TW201318370A - 接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法 - Google Patents

Abstract

一種接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，係包括下列步驟:A.接受複數條來源端所各自輸入之全頻譜光信號；B.將該複數條來源端所輸入之全頻譜光信號分配於複數條光通道，並沿一傳遞方向各自分別傳遞複數波長之光信號，每一光信號的波長均與最鄰近該波長之光信號之間，彼此相間隔至少一波長單位；C.在每一光通道上配置複數可反射特定波長之可變頻譜元件；D.將任一可變頻譜元件預設或調變至一波長頻率，使光通道上相同於該波長頻率之特定波長之光信號被該可變頻譜元件反射而折返，其餘不同於該波長頻率之光信號則繼續沿該傳遞方向穿透該可變頻譜元件；藉之，可以同時接受複數條來源端所各自輸入之全頻譜光信號並處理，大幅提升光信號之處理效能。

Description

接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法

　　本發明係有關於一種接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，特別是指一種可以接受複數條來源端所各自輸入之全頻譜光信號，並透過複數個可變頻譜元件調變其波長頻率而對該光信號進行處理與利用。

　　如第六圖所示，在光網路的傳遞中，習知具有N個光通道的光信號塞取多工器，係包含有一個1×N解多工器(a)、N個2×2光切換器(b)以及一個N×1多工器(c)。當N個波長的光訊號傳送至1×N解多工器(a)的第一埠(a1)時，將經由1×N解多工器(a)作分波解多工，然後分波傳遞至N個光通道(d)，且每個光波長信號之後會進入一個2×2光切換器(b)來決定此光波長訊號是否要被擷取出。若任一光通道(d)上之光信號(例如波長λ₁的光信號) 經由2×2光切換器(b)擷取出，則之後的波長λ₁就可以載送當地的訊號且加入至光網路中，而加入的訊號可以透過2×2光切換器(b)來完成波長訊號進入該N×1多工器(c)以耦合各波長。然而，若光波長λ₁訊號沒經由2x2光切換器(b)取出，則波長λ₁將直接傳送至Nx1多工器(c)，然後由該N×1多工器(c) 耦合各波長，再由第二埠(c1)輸出。

　　然而，上述的光信號塞取多工器在實施上存有下列缺點:

　　1.上述的光信號傳遞方法只能接受一個光信號來源端的輸入，資訊處理能力明顯不佳。

　　2.經1×N解多工器之分波解多工後，每一光通道上所傳遞之光信號，透過光切換器的切換動作，該光信號將「通過」該光切換器或「切換」至取出埠(drop)，而N條的光通道，僅能接受波長介於λ₁至λ_N的來源光信號，如果來源光信號的波長涵蓋範圍更廣，例如欲處理波長涵蓋λ₁…λ_N、λ_N+1…λ_2N、λ_2N+1…λ_3N之來源光信號，就必須另匹配1x3N解多工器、3Nx1的多工器，與3N個光切換器，其硬體成本相對昂貴。

　　3.欲同時處理多條光信號來源端的輸入時，必須對應配置多組如同上述之光信號塞取多工器，因此建置成本極高，不符經濟效益。

　　本發明主要係為解決傳統光信號塞取多工器的光信號處理方法無法同時處理複數條來源端所各自輸入之全頻譜光信號之問題。

　　本發明係一種接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，包括下列步驟:A. 接受複數條來源端所各自輸入之全頻譜光信號；B.將該複數條來源端所輸入之全頻譜光信號分配於複數條光通道，並沿一傳遞方向各自分別傳遞複數波長之光信號，每一光信號的波長均與最鄰近該波長之光信號之間，彼此相間隔至少一波長單位；C.在每一光通道上配置複數可反射特定波長之可變頻譜元件；D.將任一可變頻譜元件預設或調變至一波長頻率，使光通道上相同於該波長頻率之特定波長之光信號被該可變頻譜元件反射而折返，其餘不同於該波長頻率之光信號則繼續沿該傳遞方向穿透該可變頻譜元件，藉以管理該複數波長之光信號之傳輸。

　　上述接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，其中該複數波長之光信號中之任二相鄰的光信號具有不同的波長λ_A與λ_C，在λ_A與λ_C的波長範圍之間，則間隔至少一波長單位，該λ_A與λ_C之間所間隔的波長區段定義為λ_B，該可變頻譜元件之波長頻率係在下列波長中調變: λ_A、λ_B或λ_C。

　　上述接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，其係進一步擷取D步驟中穿透該可變頻譜元件之光信號供利用。

　　上述之接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，其係進一步擷取D步驟中被該可變頻譜元件反射而折返之光信號供利用。

　　上述之接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，其中該光信號被可變頻譜元件反射處係定義為一反射點，沿著前述傳遞方向在該反射點之後，係另輸入一增補光信號，該增補光信號之波長係與該折返之光信號的波長相同。

　　上述之接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，其係利用一迴光器輸入該增補光信號。

　　上述之接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，其係利用光耦合方式輸入該增補光信號。

　　本發明之優點在於：

　　1.本發明可以同時處理複數條來源端所各自輸入之全頻譜光信號，非常適合大量資訊之傳輸及處理。

　　2.本發明在每一光通道上可以分別傳遞複數波長之光信號，其傳遞及處理光信號的數量均遠勝於傳統光信號塞取多工器。

　　3.本發明在每一光通道上所傳遞之複數波長之光信號，其每一光信號的波長均與最鄰近該波長之光信號之間，彼此相間隔至少一波長單位，利用該相間隔的空缺波長區段，透過可變頻譜元件在該「空缺波長區段」與「非空缺波長區段」之間改變頻譜，便能夠在該複數波長之光信號中任意擷取某特定波長之光信號供利用。

　　4.由於本發明具有同時處理複數條來源端所各自輸入之全頻譜光信號之能力，因此處理大量資訊之傳輸時，其硬體的建置成本極為低廉，經濟效益極高。

　　在本發明之實施例中，將述及一種陣列波導光柵(Array Waveguide Grating，簡稱AWG)，為明示陣列波導光柵之工作原理，在說明本發明實施例之前，先對一種N×N陣列波導光柵之分波工作做一說明。

　　如第四圖所示，N×N陣列波導光柵（9）具有N個第一埠，分別為L1、L2、L3…LN，另具有N個第二埠，分別為R1、R2、R3…RN，每一第二埠R1、R2、R3…RN均連接一光纖(10)。如果每一第一埠L1、L2、L3…LN均接受全頻光信號的輸入，則由第一埠L1所輸入之全頻光信號In1將被N×N陣列波導光柵（9）分波解多工，而分別由第二埠R1、R2、R3…RN輸出λ₁、λ₂、λ₃…λ_N及λ_N+1、λ_N+2、λ_N+3…λ_2N等波長的光信號至光纖(10)，其中分配於第二埠R1之光信號，其波長為λ₁、λ_N+1，分配於第二埠R2之光信號，其波長為λ₂、λ_N+2，分配於第二埠R3之光信號，其波長為λ₃、λ_N+3，以此類推。同樣地，由第一埠L2所輸入之全頻光信號In2將被N×N陣列波導光柵（9）執行分波解多工，而分別由第二埠R1、R2、R3…RN輸出λ₂、λ₃、λ₄…λ_N+1及λ_N+2、λ_N+3、λ_N+4…　λ_2N+1等波長的光信號。同理，由第一埠L3所輸入之全頻光信號In3將被N×N陣列波導光柵（9）執行分波解多工，而分別由第二埠R1、R2、R3…RN輸出λ₃、λ₄、λ₅…　λ_N+2及λ_N+3、λ_N+4、λ_N+5…λ_2N+2等波長的光信號。此即N×N陣列波導光柵（9）之分波解多工原則。該N×N陣列波導光柵（9）的分波解多工原則，如第五圖之矩陣表所示，在該矩陣表中顯示，輸入埠1…N中的每一埠如果均輸入λ₁…λ_N的光信號，則經分波解多工後，輸出埠1…N中的每一埠所分配之波長將如該矩陣表所示。

　　了解上述N×N陣列波導光柵（9）的分波解多工原則後，將續說明本發明之方法，本發明係一種接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，請參閱第一圖，其係包含有下列步驟：

　　步驟A（101）：接受複數條來源端所各自輸入之全頻譜光信號。

　　步驟B（102）：將該複數條來源端所輸入之全頻譜光信號分配於複數條光通道，並沿一傳遞方向各自分別傳遞複數波長之光信號，每一光信號的波長均與最鄰近該波長之光信號之間，彼此相間隔至少一波長單位。

　　步驟C（103）：在每一光通道上配置複數可反射特定波長之可變頻譜元件。

　　步驟D（104）：將任一可變頻譜元件預設或調變至一波長頻率，使光通道上相同於該波長頻率之特定波長之光信號被該可變頻譜元件反射而折返，其餘不同於該波長頻率之光信號則繼續沿該傳遞方向穿透該可變頻譜元件，藉以管理該複數波長之光信號之傳輸。

　　請參閱第二圖，為實現本發明之方法，本發明之較佳實施例包括下列元件：一個N/2×N陣列波導光柵（1）、一個N×N/2陣列波導光柵（2）、N條可調式布雷格光纖光柵(Tunable fiber Bragg grating)（3）、N個迴光器(4)(4A)。其中，N/2×N陣列波導光柵（1）包括有N/2個第一埠，分別為L1、L3、L5、L7…L(N-1)(第二圖中未示出第一埠L5與L7)，也包括有N個第二埠，分別為R1、R2、R3…RN；而N×N/2陣列波導光柵（2）包括有N個第一埠，分別為L1A、L2A、L3A…LNA，也包括有N/2個第二埠，分別為R1A、R3A、R5A、R7A…R(N-1)A(第二圖中未示出第二埠R5A與R7A)；另外，N條可調式布雷格光纖光柵（3），即為前述本發明方法中之光通道及可變頻譜元件，該N條可調式布雷格光纖光柵（3）分別連接於N/2×N陣列波導光柵（1）之N個第二埠R1、R2、R3…RN與N×N/2陣列波導光柵(2)的N個第一埠L1A、L2A、L3A…LNA；而N/2個迴光器(4)分別連接於N/2×N陣列波導光柵（1）的N/2個第一埠L1、L3…L(N-1)，每一迴光器(4)均具有一A埠(41)、B埠(42)與C埠(43)；另外N/2個迴光器(4A)則分別連接N×N/2陣列波導光柵(2)的N/2個第二埠R1A、R3A…R(N-1)A，該每一迴光器(4A)均具有一A埠(41A)、B埠(42A)與C埠(43A)。

　　在第二圖中，所有位於圖式左側的N/2個迴光器(4)的A埠(41)均可接受全頻譜光信號之輸入，其中In1的全頻譜光信號由連接於第一埠L1的迴光器(4)的A埠(41)輸入、In3的全頻譜光信號由連接於第一埠L3的迴光器(4)的A埠(41)輸入，In(N-1)的全頻譜光信號由連接於第一埠L (N-1)的迴光器(4)的A埠(41)輸入。

　　請配合第二圖與第二A圖，In1的全頻譜光信號由迴光器(4)的A埠(41)輸入，然後由該迴光器(4)的B埠(42)傳輸至N/2×N陣列波導光柵（1）的第一埠L1，經分波解多工後，該In1的全頻譜光信號將被分波如下:λ₁波長由第二埠R1輸出、λ₂波長由第二埠R2輸出、λ₃波長由第二埠R3輸出…λ_N波長由第二埠RN輸出，然後λ_N+1波長再由第二埠R1輸出、λ_N+2波長由第二埠R2輸出、λ_N+3波長由第二埠R3輸出…λ_2N波長由第二埠RN輸出，如第二A圖中之虛線方框所示，以此類推。

　　請配合第二圖與第二B圖，In3的全頻譜光信號由迴光器(4)的A埠(41)輸入，然後由該迴光器(4)的B埠(42)傳輸至N/2×N陣列波導光柵（1）的第一埠L3，經分波後，該In3的全頻譜光信號將被分波如下:λ₃波長由第二埠R1輸出、λ₄波長由第二埠R2輸出、λ₅波長由第二埠R3輸出…λ₂波長由第二埠RN輸出，然後λ_N+3波長再由第二埠R1輸出、λ_N+4波長由第二埠R2輸出、λ_N+5波長由第二埠R3輸出…λ_N+2波長由第二埠RN輸出，如第二B圖中之虛線方框所示，以此類推。

　　請參閱第二圖，根據前述之分波原則，連接於第二埠R1與第一埠L1A之間的可調式布雷格光纖光柵（3），將傳遞含有波長λ₁、λ₃、λ_N-1…λ_N+1、λ_N+3、λ_2N-1之光信號；連接於第二埠R2與第一埠L2A之間的可調式布雷格光纖光柵（3），將傳遞含有波長λ₂、λ₄、λ_N…λ_N+2、λ_N+4、λ_2N之光信號；連接於第二埠RN與第一埠LNA之間的可調式布雷格光纖光柵（3），將傳遞含有波長λ_N、λ₂、λ_N-2…λ_2N、λ_N+2、λ_2N-2之光信號。上述之每一可調式布雷格光纖光柵（3）所傳遞之光信號，其每一光信號的波長均與最鄰近該波長之相鄰光信號之間，彼此相間隔至少一波長單位，例如λ₁與最鄰近的光信號λ₃之間，間隔著一個空缺波長λ₂。

　　所有經分波解多工後光信號透過每一條可調式布雷格光纖光柵（3）傳遞至N×N/2陣列波導光柵(2)的第一埠L1A、L2A、L3A…LNA，再經該N×N/2陣列波導光柵(2)耦合多工，然後分別由第二埠R1A、R3A…R(N-1)A傳經迴光器(4A)的B埠(42A)，再由所有迴光器(4A)每一C埠(43A)分別輸出全頻譜的光信號。

　　在第二圖中，以連接於第二埠R1與第一埠L1A之間的可調式布雷格光纖光柵（3）為例，當可調式布雷格光纖光柵（3）之任一光柵(31)的波長被調整為符合上述空缺波長λ₂時，則所有波長有別於λ₂之光信號包括λ₁、λ₃及其他波長光信號將均穿透該光柵(31)而傳遞至第一埠L1A，然後經耦合多工後分別由連接於第二埠R1A、R3A…R(N-1)A之迴光器(4A)的B埠(42A)傳經迴光器(4A)的C埠(43A)輸出，該輸出之光信號在圖中被標示為Out1。

　　以連接於第二埠R1與第一埠L1A之間的可調式布雷格光纖光柵（3）為例，當可調式布雷格光纖光柵（3）之其中一光柵(31)的波長被調整為符合波長λ₁之頻譜時(預設為λ₁或調變為λ₁均可)，則此時波長λ₁之光信號將被該光柵反射而折返，往圖式之左方行進，該波長λ₁之光信號將由第二埠R1經第一埠L1，然後由連接於第一埠L1之迴光器(4)的B埠(42)輸入，再由該迴光器(4)的C埠(43)擷取出，所擷取出的光信號在第二圖中標示為Drop1，至於其餘波長之光信號，例如λ_3、λ₅…則將穿透該光柵(31)而傳遞至第一埠L1A，經分波解多工後傳入所有連接於第二埠R1A、R3A…R(N-1)A之迴光器(4A)的B埠(42A)，再由所有迴光器(4A)的C埠(43A)輸出。

　　以連接於第二埠R1與第一埠L1A之間的可調式布雷格光纖光柵（3）為例，該可調式布雷格光纖光柵（3）之其中一光柵(31)的波長被調整為符合波長λ₁之頻譜時，該光柵(31)之位置可以被定義為一反射點，原來向圖式右方行進之波長λ₁之光信號將在該反射點被反射而向左折返。此時，可由連接於第二埠L1A之迴光器(4A)的A埠(41A)輸入一波長λ₁之增補光信號，該增補光信號在第二圖中標示為Add1，則該波長λ₁之增補光信號將經由迴光器(4A)的B埠(42A)傳經第二埠R1A、第一埠L1A，然後在可調式布雷格光纖光柵（3）上向左行進，最後由上述反射點折返而向右行進。如此，反射點雖有波長λ₁之光信號被折返向左，但藉由增補耦合一波長λ₁之光信號，可使反射點之後的向右方向，仍續傳輸包含該波長λ₁之光信號。

　　除了利用迴光器(4A) 輸入該增補光信號之外，本發明亦可利用其他方式加入該增補光信號，如第三圖所示。在第三圖中，該N/2×N陣列波導光柵（1）、N×N/2陣列波導光柵（2）、N條可調式布雷格光纖光柵（3）之配置與元件符號均與第二圖相同，故不再贅述，且第三圖中同樣有N/2個迴光器(4)分別連接於N/2×N陣列波導光柵（1）的N/2個第一埠L1、L3…L(N-1)，但第三圖之實施例係另外以N/2個光耦合器(4B)分別連接N×N/2陣列波導光柵(2)的N/2個第二埠R1A、R3A…R(N-1)A。藉之，經N×N/2陣列波導光柵（2）耦合多工之光信號將分別由第二埠R1A、R3A…R(N-1)A傳經各光耦合器(4B)，而增補之光信號Add1、Add3…Add(N-1)則透過該光耦合器(4B)執行耦合並輸出，該輸出之光信號在第三圖中分別被標示為Out1、Out3…Out(N-1)。

　　在上述實施例中，本發明以一個N/2×N陣列波導光柵（1）作為所有光通路的前端元件，例如8×16的陣列波導光柵，其具有8個第一埠與16個第二埠，但其他諸如2×4陣列波導光柵、3×8陣列波導光柵、5×16陣列波導光柵等亦皆為本發明可利用之元件。而N×N形式的陣列波導光柵亦為本發明可利用之元件，例如16×16陣列波導光柵，其具有16個第一埠與16個第二埠，只要實施時僅序列為1、3、5、7、9、11、13、15的第一埠接受全頻譜光信號之輸入，或例如序列為1、4、6、9、14的第一埠接受全頻譜光信號之輸入，則亦能達成本發明之功效，該16×16陣列波導光柵接受全頻譜光信號之輸入原則為:供輸入全頻譜光信號之所有第一埠，其彼此之間係至少間隔一個第一埠，且序列為首(即序列為1)之第一埠與序列為末(即序列為16) 之第一埠不得同時作為接受全頻譜光信號之輸入端。

　　上述位於光通路前端的陣列波導光柵(1)具有複數個第一埠L1、L3…L(N-1)，其使本發明之「同時接受複數條通道各自輸入之全頻譜光信號」的要件得以實現；而藉由陣列波導光柵(1)具有分波解多工與耦合多工之特性，亦使本發明「將該複數條來源端所輸入之全頻譜光信號分配於複數條光通道」的要件得以實施；此外，藉由適當設計陣列波導光柵(1)的第一埠，則可以實現「同一光通道上每一光信號的波長均與最鄰近該波長之光信號之間，彼此相間隔至少一波長單位」。但除了陣列波導光柵之外，凡其他得以實施上述要件之等效元件，皆可應用於本發明。此外，本發明以可調式布雷格光纖光柵（3）作為光通道與可變頻譜元件，在本發明中，該可變頻譜元件可由其他可調變波長之光柵或等效元件替換之。

　　綜合上述說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍。

(101)．．．步驟A

(102)．．．步驟B

(103)．．．步驟C

(104)．．．步驟D

(1)．．．N/2×N陣列波導光柵

(2)．．．N×N/2陣列波導光柵

(3)．．．可調式布雷格光纖光柵

(31)．．．光柵

(4)(4A)．．．迴光器

(4B)．．．光耦合器

(41)(41A)．．．A埠

(42)(42A)．．．B埠

(43)(43A)．．．C埠

(9)．．．N×N陣列波導光柵

(10)．．．光纖

(a)．．．1×N解多工器

(b)．．．2×2光切換器

(c)．．．N×1多工器

　　第一圖係為本發明之步驟流程圖。

　　第二圖係為實施本發明之硬體配置示意圖。

　　第二A圖係為實施本發明之硬體配置示意圖，主要用以說明第一埠L1輸入全頻譜光信號後的分波情形。

　　第二B圖係為實施本發明之硬體配置示意圖，主要用以說明第一埠L3輸入全頻譜光信號後的分波情形。

　　第三圖係為實施本發明之硬體配置示意圖，主要用以說明光耦合器之配置情形。

　　第四圖係為一N×N陣列波導光柵（AWG）之分波示意圖。

　　第五圖係為一N×N陣列波導光柵之分波原則矩陣表。

　　第六圖係為習知具有N 個光通道的光信號塞取多工器架構圖。

(101)．．．步驟A

(102)．．．步驟B

(103)．．．步驟C

(104)．．．步驟D

Claims (7)

1. 一種接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，包括下列步驟：
   　　A.接受複數條來源端所各自輸入之全頻譜光信號；
   　　B.將該複數條來源端所輸入之全頻譜光信號分配於複數條光通道，並沿一傳遞方向各自分別傳遞複數波長之光信號，每一光信號的波長均與最鄰近該波長之光信號之間，彼此相間隔至少一波長單位；
   　　C.在每一光通道上配置複數可反射特定波長之可變頻譜元件；
   　　D.將任一可變頻譜元件預設或調變至一波長頻率，使光通道上相同於該波長頻率之特定波長之光信號被該可變頻譜元件反射而折返，其餘不同於該波長頻率之光信號則繼續沿該傳遞方向穿透該可變頻譜元件，藉以管理該複數波長之光信號之傳輸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，其中該複數波長之光信號中之任二相鄰的光信號具有不同的波長λ_A與λ_C，在λ_A與λ_C的波長範圍之間，則間隔至少一波長單位，該λ_A與λ_C之間所間隔的波長區段定義為λ_B，該可變頻譜元件之波長頻率係在下列波長中調變: λ_A、λ_B或λ_C。
3. 如申請專利範圍第1項所述之接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，其係進一步擷取D步驟中穿透該可變頻譜元件之光信號供利用。
4. 如申請專利範圍第1項所述之接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，其係進一步擷取D步驟中被該可變頻譜元件反射而折返之光信號供利用。
5. 如申請專利範圍第4項所述之接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，其中該光信號被可變頻譜元件反射處係定義為一反射點，沿著前述傳遞方向在該反射點之後，係另輸入一增補光信號，該增補光信號之波長係與該折返之光信號的波長相同。
6. 如申請專利範圍第5項所述之接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，其係利用一迴光器輸入該增補光信號。
7. 如申請專利範圍第5項所述之接受複數全頻譜光信號之輸入並處理該光信號之方法，其係利用光耦合方式輸入該增補光信號。