fù)用/解復(fù)用器

②波長路由器

③光分插復(fù)用器

④多波長光源

⑤光波長選擇器（OWS）

⑥多波長接收器

⑦多信道均衡器

當(dāng)含有λ1，λ2……λn波長的復(fù)用信號(hào)被耦合到AWG的輸入波導(dǎo)時(shí)，在羅圓周上，復(fù)用的光信號(hào)將在聚焦的輸入平板波導(dǎo)內(nèi)并產(chǎn)生衍射的高斯光束，衍射的高斯光束投射到陣列波導(dǎo)的輸入口。為使陣列波導(dǎo)對(duì)衍射光場有盡可能高的耦合效率，要求陣列波導(dǎo)的數(shù)量必須大于輸人/輸出波導(dǎo)數(shù)N。這意味著陣列波導(dǎo)的數(shù)值孔徑（NA）比輸入/輸出（I/O）波導(dǎo)的數(shù)值孔徑大，而且輸入平板中的衍射光和輸入波導(dǎo)一樣，都會(huì)聚到同一光斑尺時(shí)上，也就是說，把陣列波導(dǎo)和兩個(gè)平板波導(dǎo)組合起來建立1:1圖像格式系統(tǒng)。因此，一個(gè)輸入波導(dǎo)出口處的光場幾乎無失真地傳輸進(jìn)合適的輸出波導(dǎo)。

由于陣列波導(dǎo)間任何兩相鄰波導(dǎo)都有著相等的長度差ΔL，這種結(jié)構(gòu)將使陣列波導(dǎo)中傳輸?shù)膹?fù)用光信號(hào)產(chǎn)生與波長相關(guān)的不同相位差或（不同的相位延遲），其相位延遲等于ΔL/λi，λi為復(fù)用光信號(hào)的波長。所以陣列波導(dǎo)所起的作用和衍射光柵一樣，故把陣列波導(dǎo)稱為AWG，而且AWG的濾波特性比其他濾波器（如介質(zhì)膜干涉濾波器和光纖光柵濾波器）更加，不僅有更寬的濾波帶寬，而且還可得到更加密集的波長間隔，這對(duì)DWDM來說，是十分有利的。

正因?yàn)殛嚵胁▽?dǎo)中相鄰波導(dǎo)間存在著固定的長度差，當(dāng)復(fù)用光信號(hào)在這樣結(jié)構(gòu)的陣列波導(dǎo)中傳播時(shí)，相應(yīng)于ΔL的相位偏移將強(qiáng)加在每個(gè)波導(dǎo)中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，使每個(gè)給定波長的信號(hào)以不同的波前傾斜聚焦在輸出平板波導(dǎo)的焦線上。如果通過設(shè)計(jì)正好把輸出波導(dǎo)的端口定位在輸出平板波導(dǎo)焦線上，則不同波前傾斜的光信號(hào)便耦合到輸出波的不同信道中。當(dāng)復(fù)信號(hào)光從非中心信道波導(dǎo)輸入時(shí)，平板波導(dǎo)內(nèi)的衍射光以傾斜波前耦合進(jìn)入陣列波導(dǎo)，此時(shí)輸出信號(hào)光的波長由輸入/輸出信道波導(dǎo)的位置和波長間隔共同決定。

光柵方程是所有各種光柵器件的最根本的理論基礎(chǔ)，光在各種光柵器件中的傳輸都必須滿足光柵方程。不同結(jié)構(gòu)的光柵器件所滿足的光柵方程在形式上雖然可有不同，但是基本原理都是一樣：光在光柵器件中傳輸時(shí)，只有那些光程彼此相差波長的整數(shù)倍的光才能產(chǎn)生干涉或衍射而得到加強(qiáng)。陣列波導(dǎo)光柵的分光性能類似于普通光柵，但它不同于普通光柵之處在于：普通光柵的光束是在自由空間中傳播的，而AWG中的光束是受波導(dǎo)約束的導(dǎo)波。所以分析和設(shè)計(jì)AWG需用導(dǎo)波光學(xué)和衍射光學(xué)分別處理光束的傳播問題，如條形波導(dǎo)、平面波導(dǎo)的傳播常數(shù)，過渡區(qū)的耦合，串?dāng)_的估算等要用導(dǎo)波光學(xué)，而光束在平板中的遠(yuǎn)場衍射，干涉聚焦等要涉及到衍射光學(xué)。

AWG是個(gè)將平面波導(dǎo)線路（Planar Lightwave Circuit）技術(shù)應(yīng)用于商品化的元件。其做法為在矽晶圓上沉積二氧化矽（SiO2）膜層，再利用微影制程（Photolithography）及反應(yīng)式離子蝕刻法（Reactive Ion Etch）定義出陣列波導(dǎo)及分光元件等，接著在最上層覆以保護(hù)層即可完成。由于AWG使用與一般半導(dǎo)體相同的制程，在多通道數(shù)的制作成本與低通道數(shù)相差不多，但更適合量產(chǎn)，而且整合度（integration）較高，因此在多通道元件及日后發(fā)展上具有相當(dāng)?shù)臐摿Α?/div>AWG線徑對(duì)照表

AWG	外徑		截面積 (mm2)	電阻值 (Ohm/km)	AWG	外徑		截面積 (mm2)	電阻值 (Ohm/km)
	公制mm	英制inch				公制mm	英制inch
4/0	11.68	0.46	107.22	0.17	22	0.643	0.0253	0.3247	54.3
3/0	10.40	0.4096	85.01	0.21	23	0.574	0.0226	0.2588	48.5
2/0	9.27	0.3648	67.43	0.26	24	0.511	0.0201	0.2047	89.4
1/0	8.25	0.3249	53.49	0.33	25	0.44	0.0179	0.1624	79.6
1	7.35	0.2893	42.41	0.42	26	0.404	0.0159	0.1281	143
2	6.54	0.2576	33.62	0.53	27	0.361	0.0142	0.1021	128
3	5.83	0.2294	26.67	0.66	28	0.32	0.0126	0.0804	227
4	5.19	0.2043	21.15	0.84	29	0.287	0.0113	0.0647	289
5	4.62	0.1819	16.77	1.06	30	0.254	0.0100	0.0507	361
6	4.11	0.1620	13.30	1.33	31	0.226	0.0089	0.0401	321
7	3.67	0.1443	10.55	1.68	32	0.203	0.0080	0.0316	583
8	3.26	0.1285	8.37	2.11	33	0.18	0.0071	0.0255	944
9	2.91	0.1144	6.63	2.67	34	0.16	0.0063	0.0201	956
10	2.59	0.1019	5.26	3.36	35	0.142	0.0056	0.0169	1,200
11	2.30	0.0907	4.17	4.24	36	0.127	0.0050	0.0127	1,530
12	2.05	0.0808	3.332	5.31	37	0.114	0.0045	0.0098	1,377
13	1.82	0.0720	2.627	6.69	38	0.102	0.0040	0.0081	2,400
14	1.63	0.0641	2.075	8.45	39	0.089	0.0035	0.0062	2,100
15	1.45	0.0571	1.646	10.6	40	0.079	0.0031	0.0049	4,080
16	1.29	0.0508	1.318	13.5	41	0.071	0.0028	0.0040	3,685
17	1.15	0.0453	1.026	16.3	42	0.064	0.0025	0.0032	6,300
18	1.02	0.0403	0.8107	21.4	43	0.056	0.0022	0.0025	5,544
19	0.912	0.0359	0.5667	26.9	44	0.051	0.0020	0.0020	9,180
20	0.813	0.0320	0.5189	33.9	45	0.046	0.0018	0.0016	10,200
21	0.724	0.0285	0.4116	42.7	46	0.041	0.0016	0.0013	16,300