CN1297090C

CN1297090C - 光切换器及光信号塞取机和光波长信号交换器

Info

Publication number: CN1297090C
Application number: CNB021270813A
Authority: CN
Inventors: 罗裕龙; 陈奇夆
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI; National Cheng Kung University NCKU
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI; National Cheng Kung University NCKU
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2022-07-30
Also published as: CN1472907A

Abstract

本发明涉及一新型光切换器及光信号塞取机和光波长信号交换器，其中该光切换器包括有：数个光纤输入装置；数个光纤输出装置；可切换式反射装置。以微光机电系统或如继电器、步进马达等传统式致动制造技术与光纤光栅技术为基础设计出创新的光通讯被动组件，使光塞取机具重建结构功能，且能够根据网络上每个节点上的需求去变动塞取，因此可以提供在高密度分频多工网络上，能基于最佳交通流量，最有效率的网络利用，增加网络弹性。

Description

光切换器及光信号塞取机和光波长信号交换器

技术领域

本发明涉及光通讯被动组件，特别涉及一种光切换器及光信号塞取机和光波长信号交换器，是在一分频多工(DWDM)环状网络中，一新型光切换器以微光机电系统(MOEMS)或如继电器、步进马达等传统式致动制造技术与光纤光栅(Fiber Bragg Grating)技术为基础设计出创新的，使光塞取机具有重建结构功能，且能够根据网络上每个节点上的需求去变动塞取，因此可以提供在高密度分频多工网络上，能基于最佳交通流量，最有效率的网络利用、增加网络弹性及顾客控制管理。

背景技术

在波长1550nm的区段上，高密度分频多工(DWDM)技术结合掺铒光纤放大器(EDFAS)展现它的品质与长距离传输能力，类似于分频多工网络延伸，扩大了点对点的传输系统及同步光纤网络(SONET)或同步数字阶层(SDH)的环状网络，开启一个在光领域上有效达成网络功能的观念。因此在高密度分频多工网络上，需要有新的光组件来提供分频多工信号在当地的塞取，塞取即加入与取出的操作。

目前最常用的光塞取机是根据其分别在1×N解多工器(Demultiplexer)101与N×1多工器(Multiplexer)103间的2×2光切换器105的切换状态决定对应的频道是否作光信号的塞取，请参阅图1所示的现有技术示意图，此现有技术比较不利的因素为高成本及高串音(Cross talk)及总插入光损失(Insertion loss)很大，需要额外的光纤放大器或半导体放大器补偿其功率损失，但基于最佳交通能量、最有效率的网络利用及弹性，这些不足以应付光塞取机在光纤通讯上日益重要的角色。

从选择波长功能的观点来看，光信号塞取器可分为固定及重建结构两种。一个固定的光信号塞取器只能在每一节点原先的信号模式下加入及取出单一或多个波长信号，因此一个固定模式的光信号塞取器没有任何波长选择的功能。若一个光信号塞取器不具重建功能，当网络发展至较多的分频多工频道时，可能就会被淘汰或被修改。

上述的光塞取机皆应用于单向的环状网络，只能单方向运作，不能负荷网络流量的快速暴增，所以双向光塞取机在双向环状网络中为一个重要组件，而且这些光信号塞取器在分频多工中，取出及加入端都需要额外的解多工器及多工器，才能达成塞取的完整功能。

如图2现有技术的双向光塞取器示意图，其中使用一组六个端口的上光回旋器C1与下光回旋器C2，为了区别方向性，以单号波长第一波长L1、第三波长L3、第五波长L5与双号波长第二波长L2、第四波长L4、第六波长L6来区分光行进方向。以其中上光回旋器中的上光回旋器第二端口C12为输出输入端口，当单号波长经此上光回旋器第二端口C12输入时，光信号会通过上光回旋器第三端口C13的第一波长光栅G201、第三波长光栅G203、第五波长光栅G205的布雷格光栅，然后反射回上光回旋器第四端口C14的第一波长光栅G201与第三波长光栅G203，此时此第五波长L5会穿透布雷格光栅，经由一2×2光交换器210再通往衰减器220，而反射的光信号继续在上光回旋器第五端口C15行进，依此方式，上光回旋器第五端口C15会得到第三波长L3，上光回旋器第六端口C16会得到第一波长L1。依此原理，图2现有技术的双向光塞取器示意图下方的下光回旋器C2的下光回旋器第四端口C24会得到第六波长L6、下光回旋器第五端口C25会得到第四波长L4、下光回旋器第六端口C26会得到第二波长L2。在此架构中，2×2光交换器210使选择波长是否需要被塞取，而加入衰减器220的目的是由于光回旋器中，每由一端口通往另一端口时会有插入损失，因此运用衰减器220来补偿信号间的能量差，然后再经由一耦合器230来结合各波长，并将其放大后通往下一输出端。

光塞取机在分频多工网络上将扮演一个赋予重要连结功能及兼具弹性的新网络组件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光切换器及光信号塞取机和光波长信号交换器，在数据流量快速暴增的环状网络上，以微光机电系统(MOEMS)或如继电器，步进马达等传统式致动制程技术与光纤光栅(Fiber Bragg Grating)技术为基础设计出创新的光通讯被动组件，使光塞取机具重建结构功能，能够根据网络上每个节点上的需求去变动塞取，因此可以提供在高密度分频多工网络上，能基于最佳交通流量，最有效率的网络利用、增加网络弹性及顾客控制管理。

本发明的目的是这样实现的：

本发明公开了一种光切换器，该光切换器包括有：

数个光纤输入装置，该光纤输入装置为光信号输入该光切换器的装置；

数个光纤输出装置，该光纤输出装置为光信号由该光切换器输出的装置；

一可切换式反射装置，该可切换式反射装置包括数个可切换单面镜，其中该数个可切换单面镜位置装设于各该光纤输入端与该光纤输出装置的交会处。

所述的光切换器光切换器的该可切换式反射装置为一有启闭控制的可切换式装置。

所述的光切换器该数个可切换单面镜设置于该光纤输出装置与该光纤输入装置90°角交会处，且与光信号来源成45°角。

所述的光切换器包括四对并列组成的光纤输入装置和光纤输出装置。

所述的光切换器的输出输入装置为连接数个光回旋器与数个可调式光过滤器的一可回复式光信号塞取机，该光回旋器的一端口连接至该光切换器的输出输入装置，该可调式光过滤器设置于各该光纤输出装置连接至该光纤输入装置光信号连接线上。

本发明还公开了一种光信号塞取机，利用光切换器组成可回复式光信号塞取机实现可回复式光信号塞取，该光信号塞取机包括有：

一光切换器，包括有数个光纤输入装置、数个光纤输出装置和可切换式反射装置；该可切换式反射装置还包括数个可切换单面镜，并设置于各该光纤输入装置与该光纤输出装置的交会处；

数个可调式光过滤器，该可调式光过滤器位置装设于各该光纤输出装置连接至该光纤输入装置光信号连接线上；

数个光回旋器，该光回旋器的一端口连接至该光切换器的输出输入装置。

所述的光信号塞取机的该数个可调式光过滤器可通过电压的强度改变而变动其可过滤的光信号波长。

所述的光信号塞取机的该数个可调式光过滤器中包括一校正光信号行进路线的光对准器。

所述的光信号塞取机的该光切换器包括四对并列组成的光纤输入装置和光纤输出装置。

所述的光信号塞取机的该光回旋器包括一第一光回旋器与一第二光回旋器，其中该第一光回旋器的一第一光回旋器第二端口连接至该光切换器的数个光纤输入装置中的第一光纤输入装置，另两端分别为一第一光回旋器第一端口与一第一光回旋器第三端口。

所述的光信号塞取机的该第二光回旋器的一第二光回旋器第二端口连接至该光切换器的数个光纤输入装置中的第四光纤输入装置，另两端分别为一第二光回旋器第一端口与一第二光回旋器第三端口。

本发明还公开了一种光信号塞取机，该光信号塞取机至少包括第一可回复式光信号塞取机、第二可回复式光信号塞取机、第三可回复式光信号塞取机，其中，该第一、第二和第三可回复式光信号塞取机中的每一个皆包括有：

一光切换器，至少包括第一、第二、第三和第四光纤输入装置，第一、第二、第三和第四光纤输出装置和一可切换式反射装置；该可切换式反射装置还包括数个可切换单面镜，并设置于各该光纤输入装置与该光纤输出装置的交会处；

数个可调式光过滤器，设置于各该光纤输出装置连接至该光纤输入装置光信号连接线上；

数个光回旋器，该光回旋器的一端口连接至该光切换器的输出输入装置；

其中由该第一可回复式光信号塞取机的该第四光纤输出装置连接一光路至该第二可回复式光信号塞取机的该第一光纤输入装置，以下连接其它可回复式光信号塞取机的步骤依此类推，至该第三可回复式光信号塞取机的该第四光纤输出装置输出。

本发明还公开了一种光波长信号交换器，连接两个不同网络，包括有：

一可回复式光信号塞取机，且该可回复式光信号塞取机包括该光切换器、数个光回旋器、数个可调式光过滤器，其中：

该光切换器还包括数个光纤输入装置、数个光纤输出装置和一可切换式反射装置；该可切换式反射装置还包括数个可切换单面镜，并设置于各该光纤输入装置与该光纤输出装置的交会处；

该光回旋器一端口连接至该光切换器的输出输入装置；

该可调式光过滤器设置于各该光纤输出装置连接至该光纤输入装置光信号连接线上；

数个独立网络输出端，该独立网络输出端系连接至该2×2光波长信号交换器的光回旋器的一端口；

数个独立网络输入端，该独立网络输出端系连接至该2×2光波长信号交换器的光回旋器的一端口。

所述的光波长信号交换器的该可切换式反射装置为一空间结构、光纤或波导。

有关本发明的详细内容及技术，就配合附图说明如下。

附图说明

图1为现有技术的光塞取机示意图；

图2为现有技术的双向光塞取器示意图；

图3A为本发明实施例光切换器示意图；

图3B为本发明实施例可切换单面镜开启示意图；

图3C为本发明实施例光切换单面镜关闭示意图；

图4为本发明实施例可回复式光信号塞取机示意图；

图5为本发明实施例光信号塞取机示意图；

图6为本发明实施例2×2光波长信号交换器示意图。

图7A为本发明实施例光切换器模块化示意图。

图7B为本发明实施例光切换器模块化连接示意图。

标号说明

101--1×N解多工器；103--N×1多工器；105--2×2光切换器；

G201--第一波长光栅；G203--第三波长光栅；G205--第五波长光栅；

L1--第一波长；L2--第二波长；L3--第三波长；

L4--第四波长；L5--第五波长；L6--第六波长；

210--2×2光交换器；220--衰减器；230--耦合器；

301--第一光纤输入装置；303--第一光纤输出装置；

305--第二光纤输入装置；307--第二光纤输出装置；

309--第三光纤输入装置；311--第三光纤输出装置；

313--第四光纤输入装置；315--第四光纤输出装置；

317--可切换式反射装置；300--光切换器；

400--可回复式光信号塞取机；400a--第一可回复式光信号塞取机；

400b--第二可回复式光信号塞取机；400c--第三可回复式光信号塞取机；

600--光波长信号交换器；601--第一独立网络输出端；

603--第一独立网络输入端；605--第二独立网络输出端；

607--第二独立网络输入端；

71--第一模块；72--第二模块；73--第三模块；74--第四模块；

M1--第一可切换单面镜；M2--第二可切换单面镜；

M3--第三可切换单面镜；

G1--第一可调式光过滤器；G2--第二可调式光过滤器；

G3--第三可调式光过滤器；

C1--上光回旋器；C2--下光回旋器；

C11--上光回旋器第一端口；C12--上光回旋器第二端口；

C13--上光回旋器第三端口；C14--上光回旋器第四端口；

C15--上光回旋器第五端口；C16--上光回旋器第六端口；

C21--下光回旋器第一端口；C22--下光回旋器第二端口；

C23--下光回旋器第三端口；C24--下光回旋器第四端口；

C25--下光回旋器第五端口；C26--下光回旋器第六端口；

C41--第一光回旋器；C42--第二光回旋器；

C411--第一光回旋器第一端口；C412--第一光回旋器第二端口；

C413--第一光回旋器第三端口；C431--第二光回旋器第一端口；

C432--第二光回旋器第二端口；C433--第二光回旋器第三端口；

N1--第一独立网络；N2--第二独立网络。

具体实施方式

如图3A本发明实施例光切换器示意图所示，此光切换器由三组微单面镜组成的可切换式反射装置317与四组光纤输入装置及四组光纤输出装置所组成，且此可切换式反射装置317为一可开关式装置，即其中单面镜为可选择让光反射时的开启状态，如图3B本发明实施例可切换单面镜开启示意图，亦可为让光通过时的关闭状态，如图3C本发明实施例可切换单面镜关闭示意图，其单面镜切换方式并不仅如图3A与图3B所示，亦可为扭转、前后移动等切换方式。另外，在此可切换式反射装置317中，利用一光对准器来校正光信号在此反射装置单面镜组中的行进路线，以确保入射平行光的光行径方向没有偏差，此光对准器可利用微机电方式、透镜组或是光纤来导向光信号实现此光对准器目的与功效。

由数个光波长的光信号经由光切换器的第一光纤输入装置301进入此光切换器，通过此光切换器内部可切换式反射装置317，此反射装置内单面镜组可依照需要不同而调整成开启或关闭的状态，光信号可依其开关状态反射入射的光信号至另一光纤装置，如一光信号由第一光纤输入装置301进入，若第三可切换单面镜M3为开启状态，第二可切换单面镜M2为关闭状态，则此光信号由第三可切换单面镜M3反射且通过第二可切换单面镜M2到达第二光纤输出装置307输出；若此三组可切换单面镜皆为开启状态，则此入射的光信号将由第三可切换单面镜M3反射至第二可切换单面镜M2再反射至第一可切换单面镜M1，最后至第四光纤输出装置315输出。

如图4本发明实施例可回复式光信号塞取机示意图所示，此可回复式光信号塞取机400为一光切换器300与三组可调式光过滤器及两组光回旋器组成，此两组光回旋器分别包括了三个对外的端口，依照光信号波长的不同，配合组成的可调式光过滤器将不同来源的光信号附加另一光信号或抛弃此光信号。一根光纤内同时传送许多不同波长的光，每一个波长承载了不同的信号，如图4实施例可回复式光信号塞取机所示，一光信号由第一光回旋器第一端口C411进入第一光回旋器C41，再由第一光回旋器第二端口C412进入此光切换器300，通过第一光纤输入装置301，再经可切换式反射装置317，依所需条件，经第三可切换式单面镜M3、第二可切换式单面镜M2反射，入射至第一光纤输出装置303，经过第一可调式光过滤器G1波长的筛选，此可调式光过滤器可通过电压的强度改变设定值，也就是其可过滤的光信号波长，藉此功能能有更多筛选波长的选项，此被筛选通过的光波长信号将继续经过第二光纤输入装置305入射通过可切换式反射装置317(如上所述，此时第一可切换单面镜为关闭的状态)，入射至第四光纤输出装置315；同时未被筛选的光波长信号则反射回第一光纤输入装置301进入第一光回旋器C41，由第一光回旋器第三端口C413输出，即完成可回复式光信号塞取机的功效。依此类推，第二可调式光过滤器G2与第三可调式光过滤器G3皆如同第一可调式光过滤器G1的功能，能将经过至光信号，依照波长的不同而筛选通过与反射的波长，而第一光回旋器C41与第二光回旋器C43的皆有导向光信号的功能，如一光信号由第二光回旋器第一端口C431射入，经第二光回旋器C43导向第二光回旋器第二端口C432，而由系统中光切换器300由第二光回旋器第二端口C432进入第二光回旋器C43的光信号，会再导向第二光回旋器第三端口C4333输出。

如图5本发明实施例光信号塞取机示意图所示，此光信号塞取机由数个上述的可回复式光信号塞取机400组成。其中一光信号由第一光回旋器C41的第一光回旋器第二端口C412进入此光信号塞取机的第一可回复式光信号塞取机400a，并与其中第一光纤输入装置301相接，经过此第一可回复式光信号塞取机400a的运作后，由其第四光纤输出装置315输出，而此输出的光信号继续连接至第二可回复式光信号塞取机400b的第一光纤输入装置301，经过此第二可回复式光信号塞取机400b的运作，再由其第四光纤输出装置315输出，如此反复的步骤不在此赘述。接下来连接到最后一第三可回复式光信号塞取机400c的第一光纤输入装置301，再经此第三可回复式光信号塞取机400c后，由其第四光纤输出装置315经第二光回旋器第二端口C432输出至第二光回旋器C43，如此完成此光信号塞取器的动作。

如图6本发明实施例光波长信号交换器示意图所示，此光波长信号交换器600为连接两个独立网络的信号交换装置，利用此组件可以弹性相互传送数据。此光波长信号交换器600由一可回复式光信号塞取机形成一具信号交换功能的光波长信号交换器，其中第一独立网络N1的第一独立网络输出端601连接至此光波长信号交换器的第一光回旋器C41的一端第一光回旋器第一端口C411，另外，第一独立网络N1的第一独立网络输入端603连接至第一光回旋器C41的一端第一光回旋器第三端口C413，而此第一光回旋器C41的一端第一光回旋器第二端口C412连接至此光波长信号交换器600的第一光纤输入装置301，来自第一光回旋器第一端口C411的网络信息由第一光回旋器第二端口C412输出，来自第一光回旋器第二端口C412的网络信息由第一回旋器第三端口C413输出，来自第一光回旋器第三端口C413的网络信息由第一光回旋器第一端口C411输出，第一光纤输入装置301后此2×2光波长信号交换器600的网络信息的传输就不在此赘述。第二独立网络N2的第二独立网络输出端605连接至第二光回旋器C43一端第二光回旋器第一端口C431，而此第二独立网络N2的第二独立网络输入端607连接至第二光回旋器C43的一端第二光回旋器第三端口C433，此第二光回旋器第一端口C431、第二光回旋器第二端口C432与第二光回旋器第三端口C433的运作在此也不再赘述。

以上所述本发明的光信号塞取机(图5)与光波长信号交换器(图6)，其光路设计具有减少光开关致动的数目、可弹性扩充多信道信号、可简化系统架构与可使用标准微光学系统制造方式大量制造等的优点。

本发明又一实施例请参阅图7A光切换器模块化示意图，其中光切换器300中包括三组面镜组的可切换式反射装置，可为三组模块，第一模块71包括第一可切换单面镜M1与光通讯的光纤输出输入装置，第二模块72包括第二可切换单面镜M2与光通讯的光纤输出输入装置，第三模块73包括第三可切换单面镜M3与光通讯的光纤输出输入装置，而第四模块并不包括面镜。其模块的连接与功能请参阅图7B本发明实施例光切换器模块化连接示意图。

如图7B所示，各模块可拆成独立运作的光切换器，一包括数个光波长的光信号由第一光回旋器C41的第一光回旋器第一端口C411进入系统，第三模块73通过第三可切换单面镜M3与连接光纤输出输入装置的第三可调式光过滤器G3依系统需要调整，依照波长的不同而筛选通过与反射的波长，如此串接第二模块72与第一模块71，利用其中所包括的第一可调式光过滤器G1、第二可调式光过滤器G2、第一可切换单面镜M1与第二可切换单面镜M2的作用，作用如上所述本发明图4实施例可回复式光信号塞取机示意图所示，在此不再赘述。在本实施例的应用中，第一模块71、第二模块72与第三模块73为达到光通信的目的，可为一空间结构(space)、光纤或波导的模块，达到本发明光切换器的功效与目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以之限定本发明所实施的范围。凡依本发明所作的等效变化，皆应仍属于本发明所涵盖的范围内。

Claims

1.一种光切换器，其特征在于，该光切换器包括有：

一可切换式反射装置，该可切换式反射装置包括数个可切换单面镜，其中该数个可切换单面镜位置装设于各该光纤输入装置与该光纤输出装置的交会处。

2.如权利要求1所述的光切换器，其特征在于，该光切换器的该可切换式反射装置为一有启闭控制的可切换式装置。

3.如权利要求1所述的光切换器，其特征在于，该光切换器的该数个可切换单面镜设置于该光纤输出装置与该光纤输入装置90°角交会处，且与光信号来源成45°角。

4.如权利要求1所述的光切换器，其特征在于，该光切换器包括四对并列组成的光纤输入装置和光纤输出装置。

5.如权利要求1所述的光切换器，其特征在于，该光切换器的输出输入装置为连接数个光回旋器与数个可调式光过滤器的一可回复式光信号塞取机，该光回旋器的一端口连接至该光切换器的输出输入装置，该可调式光过滤器设置于各该光纤输出装置连接至该光纤输入装置光信号连接线上。

6.一种光信号塞取机，其特征在于，利用光切换器组成可回复式光信号塞取机实现可回复式光信号塞取，该光信号塞取机包括有：

一光切换器，包括数个光纤输入装置、数个光纤输出装置和一可切换式反射装置；该可切换式反射装置还包括数个可切换单面镜，并设置于各该光纤输入装置与该光纤输出装置的交会处；

7.如权利要求6所述的光信号塞取机，其特征在于，该数个可调式光过滤器可通过电压的强度改变而变动其可过滤的光信号波长。

8.如权利要求6所述的光信号塞取机，其特征在于，该数个可调式光过滤器中包括一校正光信号行进路线的光对准器。

9.如权利要求6所述的光信号塞取机，其特征在于，该光切换器包括四对并列组成的光纤输入装置和光纤输出装置。

10.如权利要求6所述的光信号塞取机，其特征在于，该光回旋器包括一第一光回旋器与一第二光回旋器，其中该第一光回旋器的一第一光回旋器第二端口连接至该光切换器的数个光纤输入装置中的第一光纤输入装置，另两端分别为一第一光回旋器第一端口与一第一光回旋器第三端口。

11.如权利要求10所述的光信号塞取机，其特征在于，该第二光回旋器的一第二光回旋器第二端口连接至该光切换器的数个光纤输入装置中的第四光纤输入装置，另两端分别为一第二光回旋器第一端口与一第二光回旋器第三端口。

12.一种光信号塞取机，其特征在于：

该光信号塞取机至少包括第一可回复式光信号塞取机、第二可回复式光信号塞取机、第三可回复式光信号塞取机，其中，该第一、第二和第三可回复式光信号塞取机中的每一个皆包括有：

13.一种光波长信号交换器，连接两个不同网络，其特征在于，组成包括有：

该光回旋器一端口连接至该光切换器的输出输入装置；

数个独立网络输出端，该独立网络输出端连接至该光波长信号交换器的光回旋器的一端口；

数个独立网络输入端，该独立网络输出端连接至该光波长信号交换器的光回旋器的一端口。

14.如权利要求13所述的光波长信号交换器，其特征在于，该可切换式反射装置为一空间结构、光纤或波导。