TW202138857A - 複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組 - Google Patents

Abstract

一種複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組，包含了m組光信號產生器、一個分波多工器、n條單模光纖，及n個解光多工器，每一光信號生產器個別產生m種不同波長的訊號光，分波多工器調整進入的m×n道訊號光成n道個別來自不同光信號產生器的包含m種波長的訊號輸出光後，再藉由n條單模光纖傳輸至n個解光多工器，每個解光多工器再分離出包括m道不同波長的訊號光，本發明提供一新型態的光傳輸模組，能使將來自不同光信號產生器輸出的多種訊號光個別匯入單一光纖中傳輸後再解出多種訊號光，而有效提升整體光傳輸的方式與訊號量。

Description

複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組

本發明是有關於一種光學系統，特別是指一種包含光導和耦合器並能傳輸多種波長訊號的光傳輸模組。

參閱圖1，以光訊號作為傳輸訊號的光通訊技術是目前通訊市場上的主流技術，目前，用於傳輸多種訊號的光通訊分波多工器系統1(Wavelength Division Multiplexer，WDM)包含一個光源產生器11、一與該光源產生器11連接的光多工器12、一單模光纖13，及一解光多工器14，該單模光纖13的兩端分別連接該光多工器12與該解光多工器14。

該光源產生器11包括一用於產生一具有預定波長的基礎光的光產生元件111，及一與該光產生元件111光連接的光調制單元112，該光調制單元112調變該基礎光成n道個別具有預定波長λ_n 的訊號光，以不同波長λ_n 的光搭載輸出信號；該光多工器12將n道個別具有預定波長λ_n 的訊號光耦合成一道包括有多種波長λ₁ 、λ₂ 、……、λ_n 的訊號輸出光；該光多工器12將n道個別具有預定波長λ_n 的訊號光耦合成一道包括有多種波長λ₁ 、λ₂ 、……、λ_n 的訊號輸出光；訊號輸出光經該單模光纖13的傳輸後，該解光多工器14將訊號輸出光依波長還原成分別對應原n道個別具有預定波長λ_n 的訊號光的還原訊號光λn’，最終，由還原的訊號光的波長λ1’、λ2’、…..、λn-1’、λn’得到輸出信號。

上述的光通訊分波多工系1統確實能藉由該光多工器12、該解光多工器14以透過單一條單模光纖13同時傳遞多種訊號，但，因為其設計原理是在於「一對一」，也就是藉由一個光源產生器11產生n道個別具有預定波長λ_n 的訊號光後，再經由該光多工器12、該解光多工器14的工作，得到分別搭載於波長λ₁ 、λ₂ 、……、λ_n 的訊號輸出光的輸出訊號，也因此，當欲從不同光源產生器11傳輸訊號時，僅能再藉由多設置光纖將來自另一光源產生器產生11的訊號設法再導入原本的解光多工器14令其還原而得到欲傳輸之訊號，而如此一來，整個系統的架設會更形複雜、且建構成本也會大幅增加。此外，目前的光通訊分波多工系統1也存在當光源產生器11的數量多時，無法將個別光源產生器11所產生的指定波長的訊號光以單一光多工器12耦合後、再以單一光纖傳輸、該解光多工器14再還原出輸出信號的困擾。

因此，如何設計新型態的光傳輸模組，以解決「一對一」之設計原理的困擾，為本領域的研究重點之一。

因此，本發明的目的，即在提供一種複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組，用以自多數產生端產生的不同光信號傳輸至預定地接收端後再還原得到欲傳遞的信號，以改善現行光傳輸系統地架設問題與光傳輸容量。

於是，本發明一種複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組，包含m組光信號產生器、一個分波多工器、n條單模光纖，及n個解光多工器。

每組光信號產生器個別包括一用於產生一具有預定波長的基礎光的光產生元件，及一與該光產生元件光連接的光調制單元，該光調制單元將該基礎光分成n道訊號光後向外輸出，其中，m、n是不小於2的整數。

該分波多工器與該m組光信號產生器光連接，包括m×n個輸入端、n個輸出端，及一光連接該等輸入端與輸出端的分波多工單元，該m×n個輸入端分別對應供每一組光信號產生器分出的n道訊號光進入，該分波多工單元調整每一光調制單元的其中一道訊號光成一道包含m種波長的訊號光的訊號輸出光後自其中一個輸出端向外輸出。

每一單模光纖的一端光連接該n個輸出端的其中一個。

每一解光多工器光連接該n條單模光纖的其中一條的另一端，用於接收所光連接的該條單模光纖傳輸的訊號輸出光後，將該訊號輸出光解構成m道分別對應於該m種基礎光的訊號光。

本發明的功效在於：提供一種全新的光傳輸模組，主要透過該分波多工單元將自其中一基礎光所分出的n道訊號光個別地分配至該n個輸出端，使每一該輸出端皆收到m道個別來自不同光信號產生器的其中一道訊號光，再透過該解光多工器還原出訊號輸出光的m種不同波長的訊號，以改善系統架構的複雜度，並同時提升了光傳輸模組的容量。

參閱圖2，本發明複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組的一實施例，包含m組光信號產生器2、一個分波多工器3、n條單模光纖4，及n個解光多工器5，其中，m、n分別是不小於2的整數。

每一光信號產生器2包括一光產生元件21，及一與該光產生元件21連接的光調制單元22，該光產生元件21用以產生一特定波長的基礎光，任一光產生元件21產生的基礎光與其他光產生元件21所產生的基礎光相異，該光調制單元22具有一分光元件221，及一光調制元件222，該分光元件221將該光產生元件21所產生的基礎光分成n道訊號光，該光調制元件222對該n道訊號光進行訊號調變。為清楚說明起見，該m組光信號產生器2分別以第一光信號產生器、第二光信號產生器、……、第m-1光信號產生器、第m光信號產生器命名表示以作區別；該些光信號產生器2的光產生元件21產生的基礎光分別以第一基礎光λ₁ 、第二基礎光λ₂ 、……、第m-1基礎光λ_m-1 、第m基礎光λ_m 表示；該些基礎光再經過該光調製元件調變後的該等訊號光以波長λ_mn 的形式表達，例如：該第一光信號產生器的光調制單元22將第一基礎光λ1分成n道波長分別為λ₁₁ 、λ₁₂ 、……、λ_1(n-1) 、λ_1n 的訊號光，該第m基礎光λ_m 分成n道波長分別為λ_m1 、λ_m2 、……、λ_{m (n-1)} 、λ_mn 的訊號光，且，自基礎光所分成的訊號光的波長不一定與原基礎光的波長相等，例如第一基礎光λ₁ 所分出訊號光的其波長λ₁₁ 、λ₁₂ 、……、λ_1n 不一定必須等於λ₁ 。

該分波多工器3包括m×n個輸入端31、n個輸出端33，及一光連接該等輸入端31與該等輸出端33的分波多工單元32，該m×n個輸入端31連接該m組光信號產生器2的該光調制元件222，供透過經每一該分光調制單元22分光並調變而成的該m×n道訊號光λ₁₁ 、λ₁₂ 、……、λ_{m (n-1)} 、λ_mn 進入該分波多工單元32。

在本實施例中，該分波多工單元32具有兩個平板波導，及一組光連接於該二平板波導之間的通道波導，圖未示出，該二個平板波導彼此幾何結構對稱，該等λ₁₁ 、λ₁₂ 、……、λ_{m (n-1)} 、λ_mn 訊號光個別經該m×n輸入端31進入該其中一平板波導時，依色散原理均勻且等相位地散開並進入該等通道波導中，並在不同的通道波導行進過程中使來自同一基礎光所分成的該n道訊號光之間產生預定光程差，其中，光程差滿足

，其中，

為自由光譜範圍，c 為光速，

為光程差。

以由第一基礎光λ₁ 分出的n道訊號光λ₁₁ 、λ₁₂ 、……、λ_1n 為例，該n道訊號光λ₁₁ 、λ₁₂ 、……、λ_1n 自其中n個輸入端31進入該平板波導後，透過該通道波導在彼此之間產生光程差，隨後該n道產生光程差的訊號光進入另一平板波導中，基於波的多狹縫原理干涉，使該等訊號光λ₁₁ 、λ₁₂ 、……、λ_1n 各自分別在該n個輸出端33的位置得到最大的建設性干涉，亦即，該n道訊號光λ₁₁ 、λ₁₂ 、……、λ_1n 分別對應匯聚在該n個輸出端33，由每一輸出端33進入其中一道來自第一基礎光λ₁ 所分出的訊號光；其中，該n道訊號光各自匯聚在該輸出端33的過程滿足

，

為訊號光的自由光譜範圍，

為輸出端33的數量，

為該輸出端33之間的距離，因此，由該第一基礎光λ₁ 透過該第一信號生產器的光調制單元22所分成的該n道λ₁₁ 、λ₁₂ 、……、λ_1n 訊號光各自分配至其中一輸出端33。類似地，其他基礎光所分出的n道訊號光各自對應匯聚其中一道至每一輸出端33中，例如第m基礎光所分成的n道訊號光λ_m1 、λ_m2 、……、λ_{m (n-1)} 、λ_mn 透過該分波多工單元32而進入其中一輸出端33，因此，在每一輸出端33匯聚m道訊號光，且該m道訊號光分別來自每一個光信號產生器2所分出的其中一道訊號光。

每一該輸出端33將匯聚的m道訊號光形成一道訊號輸出光，該n道訊號輸出光分別以第一訊號輸出光、第二訊號輸出光、……、第n-1訊號輸出光、第n訊號輸出光表示，例如，該第一訊號輸出光由m道分別來自不同光信號產生器2產生的訊號光λ₁₁ 、λ₂₁ 、……、λ_(m-1)1 、λ_m1 組成，第n訊號輸出光則是由m道來自不同光信號產生器2產生的訊號光λ_1n 、λ_2n 、……、λ_(m-1)n 、λ_mn 組成。

每一單模光纖4的其中一端連接其中一輸出端33，用於將具有m種波長訊號光的訊號輸出光傳輸至該其中一解光多工器5，隨後該解光多工器5將該訊號輸出光解構成m道分解訊號光；即，當由m種不同波長且分別來自不同光信號產生器2所產生的訊號光所組成的訊號輸出光通過該解光多工器5時，因不同波長的訊號光之間產生光程差而分解成m道分解訊號光λmn，在本例中，該解光多工器5是陣列波導光柵，當具有m道不同波長訊號光的訊號輸出光通過該解光多工器2，不同波長的訊號光之間因行進路程的差異而生相位差，使具有不同波長的訊號輸出光解構出m道分解訊號光，例如，該第一訊號輸出光由m道來自不同光信號產生器2產生的訊號光λ₁₁ 、λ₂₁ 、……、λ_(m-1)1 、λ_m1 組成，當該解光多工器5接收到該第一訊號輸出光時，不同波長的訊號光λ₁₁ 、λ₂₁ 、……、λ_(m-1)1 、λ_m1 通過該解光多工器5後彼此之間產生相位差，因此，該第一訊號輸出光分解成m道分解訊號光λ_11’ 、λ_21’ 、……、λ_m1’ ，該m道訊號分解光各自對應每一光信號產生器2所產生的訊號光λ₁₁ 、λ₂₁ 、……、λ_(m-1)1 、λ_m1 。

以上述本發明的實施例傳輸信號時，第一光信號產生器、第二光信號產生器、……、第m-1光信號產生器、第m光信號產生器分別產生第一基礎光λ₁ 、第二基礎光λ₂ 、……、第m-1基礎光λ_m-1 、第m基礎光λ_m ，該些基礎光再分別經過該光調制單元22分光並調變成n道用於搭仔不同信號的訊號光，隨後該m組光信號產生器2所產生共m×n道訊號光各自經由其中一該輸入端進入該分波多工單元32中；該m×n道訊號光在分波多工單元32中先被等相位地色散，並因行徑路程不同而產生光程差後，隨之再個別的匯聚在每一該輸出端33，即，來自第一光信號產生器的n道訊號光λ₁₁ 、λ₁₂ 、……、λ_1(n-1) 、λ_1n 通過該分光多工單元分別對應匯聚在每一輸出端33，來自第m光信號產生器的n道訊號光λ_m1 、λ_m2 、……、λ_{m (n-1)} 、λ_mn ，類似地，經由該分波多工32單元分別匯聚在每一輸出端33，因此，每一該輸出端33分別匯聚來自m道分別來自不同的光信號產生器2所產生的其中一道訊號光並合成一道訊號輸出光；之後，再通過該單模光纖4的傳輸，與其中一解光多工器5的還原，而解構得到分別對應來自每一光信號產生器2的其中一道訊號光。

由此，本發明提供一種新型態的光通訊系統，透過該分波多工器3分配使每一該解光多工器5皆能自單一條單模光纖4接收到具有m道分別由不同光信號產生器2產生的訊號光所組成的訊號輸出光，進而還原得到m道分解訊號光，而從中取得欲傳輸的信號。

另外，要特別說明的是，上述實施例中，該光信號產生器2可以是由n道發出相同波長的雷射二極體組成的雷射陣列，由該等雷射二極體發出波長一致的光，並減去分光及訊號調變的過程，進而達到簡化元件使用數量、並減少光損耗的發生。

以下以四組光信號產生器2、一個分波多工器3、四條單模光纖4，及四個解光多工器5組成的系統做驗證。

參閱圖3、圖4，該四組光信號產生器2的光產生元件21個別產生波長分別為1270nm、1290nm、1310nm及1330nm的基礎光I、II、III、IV，之後再經過該光調制單元22再分成四道訊號光，亦即共十六道訊號光。

該分波多工器3包括十六個輸入端31和四個分別連接該四條單模光纖4的輸出端33。該十六道訊號光依序自該十六個輸入端31進入後經過產生光程差和再被匯聚，而由該四個輸出端33進入該四單模光纖4中被傳輸，其中，依序定義四條單模光纖4中被傳輸的光為第一訊號輸出光I、第二訊號輸出光II、第三訊號輸出光III及第四訊號輸出光IV。

該四個解光多工器5分別與四條單模光纖4光連接，並依序命名為第一解光多工器、第二解光多工器、第三解光多工器、第四解光多工器；第一訊號輸出光I、第二訊號輸出光II、第三訊號輸出光III，及第四訊號輸出光IV對應進入第一解光多工器、第二解光多工器、第三解光多工器、第四解光多工器後被還原得到成四道分解訊號光。

參閱圖4，該四道分解訊號光依序對應第一訊號輸出光I、第二訊號輸出光II、第三訊號輸出光III，及第四訊號輸出光IV，且，對應第一訊號輸出光I的分解訊號光共有四種波長，分別是1270nm、1290nm、1310nm，及1330nm，同樣地，對應該第二訊號輸出光II、該第三訊號輸出光III，及該第四訊號輸出光IV的分解訊號光皆各自有1270nm、1290nm、1310nm，及1330nm的光，證明該四組光信號產生器2的十六道光，經過分波多工器3後被個別匯聚由四個輸出端33向外輸出，進而於每個解光多工器5均還原得到分別來該四組光信號產生器2的波長分別為1270nm、1290nm、1310nm，及1330nm的光。

綜上所述，本發明複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組，由m組光信號產生器2產生m道基礎光，再透過光調制單元22分成m×n道訊號光，隨後藉由該分波多工器3將m×n道訊號光分配並合成n道訊號輸出光，且每一該訊號輸出光由m道分別來自不同光信號產生器2產生的訊號光組成，最後經由該解光多工器5分離出原始光信號；本發明能使數個接收端皆能收到不同波長且來自不同發射端的訊號光，相較於習知技術，需架設相同數量的光通訊分波多工器系統才能達到與本實施例相同之效果，本發明以更加簡化的配置，進而在相同的空間中提升光傳輸的容量，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

2:光信號產生器 21:光產生元件 22:光調制單元 221:分光元件 222:光調制元件 3:分波多工器 31:輸入端 32:分波多工單元 22:輸出端 4:單模光纖 5:解光多工器

本發明的其它特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一示意圖，說明習知用於傳輸多種訊號的光通訊的分波多工器系統； 圖2是一示意圖，說明本發明複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組的一實施例； 圖3是一示意圖，說明該實施例的實驗中，四組光信號產生器產生四道基礎光再調變成的十六道訊號光的波長；及 圖4是一光譜圖，說明該實施例的實驗中，四個解光多工器個別解構還原得到的光所包含的波長。

2:光信號產生器

21:光產生元件

22:光調制單元

221:分光元件

222:光調制元件

3:分波多工器

31:輸入端

32:分波多工單元

22:輸出端

4:單模光纖

5:解光多工器

Claims (5)

1. 一種複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組，包含： m組光信號產生器，每組光信號產生器個別包括一用於產生一具有預定波長的基礎光的光產生元件，及一與該光產生元件光連接的光調制單元，該光調制單元將該基礎光分成n道訊號光後向外輸出，其中，m、n是不小於2的整數； 一個分波多工器，與該m組光信號產生器光連接並包括m×n個輸入端、n個輸出端，及一光連接該等輸入端與輸出端的分波多工單元，該m×n個輸入端分別對應供每一組光信號產生器分出的n道訊號光進入，該分波多工單元調整每一光調制單元的其中一道訊號光成一道包含m種波長的訊號光的訊號輸出光後自其中一個輸出端向外輸出； n條單模光纖，每一單模光纖的一端光連接該n個輸出端的其中一個；及 n個解光多工器，每一解光多工器光連接該n條單模光纖的其中一條的另一端，用於接收所光連接的該條單模光纖傳輸的訊號輸出光後，將該訊號輸出光解構成m道分別對應於該m種基礎光的訊號光。如請求項1所述複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組，其中，該光調制單元具有一光連接該光產生元件的分光元件，及一光連接該分光元件的光調制元件，該分光元件用於將該基礎光分成n道訊號光，該光調制元件調變該等已分光的訊號光。
2. 如請求項1所述複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組，其中，該光調制單元具有一光連接該光產生元件的分光元件，及一光連接該分光元件的光調制元件，該分光元件用於將該基礎光分成n道訊號光，該光調制元件調變該等已分光的訊號光。
3. 如請求項1所述複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組，其中，該分波多工單元以平板波導令進入的該m×n道訊號光產生預定光程差，而使該m×n道訊號光的波前因光程改變而改變後，再令該m×n道訊號光以平板波導匯聚成n道分別包含m種波長的訊號光的訊號輸出光個別進入該n個輸出端。
4. 如請求項3所述複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組，其中，該m×n道訊號光產生的預定光程差滿足

   

   ，

   

   為訊號光的自由光譜範圍，c為光速，

   

   為光程差。
5. 如請求項4所述複合式多光纖多波長之大容量光傳輸模組，其中，該m×n道訊號匯聚成n道訊號輸出光個別進入該n個輸出端時滿足

   

   ，

   

   為訊號光的自由光譜範圍，

   

   為輸出端的數量，

   

   為該輸出端之間的距離。

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