提出一个问题往往比解决一个更重要。因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。—爱因斯坦（A.Einstein）

       以阵列波导光栅为基础的平面波导集成电路在光纤通信器件和系统中占有极其重要的地位。

一、AWG星形耦合器

       AWG星形耦合器是一种集成光学结构器件，它是在对称扇形结构的输入和输出波导阵列之间插入一块聚焦平板波导区，即在Si或InP平面波导衬底上制成的自由空间耦合区，它的作用是把连接到任一输入波导的单模光纤的输入光功率辐射进入该区，均匀地分配到每个输出端，让输出波导阵列有效地接收，如图4.2.1所示。

       自由空间区的设计有两种方法，一种是相位中心耦合法，如图4.2.1a所示，输入阵列波导法线方向直接指向输出阵列波导的相位中心P点，而输出波导法线方向直接指向输入波导的相位中心Q点，其目的是为了确保当发射阵列的边缘波导有出射光时，接收阵列的边缘波导能够接收到相同的功率。

图4.2.1采用硅平面波导技术制成的多端星形耦合器和相位中心结构示意图

a）相位中心多端星形耦合器外形图b）光栅圆中心耦合区星形耦合器示意图

       自由空间区的另一种设计方法是光栅圆中心耦合法，如图4.2.1b所示，自由空间区两边的输入/输出波导的位置满足罗兰圆和光栅圆规则，即输入/输出波导的端口以等间距排列在半径为R的光栅圆周上，并对称地分布在聚焦平板波导的两侧，输入波导端面法线方向指向右侧光栅圆的圆心P点；输出波导端面的法线方向指向左侧光栅圆的圆心Q点。两个光栅圆周的圆心Q和P在中心输入/输出波导的端部，并使中心输入和输出波导位于光栅圆与罗兰圆的切点处。

       这种结构的星形耦合器容易制造，适合构成大规模的N×N星形耦合器（输入/输出均有N个端口）

二、AWG工作原理——多波长光经不同路径在终点干涉

       平板AWG器件由N个输入波导、N个输出波导、两个在4.2.1节介绍的N×M平板波导星形耦合器以及一个有M个波导的平板AWG组成，这里M可以等于N，也可以不等于N。N×M平板波导星形耦合器中心耦合区如图4.2.1所示。

        这种光栅相邻波导间具有恒定的路径长度差ΔL，如图4.2.2a所示。

图4.2.2阵列波导光栅（AWG）

a）AWG构成原理图b）表示AWG频谱特性传输函数

       AWG光栅工作原理是基于多个单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。输入光从第一个星形耦合器输入，该耦合器把光功率几乎平均地分配到波导阵列输入端中的每一个波导。由式（6.1.1b）可知，M阵列波导长度L用光在该波导中传输的半波长λ/2n的整数倍m（阶数）表示，即

式中，n是波导的折射率，f=c/λ是光波频率，c是自由空间光速。由此可以得到用波导长度L表示的沿该波导传输的光的频率为

        由于阵列波导中的波导长度互不相等，所以相邻波导光程差引起的相位延迟也不等，由式（2.2.3）可知，其相邻波导间的相位差为

式中，k是传播常数，k=2πn/λ，ΔL是相邻波导间的光程差，通常为几十微米。发生相长干涉时，Δφ=m（2π），由式（4.2.3a）可以得到

从式（4.2.3b）可知，输出端口不同，光程差也不同，输出光的波长也不同，所以AWG可以从波分复用信号中分解出每个波长的信号。