TW201013291A - Adjustable optical-signal delay module and method of same - Google Patents

Description

201013291 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種光訊號延遲模組及方法，特別是一種將光放大器自 行產生的自發性轄射激發逆向迴授回光放大器來改變光放大器之群折射 率’進而達到延遲原輸入光訊號時序的模組及方法。 【先前技術】 光纖通§il (Fiber-optic communication)是種利用光與光纖（0pticai ◎ fiber)傳遞資訊的通訊方式，光經過調變（m〇dulati〇n)後便能攜帶資訊。 自1980年代起，光纖通訊系統在數位時代裡扮演非常重要的角色，因為光 纖通訊具有倾容量大，絲性好料乡優點。而光纖舰主要原理是將 所需傳送之信息在發送端輸入到發送機中，再將信息疊加或調製到作為信 息k號載體的載波上’然後將已調製的載波通過傳輸媒質傳送到遠處的接 收端，由接收機解調出原來的信息。 此外利用一條光纖可以透過調整不同波長同時傳遞好幾組訊號如電 φ 話網際網路，或疋有線電視的訊號。與傳統的銅線相比，光纖的訊號衰 減與遭受干擾的情形亦改善好，制是長距離錢大量傳輸的使用場合 中’光纖的優勢更為明顯。然而，當不同波長的光訊號經耗合均自匯入入 射端後，因為每-條路徑的訊號時序並不一樣，因此不同波長的光訊號在 ㈣^傳播時會造成不同的相位延遲，換言之，接收端可能會接收到超過 自身-次能負载的資料量。所以光纖網路需要使用不同的延遲技術將光訊 號延遲以雜接收端能承魏大的魏流量，避免資料流失。而現有光訊 號延遲技術多為控制光訊號的路徑，藉調整光訊號路徑，達到光訊號延遲 5 201013291 的效果。但此技術最大缺點為需在光纖網路拓撲上預留多個光路徑，與多 個光電開關切換光路徑，或機械控制光路徑，才能達到可調光訊號延遲， 不但所需的空間與成本非常龐大，控制系統亦較複雜。此外在先前文獻H. Su， andS. L. Chuang, Applied Physics Letters, vol. 88, Art. No. 061102, 2006提出-種實驗架構如第i圖所示，利用外部幫浦雷射(p咖p 透 過光迴㈣逆時鐘額注人半諸紋U，#改變幫浦雷射的輸入光功 率大j而達到控制光讯號的延遲時序。然而此種架構需要高功率與高穩 Q 疋性的幫浦雷射，因此所需成本極高。 為了解決上述之問題，本發明提出一種光訊號延遲模組，利用光放大 器自行產生的自發性輻射激發(Amplified Sp〇ntane〇us ㈤），將之 迴授回光放大H ’並且藉偷制迴授光路自發雜射激發光辨而達到可 調延遲時序光訊號，取代以往需要額外的幫浦雷射達到同調居量振盡效 應’造成群折射率改變或改變光訊號傳輸路徑長短以達成光訊號延遲，大 幅節省光纖網路之成本。 ❹ 【發明内容】 本發明之轉目的係在提供—種可調統親賴減雜其係是 一種利用光放大⑽自發雜射紐經過本祕喊成之同調居震盡效應 仃為’造成光放大器之群折射率改變來延遲光訊號，進而取代原本需要額 外幫浦能來__居量震纽航藉由雜光雜來_延遲光訊號 效果，大幅減少光纖網路製造成本。 本發明之延職組主要是由光放大如及光迴授光路驗成^光放大 6 201013291 器除了將所接收之光訊號放大並產生一自發性輕射激發，而光迴授光路係 連接光放大器之兩端出口，負責接收自發性輻射激發並迴授回光放大器， 並藉由控制迴授光路之光功率大小，以改變光放大器之群折射率，進而達 到控制延遲所入射光放大器之光訊號時序。其中光迴授光路可進一步由兩 個三埠光迴旋器（一前置與一後置）、光濾波器以及光衰減器所組成。前置 三庳光迴旋器，其第-槔接收光訊號，並由其第二埠輸出給光放大器而 其第二埠同時亦接收從光放大器所產生之自發性輻射激發並從其第三埠輸 0 出；後置三蟀光迴旋器’其第二埠接收放大後之光訊號，並由其第三埠輸 出；光濾波器’接收由前置三琿光迴旋器第三槔所輸出之自發性輕射激發， 並遽除不需要的光波；絲絲，調整自發絲纖發辨，並將調整與 過渡後的自發性輕射紐傳送給後置三琿光迴旋器第一淳，由後置三璋光 迴旋器第二蟀輸出碰到光放大器以改變光放大器之群折射率，進而實現 可調光訊號延遲模組。 底下藉由具體實關配合所式詳加說明，#更容鎌解本發明 φ 之目的、技術内容、特點及其所達成之功效。 【實施方式】 本發明揭露了-種可調光峨延賴組及方法，制是—種利用光放 衫自產生的自雜輻紐發，讓朗者只_整自發錄射激發迴授 光神大小即可有效_光訊魏遲之，進喊何調光訊號延遲模 組之製造成本。 1917年愛因斯坦提出物質與輻射的作用有三個基本的過程即紐吸 7 201013291 收，自發放射和激發放射三種。激發吸收即一般的收過程，當輻射光含有h #_E2-E1之光子入射處於低能階（基態）為El，而其任一高能階能量為E2 物質時，hy的光子能量將使該原子自E1躍遷至E2。當原子自基能躍遷至 激發態後，有兩個過程使它重返至基態，其一為自發放射，即不須外界的 干擾，過一段時間後，它自行自E2之能階降至E1之能階，並釋放出h/z的 光子能量，此自發放射的方向、相位等是任意的。另一過程為激發放射即 處於激發態之原子，由於受·來光子之撞擊，而由高能階向低能階躍遷。 〇 此時’所產生的光子與外來的光子有相同特微，即它們的頻率、相位、偏 極方向和傳播方向均為-致。換言之，自發性放射(s_a_s emissi〇n) 是種處於激發態電子能階的物質，因自發性發射作用而失去全部或部份多 餘能量，同時它亦是-種隨機過程，所以在不同的激發態分子中，出現放 射現象的瞬間與所產生的光子行徑也會有差異，並進一步產生非同雛 (incoherent)單光輻射線。 本發明之可調光訊號延遲模組及方法，主要係利用光放大器的自發性 ❿ 輻射激發(amPlified Spontaneous Emission )，所於祕中所引起之同調 居量震紐應(⑽）’達成可調光減延韻組。其過程係將-光放大器之 兩端以-光迴授光路連接’再將光放大器所產生之自發性輕射激發以逆時 鐘方向由光迴授光路迴授回光放大器’接下來使用者就可藉由調整該自發 性轄射激發之功率來改變光放大器之群折射率，進而達到藉由控制迴授光 功率大小’實現可調延遲光訊號之效果。 第2圖為本發明之延遲模組架構示意圖，主要包含一光放大器$以及 8 201013291 一光迴授光路’其中光訊號行走路徑以實線來表示，而迴授光路訊號路徑 則以虛線來表示。光放大器4除了將所接收之光訊號放大外，主要是能產 生一自發性輻射激發並由迴授路徑輸出，而光迴授光路係連接光放大器4 之兩端，負責接收自發性輻射激發並迴授到光放大器4以改變光放大器之 群折射率，進而實現可調延遲時序光訊號之延遲模組。在本發明之較佳實 施例之一中，光迴授光路是由兩個三埠光迴旋器（一前置三珲光迴旋器2以 及一後置三埠光迴旋器6)、一光濾波器8以及一光衰減器1〇所組成。三埠 ❹ 光迴旋器（Optical Circulator)如名係為一個三埠的架構，光訊號傳導路 徑在第一槔輸入將在第二埠輸出，在第二埠輸入將在第三埤輸出，形成單 向迴旋性的傳遞作用，因此三埠光迴旋器亦可由多琿光迴旋器或额外光訊 號路徑來取代。本發明光迴授光路中的前置三埠光迴旋器2，其第_埠接收 光訊號，並由其第二埠輸出給光放大器4。後置三埠光迴旋器，其第二埠接 收放大後之光訊號，並由其第三埠輸出。光濾波器8，由前置三埠光迴旋器 2第三物出自發性輻射激發到光濾波n 8並過射需要縣波。最後是光 〇 _器10 ’主要侧來調整自發性輕射激發之轉，由於不_自發性輻 射激發之功率對光放大器群折射率的改變有不同的影響，而群折射率又是 影響光訊號時序之關鍵，因此藉由調整自發性輪射激發之功率可以調整光 滅之延遲時序’讓本發明之光峨延遲模組成為可雛模組。光衰減器 10在調整完自發性韓射激發之功率後會將調整與過遽後的自舰轄射激傳 送給後置三埠光迴旋器6第一埠，由後置三璋光迴旋器6第二缚輸出回光 放大器，並藉由改變光放大器之群折射率來延遲輸入光訊號之時序，進而 201013291 實現可調光訊號延遲模組。 換言之，由於光放大器會產生自發性輻射激發，因此本發明利用光迴 旋器、光濾波器與光衰減器所組成的光迴授系統，取代同調居量振盪 (coherent population oscillations)機制所需之一外部光幫浦訊號 (pump signal)，因此可由控制光衰減器1〇之衰減功率間接達到控制光訊 號延遲的效果。第3圖為本發明之實驗設定示意圖，用以證明本發明之功 效。其中可調雷射光（Tunable Laser)輸出後經過電光調變器 ❷ (Electro-Optic Modulator, Ε0Μ)將雷射光調變為弦波訊號，光訊號輸入 前置三埠光迴旋器2第一埠的位置後，通過第二埠進入半導體光放大器4， 再輸入到後置三埠光迴旋器6第二埠的位置後，通過第三埠將光訊號輸出， 另外光放大器4產生之自發性輻射激發由光迴授系統，再避授輸入到光放 大器4。本發明調整光衰減器1〇，比較當光迴授系統輸入光放大器4之光 功率為-20 dBm(decibel毫瓦mW)與8 dBm時之光訊號延遲變化，第4圖為 示波器所取得之波形圖，可以清楚發現當輸入光放大器4之光功率不同時， 可以達到光訊號延遲的效果。第5圖則是本發明與先前技術（第1圖）利用 外部幫浦雷射之時間延遲與光回授系統功率之關係圖，本發明使用1 GHz 的探測訊號進入半導體光放大器，比較在光迴授系統與外部幫浦雷射下之 光訊號延遲變化，均可達成光時序調整的效果，不但驗證本發明之光訊號 延遲可行性，同時也代表本發明能在不使用額外幫浦雷射或光路徑來達成 光訊號延遲，進而降低光訊號延遲模組之製造成本與拓撲空間。 准以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明 201013291 實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所 為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第1圖為先前技術之架構示意圖。 第2圖為本發明之模組示意圖。 第3圖為本發明之模組實驗示意圖。 第4圖為本發明之實驗結果示意圖。 _ 第5圖為本發明與先前技術功率比較之關係示意圖。 p 【主要元件符號說明】 2 前置三埠光迴旋器 4 光放大器 6 後置三埠光迴旋器 8 光濾波器 10光衰減器

Claims (1)

1. 201013291 十、申請專利範園： 1. 一種可調光訊號延遲模組，包含： -光放大器，接收-輸人光訊號並將之放大，同時產生—自發性轄射激 發；以及 -光迴授光路，連接該級大胃之兩端並職自發性騎雜迴授回該 光放大如改變絲放大n之群折辨，進而延遲雜人統號之時 序。 ❹ 2.如中請專職㈣丨項所述之可觀訊號延遲模組，其巾該光迴授光路 可包含： -前置三崞光迴旋器，該前置三槔光迴旋器第—蟑接收該輸人光訊號， 並由s細置二璋光迴旋||第二琿輸出給該光放大器，而該前置三蜂光 迴旋器第二_時祕收從該光放大騎產生之自發性鋪激發並從 該前置三埠光迴旋器第三埠輸出； -後置三琿光迴旋器’該後置三埠光迴旋器第二琿接收放大後之該輸入 〇 光訊號，並由該後置三埠光迴旋器第三埠輸出； -光濾波H，接收由前置三埠光迴旋H第三4所輸出之自發性輕射激 發，並濾除不需要的光波；以及 -光衰減器，調整該自發性輻射激發之功率，並將調整與過濾後的該自 發性輻射激發傳送給該後置三埠光迴旋器第一埠，由該後置三埠光迴 旋器第二埠輸出廻授回光放大器並改變該光放大器之群折射率，進而 延遲該光訊號。 12 201013291 3. 如申請專利範圍第1項所述之可調光訊號延遲模組，其中該三蜂光迴旋 器亦可由多埠光旋旋器或額外光訊號路徑來取代。 4. 如申請專利範圍第1項所述之可調光訊號延遲模組，其中該光迴授光路 可視為一同調居量振盈機制所需之光幫浦。 5. —種可調光訊號延遲方法’包含： 將一光放大器之兩端以一光迴授光路連接； 將該光放大H所產生之自發純職發以勒方式由該光迴授光路迴授 到該光放大器；以及 藉由調整該自發性姉激發之功率減變光放大器之群折射率，進而延 遲輸入光訊號之時序。 6. 如申請專概_ 5摘述之可調光減延遲方法，其找光迴授光路 可視為-_居量振雜制所需之光幫浦。 ❹ 13