随着通信业务的发展和传输容量的激增，密集波分复用系统（DWDM）越来越受到人们的重视。早期应用于北美骨干网络的DWDM，现在已经迅速的推进到全世界，而且广泛应用到了城域网之中。DWDM的通信信道已由原来的16、32，发展到40甚至更多。目前国内外开发的DWDM技术主要有三种类型，他们分别基于阵列波导光栅（AWG—Arrayed Waveguide Grating）和介质膜滤光片（TFF）以及光纤光栅（FBG）技术。AWG是一种平面波导器件，是利用PLC技术在芯片衬底上制作的阵列波导光栅。与FBG和TTF相比，AWG具有集成度高、通道数目多、插入损耗小，易于批量自动化生产等优点。但是，由于传统的硅基AWG芯片对温度比较敏感（中心波长随温度的漂移为0.011 nm/℃），因此对传统的热敏感AWG（Thermal AWG）需要使用温度控制器和温度控制电路来稳定中心输出波长，相应增加了AWG的成本、尺寸以及限制了它的应用范围。因而省略温度控制器和控制电路，研发出一种热不敏感AWG（Athermal AWG）势在必行。目前，国外许多大公司研发了热不敏感AWG芯片并能够提供商品化的产品，如NEL、Hitachi Cable、Gemfire、NEC、Furukawa、Bookham、Lightwave、Ignis等。该硅基热不敏感AWG芯片的中心波长随温度的漂移小于0.004 nm/℃。
1. AWG工作原理fHe光波通信
AWG的结构如图1所示。它由三部分组成，即输入/输出（I/O）波导、两个平板（slab）波导和阵列波导。I/O波导和阵列波导通过平板波导连接。阵列波导的两端以等间距排列在光栅圆周上并正对光栅的圆心，阵列波导的中心位于光栅圆与罗兰圆的切点处。fHe光波通信
当AWG作解复用器时的工作原理为：由复合波长λl、λ2……λn组成的信号光耦合到输入波导的中心波导上并在输入平板波导内产生衍射，衍射的高斯光束耦合到阵列波导中。由于相邻的阵列波导以相同长度差排列，于是不同波长的光波产生了不同的光程差，这样经过阵列波导传输后就被聚焦在不同的输出波导位置，完成了解复用的功能。当AWG作复用器时，原理与之相反。fHe光波通信
其中，AWG中心波长满足的方程为：fHe光波通信
……………… （1）
中心波长随温度的变化为：fHe光波通信
……（2）fHe光波通信
上式 为阵列波导的有效折射率， 为相邻阵列波导的长度差， 为波导材料的热光效应， 为AWG称底的热膨胀系数。
2. 热不敏感AWG的实现原理fHe光波通信
在上述方程（2）中，要使AWG的中心波长漂移变为0，实现热不敏感AWG的功能，就要方程（2）中的右边项变为0。由于现在使用的AWG衬底材料为硅，其热膨胀系数为正值，因此需要利用负的热光效应材料或其他方法来进行温度补偿。
3. 热不敏感AWG的实现方法fHe光波通信
与传统的热敏感AWG相比，并结合目前国内外的研究成果，实现热不敏感AWG的方法主要有：（1）波导嵌入补偿型，（2）热膨胀移动输出波导位置，（3）热膨胀移动输入波导位置，（4）负热光系数波导材料温度补偿，（5）双金属片应力补偿。
3.1 波导嵌入补偿型
fHe光波通信
刻三角形槽实现热不敏感AWGfHe光波通信
fHe光波通信
如图2所示，波导嵌入补偿是在阵列波导中刻出三角形的槽，然后在槽中填充具有较大负热光系数的硅酮胶（聚合物），选择合适的三角形尺寸，可以使中心波长在0-85℃内的漂移从0.95 nm减小到0.05 nm。此种方法也是目前国内外各个大公司所采用的技术，它具有制作简单，相对容差比较大等优点。fHe光波通信
3.2 热膨胀移动输出波导位置fHe光波通信
如图3所示，剪断输出波导和平板波导，并利用铜片或铝片来改变输出波导。当AWG的工作温度发生变化时，导致中心输出波长发生漂移，设计合理的铜片或铝片的长度，利用它的热膨胀效应移动输出波导，也就是改变输出波导的位置使之正对中心波长的输出，实现中心波长的零漂移。fHe光波通信
fHe光波通信
利用热膨胀移动输出波导位置实现出现不敏感AWG.
3.3 热膨胀移动输入波导位置fHe光波通信
如图4所示，在输入波导和平板波导间采用可移动的杆来连接,利用热膨胀效应改变输入光波导与平板端面的位置，补偿原理与3.2相似。fHe光波通信
3.4 负热光系数波导材料温度补偿fHe光波通信
采用负热光系数波导材料进行中心波长的温度补偿是比较简单可行的方法，如图5所示。目前研究较多的是混合型波导结构。这种混合结构的AWG和通常的AWG相比只是其上包层由负热光系数的聚合物旋涂而成。通过选择合适的聚合物材料的负热光系数来抵消衬底温度变化对中心波长的影响，实现AWG的热不敏感性。fHe光波通信
fHe光波通信
热膨胀移动输出波导位置fHe光波通信
fHe光波通信
3.5 双金属片应力补偿fHe光波通信
fHe光波通信
fHe光波通信
如图6所示，在AWG的背面加上双金属片进行应力补偿。双金属片由膨胀系数较小的材料如不胀钢（Invar）和膨胀系数较大的材料如铝（Al）组成，将膨胀系数较大的一面粘附在硅衬底背面。热膨胀作用将在x方向产生应力和应变，导致neff变化，从而实现中心波长随温度漂移的补偿。
结束语fHe光波通信
高速、大容量光纤通信的迅速发展对DWDM的需求迅速增加。AWG作为小型化、可集成的波分复用器件，其性能不断得到改善，并日趋成熟。而且AWG中心波长对温度敏感的问题已经有上面介绍的几种技术加以解决，并且现在商品化了的热不敏感AWG已经有售。因此，经过热不敏感AWG技术的更加完善和制作工艺的更加成熟，在未来几年中热不敏感AWG将因其独特的优势得到广泛的应用。
