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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（<1 本發明和SAGNAC干涉儀（si)有關，並包括一導波環部分 及一調變部分。 一種SAGNAC干涉儀類型之光纖干涉儀系統包括： •組成一干涉儀環之一光纖，該光纖環具有一調變部分。 -和感光器共線之一光源。 -使光源發射的光波分割成二個光束之光耦合裝置，且任 一光束各自射入其光纖末端，然後在該光纖的二個末端 將二個光束重新合併成一光波，它並且和光源發射之光 波共線，但是傳播方向相反且指向感光器。 調變邵分包括一相位調變裝置，它可以傳送周期的和對 稱的相位調變給二個前進在光纖之光束。s丨可用在迴轉儀 (迴轉機）。 在其他出版品之中也敘述SI用在迴轉機的情形。它是用 光纖SAGNAC干涉儀測量迴轉運動之方法和裝置。該裝置 包括含有一輸入埠和二個輸出埠之分光部分，它將光源產 生的單一光束分割成二個光束，輸出埠經由一光纖環作互 連’其中二個光束是逆向傳播。相位調變部分位於和光纖 環連接的輸出埠邊緣。 因此SAGNAC干涉儀中的調變部分放置在分光器部分的輸 出璋和光纖環部分之間。實際上它們是光纖環的—部分， 並且從分光器部分的一輸出埠延伸到另一輸出埠。 在SI之中光纖環和單—輸出埠部分連接，而不是和分光 器的二個輸出埠連接，其中調變部分確實位於光纖環之中 。因此姚立於應用光學雜誌v〇l 25, Ν〇· 2 (1986)，209-214之中指 cns ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -4 A7 B7 五、發明説明（2 ) 1請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 出，於光纖交換時可使用S I來替代Mach-Zehnder干涉儀 (MZI) ’同時在美國也用一種基於si的光纖通訊系統，其 中調變是發生在S I環之中。 上述現存的S I類型中有一缺點，即調變機會有限：現存 S I調變光時僅可用非反效應，例如磁光法拉弟效應，快速 變時效應，及相對迴轉（SAGNAC )效應。當非反效應出現 時，由於光在環中反時鐘前進時會展現和順時鐘前進時不 同之性質因此產生相差。該相差可以偵測到。反效應，例 如光電和熱光效應並不會產生相差，因爲反時鐘和順時鐘 前進時光束展現相同性質因此這些效應不能在現存的 SAGNAC干涉儀中作調變光用。 本發明的目的在使S I能調變任何信號，包括使用反和非 反效應，特別是調變時使用反效應，例如熱光和光電效鹿 0 本發明更想提供一種多元化的調變器，即不僅可作爲傳 送調變器以替代MZI，更可以，特別是當成反射調變器（ 通常基於Michelson干涉儀）。 格 規 Α4 Ns) c 準 標 家 國 國 中 用 適 度 尺 張 紙 本 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 在這些反射調變器中由一鏡子作輸出埠的終端β因此光 通過調變部分又反射回去。反射調變器的重要性是它了 ^ 著鏡子在不需要該點上具有光源（雷射電源）的情泥下將：产 訊以光波的形式送回去。這在光纖通訊中特別有用 " 線電視爲例：一中央光源用光波形式將合適資料傳送办 户。用户想修正資料時（即選擇電視節目）不需要在家中 電器設備中（電視）裝設光源。因此所有會|1 王«V 7t >原都可以 釐 公 7 9 2

A7 B7 五、發明説明（3 ) 放置在溫度適宜且受保護的地點，以免受電流中斷，火災 ，或其他有害情況的影響。 但是反射調變器在導波頻道末端會遇到需要很精密製造 鏡子之複雜準備過程。這是一種累贅過程步驟而且反射調 變器的效率又低。 關於使用光纖環的反射調變器，可參考以下文章，IEE Proceedings, Vol. 137, Pt. J, No. 2, April 1990, 108-114 ·> 和 Journal of Lightwave Technology, Vol 6, No. 7, July 1988, P.1217-1224。光纖環反 射器包括一方向耦合器，其輸出埠是用光纖環作互連。方 向耦合器於進入環之前不能調變光因此不包括一調變部分 :藉著在光纖環中分光可完成調變。這並不符合本發明的 目標因爲本發明的目標在提供一種SAGNAC干涉儀，它是 以光電調變器或熱光調變器爲根據來調變光。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 爲了達到上述目標因此本發明存在於一種SAGNAC干涉儀 ，包括一導波環部分及一調變部分，調變部分放置在導波 環之外且具有一調變功能及一分離功能。換言之，調變光 在分離器中分割成二個不同的光束然後導入導波環，其中 二個光束是逆向傳播。開關是含有一調變及一分離功能的 裝置。這些開關是以光導波裝置的型式存在。所有現存的 光導波裝置開關，例如Mach-Zehnder開關，方向耦合器開關 ，熱光開關等，都可以在進入導波環之前調變並分離光。 根據本發明S I最需注意的事項是包括：裝置的組態，即 傳播光的頻道之布置圖，裝置的建構（即在不考慮頻道組 態的情況下明瞭導波結構），及選擇導波材料。 -6- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 296430 A7 ______ B7 五、發明説明（4 ) ~"~~~ ~~~ - 大體上本發明的SAGNAC干涉儀可在任何適合的導波材料 中製備，以調變傳播中的光波。完成調變的合適方法包括 熱光，以及最好是光電調變。 熱光調變時，導波材料應該顯示熱光效應，即材料加熱 後會導致折射指數的可逆變化。這類材料包括：無機材料 ，例如離子交換玻璃和摻雜飲的錢叙鐵礦，但特別最好是 全聚合物導波。事實上溫度和緩增加可能導致折射指數的 大量變化。當所有的聚合物展現熱光效應時，基本上任何 供波長使用且具有足夠透明性的聚合物都可當成導波材料 。特別適合的光聚合物包括：聚丙晞，多碳鹽，聚咪吐， 聚碳酸胺。 光電調變時，導波材料應該顯示光電效應，即加電壓給 材料時會導致折射指數的可逆變化。這類材料包括本質上 是光電性的無機材料，例如鋰鈮鐵礦和鎵亞砒酸鹽。但特 別最好是聚合物的光電材料，亦稱爲非線性光聚合物 (N L Ο聚合物）。爲了在聚合物材料上得到肉眼可見的 NLO效應，首先需要在此一材料中的群，大多是快速可極 化邊群，加以校正（輪詢）。藉著直流電壓曝露聚合物材料 可影響此一輪詢，即通稱的輪詢場，在此種加熱情況下產 生的聚合物鏈具有足夠動力供定向之用。特別適合的NLO 聚合物包括：聚胺基甲酸乙基，多碳鹽，聚咪唑，聚脂， 及具有邊群並包含一整體π -系統的聚丙烯，以便和電子 施捨群（在聚合物主幹）和電子接受群（在邊群的終端）相連 。本技術擁有適合的N L Ο聚合物。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 11Τ 本發明極力推薦在熱光和光電調變時，使用聚合物導波 材料。’/王意根據本發明，這不僅是因爲它可以簡易的操作 及處理導波的製造，而且在製造SAGNAC干涉儀時具有明 確的優點。 導波結構最好建構成爲一層狀的聚合物結構，包栝位於 一個偏離層（包殼層）之間的一導層（核心層），即使聚合物 導波的底部彳于到支撑，即一玻璃或矽基體。在基體上可以 辨識下列連續層，包括：一下包殼層，它可以是玻璃但最 好是聚合物，一聚合物核心層（導層），以及一上包殼層， e最好的聚合物但是也可由其他材料如玻璃所組成。聚合 物核心層是眞正的導波層’具有折射指數的二個包殼層比 核心層低。 特別是在全聚合物導波結構的較佳實例中，下包殼層由 一個基Sa組成，其中較低的（即和基體相鄰的）和另一基體 比較（即和核心層相鄰的）具有較低折射指數是—簿層（約3 // m)。14額外的低指數層可防止傳播光輻射至基體。因此 眞正的導波結構和基體是「光絕緣】。 經 濟 部 標 準 % 員 工 消 f 合 作 社 印 製 通*導波组態的定義是在導層作一橫向定義的頻道模型 。現存疋成上述之方法，例如，藉著除去部分導波結構以 提供此一方式，即藉著溼化學或乾蝕刻技術並且用較低折 射指數的材料填充空隙（因此形成-核心層材料頻道，A 四週是偏離層材料）〇另一種方法是利用感光材料，它; 以於照射後顯像，例如一負光刻膠，即照射後它可抗拒某 一特別溶劑（顯影劑）。顯影劑可除去未照射材科。然而最 ^紙張尺奴财關家--~~〜__ B7 五、發明説明（6 ) 好用正光刻膠並且用顯影劑將已照射部分除去。 然而較佳技術需要使用—核心材料，於触刻時不必除去 任㈣料的情況下提供導波模型。例如，藉著加熱，光或 UV照射下以化學方式將核心材料轉換成具有不同折射指 數的材料，右逆使得折射指數增加，則將此處理過的材料 當成核心材料。這可用一罩幕作處理而且罩幕的孔要和期 玉的導波模型相同。換言之若折射指數減少，則將此處理 過的材料當成偏離材料。這可用一罩幕作處理而且閉合部 ，要和期望的導波模型相同。不論如何在導層作出的頻道

疋夾在-個較低折射指數的偏離層之間，因此其四週被較 低折射指數的材料所包圍D 經 濟 部 t 標 隼 員 工 消 費 合 h 社 印 製 最好使用導波結構，其中核心層包括在照射影響下可漂 白之聚合物。這是一種特別類型的感光或感uv^心滑材 mu因爲化學重組作用’照射時最好使用藍光，在 響剩下的物理和機械性質情況下降低此—材料的折射 才曰數帛好在導波結構下用軍幕蓋在期望的頻道模型之上 ’以藉著照射使相•材料之折射指數降低（漂白）。因此如 期望的形成導波頻道’它被具有較低折射指數的材料完全 包圍y上，下偏離層及四週漂白的核心材料）。如上所述， 來η物可能作成光電活性。較佳的可漂白聚合物已問 it。 根據本發明導波頻道組態才能眞正決定“的操作。 $意根據本發明調變部分至少具有：一輸入淳以使光通 15並到達眞正的調變部分’以及至少二個輸出璋。光波的 本紙張尺蝴 •9- 第84101639號專利申請案 中文説明書修正頁(85年8月） A7 B7

經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（ 強度和或相位到達二個輸出埠或其中之一的動作，是由眞 正的調變部分作決定^在熱光調變器中，這個調變部分包 括位置適宜的加熱元件。在光電調變器中，它包括位置適 宜的電極。 根據本發明這種多元化的層狀全聚合物導波在製造51時 ’可使用於下列二種實例中之任—種。 如上所述，第一種的調變部分（但不是導波環部分）是由 層狀聚合物導波作成。輸出埠具有光纖末端（俗稱豬尾 這些光纖末端藉著光纖環輪流作互連^這個實例的優點是 在現存的方法中提供一種可以簡單處理的導波組件（光板） ，並可以將任何期望長度的光纖環經由傳統的耦合裝置而 加以賴合。 在第二種，即較佳實例中，在同一層狀聚合物導波中都 具有調變部分和導波環部分，最好在一個相同的基體上給 合爲一。然而這會限制導波環的長度，這個實例的最大優 點爲它是一種堅固，随時可用的光組件。 根據本發明爲了解釋SI的各種實例，需要參考燴囷。所 有的囷形都顯示在導波材料中作成頻道的導波组態之上視 圖。 圖式之簡單説明 - 、、 圖1繪示一傳統之Sagnac干涉儀。 囷2緣示一傳統之si。 囷3缯·示根據本發明之一 si。 囷4亦繪示根據本發明S I之一實例。 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS )八4規格（21〇χ297公釐） I I I I I - - I n n t— n - I 丁 —- *τ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準扃負工消費合作社印繁 第84101639號專利申請案 中文説明書修正頁(85年8月） A7 -----B7 五、發明説明（〜) ~~^- 囷5亦繪示根據本發明s j之_實例。 囷6繪示連接一光纖環至一熱光開關所製備之一反射調 變器。 圖7飧示藉著改變一熱光開關和一光纖環中之上電極電 壓所得到一反射調變器之調變β 圖8繪示藉著改變一熱光開關和一光纖環中之下電極電 壓所得到一反射調變器之調變β 圖1繪示一傳统SAGNAC干涉儀，包括用分光部分1〇4連 接導波環部分102的導波單一頻道部分1〇1 ’該導波環部 分102含有一調變部分103 β如上所述’ SI不能用熱光或 光電效應調變任何信號》 圖2繪示一傳統SI，包括_·—導波單一頻道部分2〇1，

本紙伕尺度適用中國國家橾隼（CNS ) A4規格（2I0X297公釐） 296430 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五 '發明説明（8 ) —分光器部分202，以及二個輸出頻道203，其中任—包 含一或二個相位調變部分204，輸出頻道藉著導波環部分 作互連。如下所述，在此一 S I之中，調變部分2 0 4是導波 環部分2 0 5的一部分。然而此一 S I並不符合本發明的要求 ° SI不准許用熱光或光電效應調變任何信號。 圖3是根據本發明而續示SI。它包括一調變部分3〇1以 及一導波環部分302，該調變部分301放置在導波環部分 302之外：調變部分301是Mach-Zehnder干涉儀，它的一端 和輸入埠303連接而另一端和分光器部分304連接，該分 光器部分又和二個輸出埠305相連。輸出埠藉著導波環部 分輪流作互連。在圖中的調變部分3 0 1是Mach-Zehnder干涉 儀，它以2x2開關爲基礎，包括：一耦合部分3〇6，含有 調變裝置308即電極的二個平行導波307，及一反向搞合 器3 0 9。圖3清晰顯示調變部分3 0 1和1 〇 4 —樣具有分光功 能因此不是環的一部分。 圖4是根據本發明而繪示S I的實例。它包括一調變部分 4 0 1，它和導波環部分4 〇 2的外部相鄰。調變部分4 ο 1是 雙向開關，包括：二個輸入埠4 0 3，一開關部分4 〇 4，其 包括含有調變裝置406即電極的二個相鄰導波頻道4〇5， 頻道405彼此放置十分接近以搞合成—方向耗合器，以及 二個輸出埠4 0 7。輸出埠4 〇 7藉著導波環4 〇 2輸流作互連 。調變部分4 0 1和1 〇 4 —樣具有分光功能因此不是環的一 部分。 圖5也是根據本發明而繪示§〗的實例。它包括一調變部 I- I _i HI lie ---: --1. -I I— .- …… ^^1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS ) A4規格（21〇χ297公釐） -11 - i、發明説明（9 分50 1，它和導波環部分502的外部相鄰。調變部分5〇】 是熱光開關，包括：一輸入埠5 0 3，_開關部分5〇4，其 包括含有調變裝置506即加熱元件的二個相鄰導波頻道 5 0 5，頻道5 0 5彼此放置十分接近以耦合成—熱光開關， 以及二個輸出埠5 0 7。輸出埠5 0 7藉著導波環5 0 2輸流作 互連。調變邵分5 0 1和1 〇 4 —樣具有分光功能因此不是環 的一部分。 如上所述根據本發明S I用於傳送時其功能和Mach_Zehnder 干涉儀相同，用於反射時其功能和Michelson干涉儀相同。 若是前者，基本上調變部分具有二個輸入埠（也是裝置的 輸出埠）。因此光可以耦合進入二個輸入埠中的一個，於 通過調變部分，導波環之後回到調變部分，並且從另一輸 入埠耦合出去。若是後者，一個埠可同時當作裝置的輸入 皁和輸出埠.光可經由這個埠耦合進入，於通過調變部分 ，導波環之後回到調變部分，並且從同一埠耦合出去。根 據本發明S I和Mach-Zehnder干涉儀比較下其具有數個優點： Η可以用在傳送模式和反射模式，光纖僅連接在裝置的一 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 邊，這也表7F裝置中僅有一邊必須具有末端開關。根據本 發明S I和Michdson干涉儀比較下其優點主要是裝置不必具 有鏡予。 根據本發明用現存的設計和裝置可以得到SAGNAC干涉儀 。例如，連接導波環和lx2開關的輸出埠即可得到一反射 凋變器。連接導波環和方向耦合開關的輸出埠即可得到既 可作爲反射調變器也可作爲傳送調變器之調變器。 ) μ 規格(2丨。χ·^Τ -12 296430 A7 B7 五、發明説明（10 ) 可參考下列無限制的例子以進一步續·示本發明。 根據圖6製備一種反射調變器以連接光纖環602和1x2熱 光開關6 0 1。反射調變器耦合9 5 / 5 ( 6 0 8 )耦合器，它是測 量設備的一邵分。插入損失爲6_7dB，驅動電壓是， 消失於7 d B，用波長1310 nm的雷射光。藉著改變在無光門 關的上電極電壓以得到調變，如圖7所示。藉著合. 霄哎變在教 光開關的下電極電壓以得到調變，如圖8所示。 ’' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) a4规格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 第84101639號專利申請案 中文申請專利範圍修正本(85年2月） A8 B8 C8 D8 修正補尤’ 申請專利範圍 1. 一種SAGNAC干涉儀，包括一導波環部分及一調變部分 ，其中一調變部分係放置在導波環之外且二者都具有一 調變功能和一分離功能。 2. 根據申請專利範圍第1項之SAGNAC干涉儀，其中調變部 分是具有至少一輸入埠和至少二個輸出埠之一光電開關 ，導波環並且互連二個輸出埠。 3. 根據申請專利範圍第1項之SAGNAC干涉儀，其中調變部 分是具有一輸入埠和二個輸出埠之一熱光開關，導波環 並且互連二個輸出埠。 4. 根據申請專利範圍第2項之SAGNAC干涉儀，其中光電開 關是一雙向開關。 5. 根據申請專利範圍第1項之SAGNAC干涉儀，其中調變部 分包括製造成層狀導波結構的數個導波頻道，該層狀的 聚合物結構包括位於二個偏離層之間的一導層。 6. 根據申請專利範圍第5項之SAGNAC干涉儀，其中層狀導 波結構由一基體支撑。 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7. 根據申請專利範圍第1項之SAGNAC干涉儀，其中光導波 環是一光纖。 8. 根據申請專利範圍第1項之SAGNAC干涉儀，其中光導波 環是製造成層狀導波結構之頻道型式，該層狀的聚合物 結構包括位於二個偏離層之間的一導層。 9. 根據申請專利範圍第6或8項之SAGNAC干涉儀，其中導 波環和調變部分在單一基體上結合爲一。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

   六、申請專利範圍 10·—種包括一調變部分之光調變器，具有至少—輸入埠和 〆一個輸出埠，其特徵爲：輪出埠都是藉著光導波環 作互連。 11.根據申請專利範圍第10項之光調變器，其中調變部分 包括一光電開關。 12·根據申請專利範圍第11項之光調變器，其中光電開關 具有二個輸入埠。 13_根據申請專利範圍第丨0項之光調變器，其中調變部分 是—熱光開關。 根據申請專利範圍第1 〇項之光調變器，其中調變部分 包括製造成層狀導波結構的數個導波頻道，該層狀聚合 物結構包括位於二個偏離層之間的一導層。 K根據申請專利範圍第1 4項之光調變器，其中層狀導波 結構由一基體支撑。 16.根據申請專利範圍第1 〇項之光調變器，其中光導波環 是一光纖。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 根據申請專利範圍第1 〇項之光調變器，其中光導波環 是製造成層狀導波結構之頻道型式，該層狀聚合物結構 包括位於二個偏離層之間的一導層。 18.根據申請專利範圍第1 5或1 7項之光調變器，其中導波 環和調變部分在單一基體上結合爲一。 --——1 一一. _ 本紙浪尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210Χ297·Ύ] Ί