TW316952B - - Google Patents

Description

316952 A7 B7 五、發明説明（丨） 本發明係關於解多工器，其使用集體光學建造出，更特 別地，該解多工器包含a)至少一個輸入波導，其傳入一組多 個光學訊號於數個不相同的波長頻道中；b) —組多個輪出 波導，而每一個輸出波導通過所提及一個波長頻道;c) 一個 相鄰集體波導組件，其一側連接至輸入波導以及另外一侧 連接至輸出波導分別通過輸入接頭以及輸出接頭，gj而組 件之波導長度逐一波導地增加使得組件構成一個相位網路 ;d)擴張模波導配置於輸入接頭之輸入端以及連接至輸出 波導；以及e)—組多個縮減模波導配置於輸出接頭之輸出 端以及其每一個情況中連接至一個輸出波導。 同類解多工器特別地可由美國第A_50〇235〇號專利得 知。為了減小光學損耗，在該文獻中提及非常接近之耦合 發生於集體波導組件之導線間，其形成相位網路於輪入接 頭之輸出端以及輸出接頭之輸入端之位置。這些連接不利 於美國第A-5136671號專所建立解多工之形式。除此，在該 解多工器中一項重要問題為在預先決定可接受串音極限值 之情況下將通至每一各別頻道之頻帶寬度最佳化。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 基於該目標，本發明確實目標在於精確地建造出少量 光能損耗之光學波長解多工器而不借助於先前所提及強烈 之耦合作用，其中通過每一分隔頻道之頻道寬度依據預先 決定低串音數值而加以最佳化。 為了邊成本發明這些目標以及其他目標將由下列說明 顯現出。先前所提及犁式之光學波長解多工器顯著之特性 在於擴張模導線被配置於輸入接頭輸入端以及連接至舞 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4说格（210 X 297公廣） 斗 316952 A7 B7 五、發明説明（1 ) 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 入端導線以及縮減模導線被配置於輸出接頭之輸出端以及 連接至輸出波導以及幾何寬度為相同的，該寬度隨著其長 度變彳U依據在先前所提及擴展及縮減導線在其連接至袓 關接頭處之寬度為固定的以得到录佳化之頻帶寬度，其將 通過一値頻道同時PMi輪舡頻道間串音為預先決定數值》 依據本發明一項優先實施例，配置亦包含一個縮減波 導位於輪入接頭與形成祖位娓路之波導組件每一導線一 個端部間，以及一個擴張模波導位於該波導組件每一導線 另一端部與輸出接頭之間，因而這些膨脹及縮減導線幾何. 形狀為相同的，其寬度隨著其長度線性地變化以及因而在 預先決定低串音數值下其具有之尺寸將減小纽·件導線間之. 鄰近耦合。 本發明其他特性及優點由下列說明以及附圓而了解。 附圖簡單說明： 圖1為一配置圓，其顯示出本發明解多工器主要元件。 圖2及3分別為輸入接頭以及輸出接頭配置圓，該接頭 橼成圓1解多工器之零件。 風4包含趄2接頭三假禾彖斷私其沿著該圖直線&似 及C所展開。 圓5為曲線圓^該曲線用來解釋通過一個頻道之頻帶寬 度為可接受串音限制值函數之最佳化處理過程，因而該圖 使用來設計本發明之解冬工^__。； 附囷數字符號簡單說明： 輸入波導1;輸入接頭2;波專鱗路-3;接頭4;輪出波, --------Γ-U丨私衣------訂-----(線 (锖先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Λ4規格（210X297公羡） 5* Ο 16B52 A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明（j) 、 導Μίϋ板6;心L蕊層7;護套層8;心蕊區域9;限 制區域10,11;擴張模波導12;縮減模波導13,13i;心蕊 區域14;擴張模波導瓜⑸;縮減模波導I6，16i，16>; 曲線Π;曲線18。 詳細說明： 參考囷1，其顯示出本發明之解多工器D，包含輸入波導 1，輸入接頭2,該接頭裝置於導線1奐相鄰組件或相鄰波導 網路3之間，在連接至接頭2之網路另一端連接至接頭4,其 放置於網路端部與N條輪出波導^至&之間（在範例中N=8) » 除了各個擴張模及縮減模外，本發明解多工器所有波 導為單模。這些波導以及接頭被集雜形成於由玻填所製成 之平的基板内，其藉由使用任何已知集體光學技術例如為 離子擴散或化學汽相沉積法(CVD)形成。 藉由一個列舉性而非限制性範例，囷1解多工器能夠接 收由八個雷射二極管發出之調變光線於導線1輸入處;這些 光線波長中心位於1550nm附近之λ 1至λ *,因而這些波長 分隔距離為△ λ =1. tom。該解多工器功能為分離光線，這 些光線混合於導線1中，其使波長λ !至λ·之光線再分別地 出現於解多工器D輪出蜷之輪出波導9 為了達成此情況，波導組件3功能為相位網路。為了該 效應，其能與包含一組多條相鄰波導(範例為25條)，因而波 導長度逐條導線地增加AL »該增加量AL界定傳播於組件 3兩條相鄰波導光線間之比例相差△ φ r該組件功能為相位_

I 網路。 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（210X2们公釐> ---X 裝-- (請先閱讀背面之注^^項再填寫本頁) *-9 線 經濟部中央標準局貞工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（+ ) * 參考圖2及4以說明輸入接頭2之結構及功能。其藉由 例如沉積心蕊層於解多工器D基板6上而建造出，其依據要 形成之波導構造波導形狀以傳統方式蝕刻出，因而該層7由 護套層8所覆蓋，其類似於相對應分離光纖之元件。 一起蜾看圖4之斷面A，B及C，發現圖2中心蕊層7包含自 由傳播區域9,即沒有側向限制，因而區域9介於存在該限制 區域10及11之間。 在心蕊層區域10中，可發現中央擴張模波導12;在區域 11中，可發現一組多個縮減模波導13(在顯示範例中j=l至 25)。擴張波導12輸入端連接至輸入導線1之輸出端，因而 擴張波導12輸出端連接至心蕊區域9,在該區域光線並無側 向地受到限制。縮減模波導13輸入端橫向規則地以間距為 p分佈至區缚9之輸出端於半徑為R圓弧上，該圓弧之曲率t 心與擴張波導12輸出端相同。圖》及4之排列已軸向地加以 壓縮。特別是在圖2中排列，半徑R之圓弧被簡化為線段d。 輸入接頭1能夠連接至大於一個輸入波導以及因而包 含許多擴張波導，其分佈於相同半徑R之圓弧上以及曲率中 心位於圓弧之中心，其由共焦排列之縮減模波導13輸入蟑 所界定出。 因而光線導入波導1通過擴張模波導2以及發散進入心 蕊區域9(無側邊限制）以經過縮;咸模波導13i最終由組件3 之波導所接收。 圖4所描繪出輸出接頭4藉由下列原理設計及建造出， 其配合先前輸入端接頭2之詳細說明。類似接頭2之接頭4 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X297公釐） HH ^^^1 ai^i ia^J In f nn (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,ιτ 線 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 316952 at ______B7_ 五、發明説明（f) » 包含一個心蕊區域14,在區域中無側向限制地影響因而該 心蕊區域經由一組多個擴張模波導15i被連接至組件3(相 位網路)波導之輸出端，該擴張模波導彼此間距為P規則地 分散於半徑為R之圓弧上，其類似接頭2縮減模波導13〗。 導入解多工器D之輸入端導線波長為Λ i之光線均各別 地藉由一個輸出波導5i加以接收並經由縮減模波導16i，錶 縮減模波導規則地以間距為p’排列半徑R之圓弧上，其如同 接頭2所說明共焦點之排列。這是在半徑R之圓弧上以及分 隔間距為p’之每一縮減模波導曲線座標之適當選擇，其允 許達成波長λ i(在所說明實施例中i=l至8)光線所需要之’ 解多工性。人們將證明該橫座標能夠以下列公式表示： n»Z\L + rup Xi/R = ιηλί 其中

Xi為相對於波長;I i之橫座標;η·及仏分別為傳播於波導及平 面波導(9或i4)模之有效指數;m為繞射階數。 假如選擇排列縮減模波導16i具有固定間距p，，解多工 波長群組之中央波長;U，該波長繞射於相位網路3出口處 擴張模波導15i所形成圓弧曲率1中心處，以及這些波長間隔 △ λ可由下列關係式表示： AL=m λ 〇/η» dx/d λ =(m R nO/Cru ρ η,)=ρ’ /△ λ， ns=n»(l-drbr/(U )為群組折射率。 最後，输出波導5之數目{\!必需保持於相位網路之無限 制頻譜區間ISL，或 NAA<ISL=A/m 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS) A4現格（21〇><297公釐） ^ϋ·· In «I···— amaMm—· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}

、1T 線 A7 B7 經濟部中央榡準局負工消费合作社印製 五、發明説明（6) 一般情況下，衰減(AttdB)以分貝表示，其可藉由接收 功率朽訊號以及傳送功率Pz訊號之光學組件達成，其可由 下列公式表示：

AttdB=-10 log(Pz/Pi) 本發明解多工器D—項重要特性為擴張模波導12以及 縮減模波導16幾何特性相同以及具有漸縮之形式，因而其 寬度隨著其長度性地變化。同時能夠更進一步參考圖5 中曲線，所決定模擴張或縮減能夠藉由保持串音極限值例 如為3dB方式加以選擇以將通過解多工器頻道之頻帶寬度 最佳化，其藉由異於解多工器頻道之頻道波長下殘留光學 訊號衰減值加以量測出。 在此;ir面，人們應該注意能夠得到限制_音而不使洛 例如本發明擴張模波導12之擴張器達成。不過，在解多工 器之輸出處，通過每一頻道之頻帶將被過度地狹窄化以及 解多工器將成為無用的》 依據本發明，在解多工器D輸出端處所使用之擴張模波 導及縮減模波導幾何形狀為相同的使得光能損耗減為最低 ，因為在該情況下將避免在輸入波導及輸出波導間所有不 良之調整。 本發明另外一項特性，裝置於相位網路3波導兩端處之 縮減模波導13j及擴張模波導15i幾何形狀為相同的而寬度 隨著其長度線性地變化因而其能夠減小網路波導間鄰近耦 合為可忽略之大小。 1 鄰近耦合負責將光線由網路已知一條波導轉移至其鄰 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4坑格（2丨Ο X 297公釐） ---------!;-裳------訂-----/ 線 f請先閱靖背面之注意事項再填if本耳j A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 五、發明説明（7) 近波導以及能夠在通過相位網路後藉由殘留於波導中光學 訊號衰減值呈現出特性。假設網路單一波導藉由訊號朽激 發以及傳送出訊號p2,該衰減能夠藉由先前公式計算出。 假設在網路每一波導中之衰減大於20dB在此所考慮網路波 導間之鄰近耦合能夠加以忽略。該有益於本發明解多工器 良好功能之特性並不存在於先前所引述之美國第5002350’ 號專利中》 如先前所說明，擴張模波導12及縮減模波導16i具有之 尺寸係依據針對相鄰頻道中串音以及以波長表示頻道寬度 之間所得到折衷情況。 人們已經指出放置於輸出接頭4輸出端縮減模波導 排列成將得到與所需要波長有關之選擇。在人們選擇排列 縮減模波導16i具有固定之間距p’（以微米表示）情況下，具 有色散dx/d又之解多工器產生規則地相隔△ Λ (以nm表示） 之頻道，其以波長表示為下列公式： p =(dx/d λ )Δ λ 在輸入接頭12與輸出接頭4具有相同尺寸之情況，在輸 出接頭4處之相位網路3繞射之棋與輸入接頭2輸出端之擴 張模波導12輸出端所形成之模相同以及其位置犯決定於所 考慮頻道之波長Ai。傳送至輸出接頭4輸出端處之縮減模 波導16光線被整體接收於繞射模之間以及被接收於縮減模 波導輸入端處。在該情況下，以及藉由置於這些模振幅高 斯近似構架内，耗合係數能夠簡單地以下列函數表示，該轉 合係數特徵為所考慮頻道之相鄰波長光學訊號衰減值， I-—— I—^——^丨裝— II 訂 II { 線. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (0 五、發明説明（g ) A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製

Attde=4. 34[(dx/d λ )( λ - λ 〇/,w]* ⑴ 其中Attde為光學訊號之衰減值以分貝表示，λ為一個波長 λ相鄰於所考慮頻道之波長a {以及w為模之半徑量測於強 度分佈最大值自然指數平方分之一處，其形成於擴張模波 導12輸入接頭之輸出端及輸出接頭縮減模波導16入口處。 兩個不同數值之模w半徑函數被描飧於圖5曲線中。在 頻道λ i中心處具有較大曲率之曲線η為4微米模w之半徑 以及曲線18為6微米模w之半徑。 假如每一解多工器頻道能夠使用於中央波長土以之 作用頻帶中，則在其相鄰頻道中解多工頻道之串音Xtalk 能夠藉由以（△ λ -d λ )表示之頻道中央間隔替代又-入1項 而計算出，其表示為下列關係式： Xtalk = 4.34[(dx/dX)(AA-dA)/w]2 曲線17之串音Xtalk為高於49d?以及遠高於一般22b串 .音之規範。當△又=1. 6mm時在相鄰頻道之作用頻帶（±〇.4 nm)範圍處，曲線18上所量測之串音正好為22dB。 兩條曲線頻道波峰寬度八又阳《亦不相同，其寬度界定於 光學訊號衰減為預先決定大小（例如為3dB)。λ-λι項以波 峰一半寬度△又™々代入公式（1)中，其將得到下列形式： Δ λ F™=2w(AttdB/4. 34)e 5/(dx/d λ ) 在光學訊號3dB衰減處，頻道寬度（以波長表示）之公式 可減化為下列形式： Δ Af»hii=1. 66[w/(dx/d λ )] 當模w之半徑由4微米增加6微米，以波長表示之頻道宽 (請先閱讀背面之注意事項再填讳本頁) .裝· 線

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（210X297i^nII 816952 A7 ___^__B7五、發明説明（q Γ 經濟部中央標準扃貝工消費合作社印裝 度將由0· 66nm增加至0. 88nm，即在3dB衰減處之頻帶寬度大 於使用頻帶±0.4nm。 大於22dB之串音能夠轉變為較大之頻道寬度（以波長 表示），其藉由調整形成於擴張棋波導12輸出端及縮減模波 導16i輸入端處共同模w之半徑達成。該半徑w選擇允許人 們提供擴張模波導或縮減模波導較大宽度端部所需要之尺 寸，其寬度必需顯著地為2w大小^ 藉由所列舉性以及非限制性之範例，將說明一項依據 本發明解多工器之實施例，其設計成滿足下列特性： -頻道數目 =8 -波長表示頻道分λ ) = 1.6 nm •中央波長（λ 〇) = 1550nm -在相鄰頻道中串音(Xtalk) = 22 dB -解多工頻道之作用頻帶（±ί!λ) = ±0. 4nm -每一頻道中在3dB頻帶(△又™)寬度儘可能大的。 為了得到這些特性，人們首先必需界定繞射大小(m)， 其能夠提供八個相隔1.6nm頻道於網路3自由頻譜區間（ISL )中。實際上，所選擇小於極限(121)之繞射將八個頻道或 m=60中之光能損耗變化減為最低。 人們很容易地導出形成相位網路組件3波導長度之增量AL: △L=na。/口胃=64.14微米當η·=1. 45 為了使本發明解多工器保持非常精巧，組件3波導之輸 入端及輸出端必需儘可能地靠近，因而頻道間之鄰近耦合

本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Λ4現格（2丨0 X 297公釐） /2 -----„—MX -裝-- (請先閲讀背面之>4$項#填^本頁) 訂 線-

經濟部中央梯準局貝工消費合作社印製 A7 ___B7 五、發明説明（丨ο) 必需保持具有大於20dB之衰減如同先前所說明。因而選擇 p = 18微米 加入於本發明解多工器之擴張模波導以及縮減模波導 具有直線之側向邊緣，其對擴張模波導或縮減模波導之縱 向中心轴傾斜0. 5度使得在一端具有17微米之最大寬度，在 另外一端具有6. 7微米之最小寬度而相當於被連接至該端 之單模波導直徑，該波導製過程將確保折射率對比Λη/π 0. 75%。 縮減模波導16i間距為ρ’時，人們可以選擇一個數值等 於p或P’ =18微米以在任何時刻鄰近耦合大於2〇dB。 最後人們選擇擴張模波導及縮減模波導分別排列於輸 出接頭4輸入端及輸出端處之圓弧共同半徑以得到△入=1. .6nm分隔。該半徑為 ， 尺=(118卩卩’11，)/(111/\入111!) = 4893.75微米 所計算參數允許建造出輸入接頭2以及輸出接頭4,這 些接頭應該相同的（等於接頭2輸入端以及接頭4輸出端之 數目）以防止輸入波導以及輸出波導之間模所有之不適當 調整。 當然本發明並不限定於所說明及所描燴出實施例之形 式，其只作為不範之用。因此，如先前所提及，輸入接頭能 夠經由相同多個擴張模波導連接至數個輸入波導，因而這 些輸入端能夠交替地使用。依據本發明之解多工器亦能夠 依據本發明將光線反向之原理而使用為光學波長多主器之 形式。 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS > A4規格（2丨Ο X 297公釐）

IS ------.I-;-上-裝------訂-----·,·線 (請先閱讀背面之注意事項#填寫本頁)

Claims (1)

1. 經濟部中央梯準局貞工消费合作社印製 S16952 as ! C8 _ D8 六、申請專利範圍 1. 一種使用集體光學建造之波長解多工器，其包含 a) 至少一個輸入波導(1 )，其導入一組多個光學訊號於數 個不相同的波長之頻道中； b) —組多個輸出波導(5i)，而每一個輸出波導通過所提 及一個波長頻道； c) 一個相鄰集體波導組件(3)，其由一側連接至輸入波導 (1)以及，由另外一側連接至輸出波導()分別通過輸入接 頭（2)以及輸出接頭(4)，因而組件（3)之波導長度逐一波導 地增加使得組件(3)構成一個相位網路； d) 擴張模波導（12)配置於輸入接頭（2)之輪入端以及連 接至輸出波導(1); e) —組多個縮減模波導(16〖)配置於輸出接頭(4)之輸出 端以及其每一個連接至一個輸出波導(5i)，其中所提及擴 張模波導(12)以及縮減模波導(16〇相同的幾何特性，其具 有寬度隨著其長度線性地變化，因而在連接至相關接頭處 擴張模波導以及縮減模波導之寬度被界定出以使通過一個 頻道之頻帶寬度為最佳化同時限制輸出頻道(50間之串备 為預先決定大小。 2. 依據申請專利範圍第1項之解多工器，其中更進一步包含 f) 縮減模波導（130於輸入接頭（1)與形成相位網路波導 組件（3 )每一波導端部之間以及 g) 擴張模波導(15i)於該組件(3)每一波導另外一端與輸 出接頭(4)之間，因而所提及擴張模波導（15i)與縮減模波 導(130為相同的幾何特性，其具有寬度隨著其長度線性地 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4说格（210X297公釐） II ----i:.-裝--II--訂---線 (锖先閲讀背面之注意事項再填寫本K) 六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 經濟部中央梯準局負工消費合作社印製 變化以及具有特定尺寸以減小組件（3)波導間鄰近耦合為 預先決定之較小數值》 3.依據申請專利範圍第1項之解多工器，其中每一接頭(2;4 )包含心蕊區域(9; 14)，在其中光線傳播無側向限制地影饗 於至少一個輸入擴張模波導(12;15,)與一組多個輸出縮減 模波導（13j;16i)之間。 ,4.依據申請專利範圍第1項之解多工器，其中輸出波導間串 •音相當於在某一頻道中大於2〇诎之訊號衰減。 5. 依據申請專利範圍第2項之解多工器，其中組件⑶波導 間之鄰近麵合相當於在某一波導中大於2〇诎之訊號衰減。 6. 依據申請專利範圍第1至5項任何一項之解多工器其中 解多工器藉由化學汽相沉積法製造出其中輸入波導⑴及 輸出波導(5)及組件(3)波導為單模，以及擴張模波導與縮 減模波導具有與縱向中心軸傾斜〇. 5度線性側向邊緣以及 其中在連接至相對輸入或輸出接頭之擴張模波導或縮減模 波導之寬度為17微米。 7. 依據申請專利範圍第2項之解多工器，其中在某一頻道中 頻帶寬度（λ™»)大於±〇. lnm。 8. 依據申請專利範圍第1至5項任何一項之解多工器，其中 解多工器使用為光學波長多工器。 9. 依據申請專利範圍第6或7項之解多工器，其中解多工器 使用為光學波長多工器。 -----.--上-裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 線. 本上張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Ad規格（210X297公釐）/r