TW382866B - Arrangement and method relating to optical transmission - Google Patents

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Α7 Β7 五、發明説明（1 ) 技術領域 本發明涉及的是光傳輸，特別是用於光學通訊系统的裝 置與方法，例如遠距通信網路或資料通信網路等等。本發 明也涉及一種執行波長分割多路複用（WDM)功能的光學通 信系統。 相關技藝説明 在遠距通信網路與資料通信網路中，高容量與高速度傳 輸的需求曰益增加。而一種已知可增加容量與速度的方 法’就是利用光纖傳輸轉換成光學訊號的資訊。一種令人 注意的方法，波長分割多路複用（WDM)系統與光纖一樣， 也是目前增加傳輸容量的方法。在使用波長分割多路複用 (W D Μ)系統時，攜載資料訊號到不同目的地的光學載體是 經由單一光纖傳輸的，WDμ的優點是它能支配不同波長 來傳輸大範園的波長（頻率範圍）至不同的頻道。能使一些 波長合而爲一與分離不同波長的多路複用裝置是需要的。 對於建JL眞正的光學網路，但非點對點的連接，所需要的 是種不用從中轉換成電子訊號而能直接傳送光學訊號的 傳輸裝置。 . 種已知的农長傳輸器稱爲光學附加分德多路複用器 (j)AD]Vi)。光學附加分接多路複用器的基本功能是相對於 刀接的功彳疋一個入射光學訊號分離一個波長頻道，以及 相Ή、附加的功$讓另—個相同波長的訊號替換一個波長 頻道。目前一些不同的裝置已發展出來，例如以布拉格光 栅（Bragg gratings)原理爲基礎的光纖，它所利用的是氧化

(請先聞讀背面之注意事項V Γ本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張~— 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 —------ B7 五、發明説明（2 ) ㈣（UNb〇3)中的聲光效應。另一種已知的裝置是利用解 多路複用器分離頻道與二對二(2χ2)的開關作爲特定波長 的附加分接’然而以另一個解多路複用器來結合頻道。這 種裝置已經以積體集成的方法在氧化以珍晶片中以三個 陣列式波導的解多路複用器形成i 6個頻道與ι 6個孰光效應 開關。這種實例在1995年4月27日「電子書信」（Eiectr(J. Lett.)期刊第3 1(9)册第723 _ 724頁，作者爲岡本·等人 (K· Okamoto et al)所發表的"以矽酸爲基礎的陣列式波導 光柵形成的1 6頻道光學附加分接多路複用器"有相關説 明，另一個與積體光學附加分接多路複用器裝置相關的實 例是1997年2月電氣電子工程師學會（IEEE)「光學技術書 信」（Photon. Technol. Lett.)期刊第 9(2)册，188 190 頁，作者爲弗瑞柏格··等人（CG M Vreeburg et al)發表 的第一個以磷化銦爲基礎可重新配置的積體附加分接多路 複用器"，它描述鈞是關於一種磷化銦製成的四頻道積體 光學附加分接多路複用器，其中它只利用一個在迴路配置 中的陣列式波導解多路複用器與四個光電式馬赫_詹德爾 (Mach-Zehnder)開關。 在第7屆積體光學歐洲研討會（ECI〇,95)會刊中，第275 -278頁的論文WeA2，凡丹（c. van Dam et al)..等人發表的 "利$ —般性的多模干涉-多重性的馬赫-詹德爾干涉計 (Μ Μ ϊ - Μ ZI)配置產生的新型以磷化銦爲基底的相位化陣 列波長解多路複用器"，與W0 95/22〇70 "含相位化陣列的 光學裝置"，所描述的是一種多模干涉-多重性.的馬赫-詹德 _____________-5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2ΐ〇χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項本頁) 、τ A7 B7 五、發明説明（3 ) 爾干涉計（MMI-MZI)解多路複用器，它無法控制相位， 也沒有開關的功能。這種裝置的製造容差非常嚴謹，以致 於製造過程很困難，幾乎不能重複製造出符合規格的装 置。雖然他們有提到一些輕微的相位改雙，這只是意圖去 補償製造上的偏差，對於製造容差嚴謹的裝亶而言，它顯 然是必要的。一些其它已知的裝置例如在砷化鎵鋁/砷化 鎵（AlGaAs/GaAs)中以多模干涉爲基礎的開關，有發表 於1994年2月7EI Γ應用物理書，信」（Appl phys二州）期 刊第64(6)册，第684 - 686頁，作者爲詹肯斯（RM Jenkins )··等人的”利用自我成像的多模砷化鎵/砷化鎵鋁 波導形成的新型1 xN與ΝχΝ積體光學開關”，然而這種開 關對大範園的波長而言，基本上與波長無關，此外也有其 它各種已知的定波長解多路複用器。 本員相關技藝已經被廣範的研究過，且很多不同的裝置 也在此有所討論，但它們都具有不同的缺點，例如太複 雜、包含太多不同的元、不易製造、以及因定波長的裝 等等。 US-A-5 526 153説明的是一種光學頻道附加/分接濾波 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 為。廷個裝置利用一種固定波長的多路複用器，而且波長 不此改璉。爲了提供開關的功能，它必需加上一種開關反 而成，一種複雜的裝置，這樣的做法對其它裝置而言不容 易，製造上很昂貴且體積太大，而在製造的時候波長也已 經被固定了。 發明概述 I紙張尺奴财⑽） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ______B7 五、發明説明（4 ) 因此，一個大家需求的裝置與方法是一種高容量且不受 限於波長的傳輸，更進一步岣，是一種小體積的傳輸裝 置’而且這種裝置是一種多適用性、容易製造、小體積、 簡單、以及低製造成本，。一種特別做爲傳輸及/或（解）多 路複用的裝置是需要的，這種裝置可以直接傳輸光學訊號 而不需要中間電子訊號的轉換，再者，所需要的是—種可 以提供解多路複用與傳輸的功能而不需包含很多的元件與 光纖連接。_ 一種可以利用在光學通信網路的裝置，例如遠距通信與 資料通信，也是大家需求的裝置。 特別需要的是一種可利用在波長分割多路複用（W D Μ)系 統上的裝置。 一種波長分割多路複用（WDM)系統是需要的，其中這種 裝置可以利用爲解多路複用與開關，就如上文中提到的用 途一樣。 _ . . _ 一種可以符合上述需求的光學附加分接多路複用裝置是 需要的。 因此，本發明提供的是一種不受限於波長的光學訊號傳 輸裝置，且可包含大範圍的波長。它包含一種具有輸入與 輸出波導的光學附加分接多路複用裝置，而且包含一種具 有輸入與輸出的傳輸裝置。這種傳輸裝置包含一種具有多 個輸Λ的分離裝置，也包含一種具有多個輸出的結合裝 置，在分離與結合裝置之間有一些波導支線。波長解多路 複用/多路複用功能與開關功能由該傳輸裝置所提供。在 本紙張尺度適用中國國家標隼（CMS ) Α4規格（210Χ297公釐） ί \ 請先聞讀背面之注意事項4?^寫本頁) 訂 、發明説明 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 =佳實例中’這種㈣是積體集成在—塊晶片上，而 且更万便的，它是整體完成的。 較佳實例中，分離裝置與結合裝置各別包含 2干涉轉合器(MMI)，傳輸裝置包含—個具有多重支腳 夕模干涉_馬赫_詹德爾干涉計。在_個特別較佳實例 中，廷種裝置可以調整波長，以致於 或 附加的波長可以右、g摆α ^刀接及/或 …ΐ 選擇性。—種較佳實例中，分離裝置與 :“之間的波導分支是利用相位控制(相位偏移)的方 法來控制。相位偏移的方法能以不同的方法產生，在一個 較佳實例中，每—個、波導八* τ母個波導刀支具有自己/或分別的相位偏 少万法，但疋分別的相位偏移方法只提供給一些波導分 支或疋利用另—種共同的相位偏移方法來分別控制不同 的波導分支。根據本發明的一個較佳實例，這個裝置包含 同—端口的兩個輸入波導來傳輸多重波長（例如Ν個波 長）’其中Ν大於二而且有附加的端口給附加的波長（隨意 々）再者，&包含同一端口的兩個輸出波導來傳送多重頻 适輸出訊號，以及-個分接的端口給—個（隨意的）波長頻 j [進一步地，其優點是波導分支的數目與輸入波長數目 —樣，且除了輸入多重波長個別的輸入與輸出，以及附加 /分接的波長個別的輸入與輪出之外，傳輸裝置包含每— 個波長個別的輸入與輸出而形成迴路。這種裝置可利用來 附加、附加與分接 '或只是分接。因此，如果有N個波長 頻道，—個頻道經過傳輸裝置，一個頻道做爲附加/分接 的波長傳輸，其餘的（N_2)頻道則形成迴路。 (請先閣讀背面之注意事項本頁)

装- 訂 本紙張國國家標準（CNS) A4“（ 21〇χ297公麓） 波長的個ΓΓΓ實例中，波導分支的個數會超過輸a 口盘附;^ 佳實射，個別相對於多重頻道端 每二個輸：：：與第二輸入波導會連接到傳輸裝置的 相對的^人。.·而個輸*波導會連接到傳輸裝s中個別 33 。迴路波導是提供來連接傳輸裝置中Jt餘0軒 入與相對的輸出，就如同上述的説明。 中，、餘的輸 =個叙佳，例中，e具有每個頻道傳輸功率的均等化 。其優點是功率控制裝置被積體集成在迴路波導内， k種功率控制裝置可以採用不同的形式，纟—種特別的實 例中’它們是由半導體放大器所组成。 在—個較佳實例中，傳輸裝置包含一種N個等間隔波長 〈間N對N的傳輸器，對於每—個波長，它有—些可選擇的 傳輸路徑，也就是傳輸表，而且其優點是，這種 稱與互惠的。 . ^ 進一步地，在一個較佳實例中，它提供的是一種不受偏 極作用影響的裝置，對於分離與結合裝置之間的每一個波 導分支，橫向電波（TE)模.式與橫向磁波（TM)模式的光學 路徑距離是一樣的。至少一些波導分支的長度不一樣，在 —個特別較佳實例中，所有的波導分支都有不同的長度。 其優點之一’這種波導物質是一種介電質，爲了能夠控 制波導内的光學相位，部份波導的折射率必需改變，這種 改變可以利用一些不同的效應方法形成，例如光彈性效應 (主要是聲光效應）、磁光效應、電光效應、電漿效應、或 是熱光效應。磁光效應對於積體光學通常比較不實際，聲 五、發明説明（ A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 光效應不能提供-個固定的折射率改變，然而它是本發明 中的裝置所利用的特性。然而，丨它的效應可根據不同需 要而加以採用，針對這一點下文中會有詳細説明。 在一特別較佳貫例中，熱光效應相位控制裝置被利用來 做爲波導物質折射率的控制，進_步地，如果需要控制功 率，功率控制裝置也必需被提供。—種可以提供光學增 的材料也是需要的’因爲它必需補償過多的損失。一個 調整損失的元件通常是不夠的，事實上利用半導體放大 的方法一種相當合適的方法。 本裝置的形成可以利用一些不同的材料，可以被利用 =料也依據相位控制方法與晶片上Μ放大器是否具備 最方便的—點’如前面説明的，利用熱光效應是爲 ι制相位，泛樣的需求可以選擇很多種材料來加以利用例如半導體材料中㈣化化鎵、或是嶙砰化嫁/鱗化』4是.氧化叙、聚合物或是氧化碎/秒等等。 +在個特別較佳實例中，這種裝置是由主動元件及/或 包路所積體集成的，主動元件例如是偵測器、雷射、盥滋 大器。 另個可替代的實例中，傳輸裝置並不是—種N對㈣ k的，置’而是一種爲了 N個波長的N+工對^ ^頻道的寒 置有訊號的波長頻道會直接連到分接端口、 一據本發明的較佳實例，上述討論中適當形成的裝置， 1、】刀接波長頻道的偵測器可積體集成在晶片上，同 ’的万法，提供附加端口的雷射裝置也可以積體集成在蟲 益 可 器 的 而 了 銦 (請先閲讀背面之注意事項

本頁) 訂 算|1> 本紙張尺度適 A7 --—-- B1五、發明説明（8 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 片上。 圖示簡要説明 下又中會以一種無限制的方式，參照附加的圖示對本發 明進—步說明，其中·· 圖1 ·説明的是根據本發明第一個完成的装置， 圖2.説明的是根據圖1的實例完成的傳輸裝置，以及 圖3 ·說明的是—些波長相對於輸出波導分配的傳輸表。 本發明的詳細説明 指?述的疋根據本發明中依波長而定的第一個傳輸裝置 70成，&包含—個積體集成於晶片上的可調式光學附 加刀接夕路複用器，它包含—種多模干涉·多重性的馬赫_ 詹德爾:涉計可調式傳輸裝置5，它是—種解多路複用器 /傳輸器，於圖2中會有進一步説明。一個多模干涉-多重 性^馬赫.詹德爾干涉計可調式解多路複用器/傳輸器的較 佳實例5，在韋伯（J Webe〇等人發表於斯德哥爾摩 =7|4月2至4曰’ ECI〇(97 ’第八屆積體光學歐洲研討 :會刊，第272 275頁的"利用多重支脚馬赫-詹德爾干涉 杨成的-種新式可解射路複用器”中，：有詳細説明。根 據本發明，它只需要一個解多路複用器，傳輸器5，而不 需要開關’因爲開關已經由多模干涉-多重性的馬赫-詹德 爾干^解多路複用器/傳輸器5本身所提供。如果需要 ^由澤擇或是附加分接頻道的可調整性，冑簡單的配置就 =只允許-個頻道可分接（及附加）。如果另—方面的波長 疋固定的，任何預定的波長數目都可以分接（及附加）。如 —- _ _ 11 本ϋϋϋτ國國家標準(㈤A4· (210x29^^ (請先閲讀背面之注意事項

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、1T Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 五、發明説明（9 ) 果開關被包含在内，一些波長也可以被分接與附加。 圖1中描述的，是一個光學附加分接多路複用器1〇能夠 分離一個波長頻道，並且附加相同的波長到—個有N個波 長的訊號，其中N > 2。第一個輸入波導經由端口〗傳輸一 個多頻道輸入訊號INn，而第二個輸入波導經由端口2傳輸 一個可以附加的波長頻道IN add。裝置i 〇也包含一個有N 個輸入與N個輸出的多模干涉_多重性的馬赫_詹德爾干涉 計解多路複用器與傳輸器5，就如圖2所描述的，這個裝置 也包含第一與第二個輸出波導個別經由端口3與端口 *傳輸 多頻运輸出Ο U TN與一個分接波長頻道〇 υτDR。第一與第 二個光學附加分接多路複用器輸人IN、IADD連接到傳輸裝 置5的兩個輸入i 3「Un·2，而且光學附加分接多路複用器 的兩個輸出〇UTn、是連接到裝置5相對於輸入的輸 出傳輸裝置其它的輸入1 3 ! - 1 3 N·2經由迴路波導6 ^ _ 6 連接到相對應的輸出1 4ν· 1 4N.2。在-個較佳實例中，1它^ 有功率控制裝置7 ! - 7N_2，特別集成在迴路波導中。然而， 需明白的’本發明並不局限於包含功率控制裝置 、疋裝置，如果有包含功率控制裝置，其較 導體放大器》 表二疋+ 曰整個裝置1G最好是積體集成在—個晶片上，例如铸化鋼 種波長可調式傳輸裝置5類似於—種陣列波導波 專幸則芬’因此’對-種N#N的裝置而言，如 軸波長，N>2,其中-輸入内，每-個波長會導出: 同的輸出’而在不同輸入的相同波長會導向不同的輸出， 本紙張尺錢财 (請先閲讀背面之注意事項本頁}

、1Τ -12-

經濟部中央標準局J工消費合作社印製 3形=由—個8對8的傳輸表加以説明，就如圖3所描 不η立中、根據本發明的傳輸裳置5與陣列波導傳輸器 不同其中它包含ν個可能的多 複用與開關的合而爲-以及其相同的裝置。解 由圖2可以看到多步g谊私λ # # 艏 八輸入訊唬，也就是一個包含N個波二單一波長導向單—不同輸出的方式分開，經 ㈣㈣制或是相位偏移的方式9(與圖ι比較），導向分接 =口二波長可被加以選擇，也就是具有可調性。其它波 長，-直#導向輸出端口3，然而其餘的Μ波長會經由 迴路回到傳輸裝置5。因爲傳輸裝◎有對稱與互惠的優 =而可得到相同的結果，也就是，輸人訊號可經由輸出訊 f互相父換，且反之亦^，因此這些波長也會被導向輸出 痛口。類似的情況，如果一個訊號與分接頻道具有相同的 波長而提供於附加端口，它會直接導向輸出端口，最後的 結果是任何N個波長都可被用來分接（及附加），然而其它 的波長會穿過傳輸裝置’當然這種裝置也可以只用於附加 作用、附加與分接並用或是只用於分接作用。如果一個導 向附加訊號的波長頻道已經包含相同的波長，這個訊號會 T分接並且由即將附加的訊號所取代。然而，如果頻道^ /又有任何訊號，附加訊號只是被附加而已。而且，一可以 選擇g長的訊號可以被分接（不會牵扯任何附加功能）。 在—個較佳實例中，它可具備與偏極性無關的功能，傳 輸裝置5與偏極性無關，因此不會產生由偏極性造成的增 益或損失（參照圖2 )，爲了能與偏極性無關，每—個干涉計 (请先閲讀背面之注意事項

裝-- ^本頁) 訂 ______- 13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0'乂2.97公釐） A7 B7

經濟部中央標準局員工消費合作社印I 五、發明説明（11 模疋母—個波導分支8i_8n，對於橫向電波（TE) 式入榆向磁波（TM)模式個別的光學路徑距 比較有利的一St e > 令、 橡的。 、 ^ ·"，占疋，母一個波導为支8ι-8ν的長度是一樣 的’因為沒有分接的Ν-2個頻道會經過傳輸裝置兩次，而 只有—個頻道經過-次，因此可能導致損失不平衡。在一 個較佳實例中，半導體放大器7ι-7Ν-2(圖1)被積體集成在 迴路中，來處理這種不平衡損失。而且，如果輸入頻道間 的功率不平衡，也可以利用相同的方法處理。g)此可能需 要-些頻道功率外部的測量4此，本裝g已具備從一: 則固相同間隔的波長中，利用電子方式選擇分接的波長； 以及利用相同波長的其它訊號將它取代並且附加的功能。 下文中，對於—種多模干涉_多重性的馬赫-詹德爾干涉 計頻道波長的傳輸裝置有更詳細的説明。以多模干涉耦合 器爲基礎的各種光學裝置已眾所皆知，例如ΙχΝ與NxN的 光學開關與波長解多路複用器。經由這兩種裝置的組合， 可以形成一種可重新支配波長的解多路複用器及/或傳輸 器。—種在磷化銦（InP)内利用熱光效應產生相位偏移开^ 成的1對N解多路複用器，如前文提到的，於章柏（ j -p

Weber)·.等人發表的報告”利用多重支腳馬赫_詹德爾干涉 計形成的—種新式可調解多路複用器"中已有説明，在此列 爲本發明之參考文獻。 從圖2中可以看到，N個輸入結合在第一個多模干涉耦合 器U，之後，光傳輸經過波導分支81_81^，再結合於第二 個NxN夕模干涉耦合器12，而產生n個輸出。爲了能夠提 (請先聞讀背面之注意事項本頁)

訂 14-

、發明説明（ A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 U種解多路複用器而不是一個傳輸裝置，輸入裝置多模 干涉耦合器11是一種lxN或2XN耦合器。 在每個波導分支8 i - 8 N中，都有一種可調的相位偏移器 。根據不同的實例，它們都是以光電原理或是载體電 製效應爲基礎’或是如前文中列舉的報告，由熱效應產生 的可碉性爲基礎。這些相位偏移器只需要改變〇至2冗之間 勺相份，如果每個波導分支的長度相同，就必需提供—個 開關。如果選的好，每個波導分支長度不一樣，就必需提 供一個解多路複用器，因此也可以藉由相位偏移器81_%的 調整而得到Ν個不同波長的輸出。這個裝置的運作原理是 基於經過功率結合器12，也就是第二個多模干涉耦合器 (輸出處）的輸入有相對正確的相位，它可以從1^個輸出中 選擇光傳輸的路徑，換言之，在特別的輸出中會產生建設 性干涉，而其它的輸出會產生破壞性干涉。波長相關性是 因波導長度不同所造成的，因爲在波長λ q、波導長度^之 下的相位結果0 ; £]爲： ' 0 i.q=-2 7Γ neffLi/ Λ q 其中neff是波導的有效系數。因此波導分支^广“的長度必 需以t開不同頻道波長的方法加以選擇，而能夠以相對的 波長傳'導至不同的輸出。有利的一點，相位控制裝置9 1 _ 9 N 可以_加任何一個介於〇與2 a之間的相位，而且它可以選 擇一個設定波長導向的輸出，其它的功能可依裝置的設計 15- 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨οχ297公釐） 請 先 閱 背 之 注 意 事 頁 裝 .11 五、發明説明（) 而決定。這也意謂著浊壤八±。 。, y 定導刀支8 1 - 8 n的絕對長度不需精確到 在；I / neff的比例範圍由 』 八、二 有相位控制裝置，它常符 合。由公式所给的裝置的波長傳輸特性現在會加 以讨論，録的運作方法是依據多模干㈣合器的特性，

而且是與相關輸出相位而定。這種實例有巴哈曼(M 期 的

Bachmann)··等人發表在1994年6月2〇日「岸用 · 刊第33(18)册，3905 _ 3911百，有關人絲 aii負，有關於一種ΝχΝ裝置 ，，酬模干涉輕合器中—般自我成像的特性及相犧 ”。然而，根據本發明，另一個衍生的特性由巴哈曼㈧ 期 中

Bachmann).等人發表在1994年6月2〇日「應用光學 刊第33(18)册，· _39U頁的ΝχΝ多模干涉镇合器甲 -般自我成像的特性及相位關係”中的—個簡單公式發現 出 到；取圖2中的波導個數’―個從第k個輸入而得到的輸 q，其相對相位爲：

(N + k + q)是偶數時，卜 (N + k + q)^^#t0f , 0 kq= ^ (k + q.1)2/(4N 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 已知這個公式後，系統中波導分支 T刀又长度Lk的万程式可以 明每一個輸出得到的不同波長。 爲T得到—個具有頻道波長Ad G + m(y的解多路複 ^ Mm是整數“是頻填間⑮’ 一個方法就是圖找 的支線長度Lj^LfLo+Ok+pk/N)!；，l0是任一長度， 是任一整數以及ϋ是一個特定的長度爲： 又 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210Χ297公整） A7 )] 經濟部中央蒙局差消費合作社印製 五、發明説明（14 λ 〇 /[ (J· (neff- λ 〇(dneff/d λ neff是支線的有效絲U整數可以下式表示 k 爲偶數時，pk=N-(k/2)、 k爲奇數時，Pk=(k_1)/2 因局L。：以自由選擇，也就是本裝置可以提供— 度，公式中的Sk也是任意値，但是不同的選擇會 間不同的傳導光詳形邶^ ^ 曰座生頻道 装。、磺形狀，進而產生頻道光譜位置不同的容 广韦’所有的Sk相同時可以得到最大的容差(它們可以 設疋局〇 ’因爲它們與L。的改變是 器被調整以致於在沽#^ 果相位偏移 ，此時W λ。時，輸入1(如圓2)會導向輸出 時在弟q個輸出可得到波長、，其中 (q+q〇)是偶數時’叫1)、物)/2模N(Mo—N) 有-點必需注意的，m只在模N中定 導内f週期性的輸出，週期爲二者 關。侧用另-個波長例如,時，^^長; 调整以致於輸…波長、導向輸出仙，此時 輸入J以相同的波長導向輸出q(j)，其中：

1 ________ - 17- 本紙張尺度適用中國國( CNsJa4^ ( 210X297^i~)— --— 五、發明説明（15 或是 q(j卜 l-[q(i) + 2(_1)N+q⑴R(n j i)] 模（2N) 模（2N) 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 在區間[1，N ]内〇古、上Λ 、有括·兩個公式中的一個會產生結果，而 疋正確的結果，函數H(N,j，i)爲： (1+j)是偶數時，R(N’j,i) = (-i)N + i(i_j)/2， (1+J)是奇數時，R(N，j,i) = (-i)N + ki+j_1)/2。 ,計算圖3表格中的—個例子，套至圖2中8對8型式的傳輪 芩置，每一個輸入與波長可導至一個輸出波導。這個裝置 可適用於所有利用波導光柵陣列傳輸器的實例中，除此之 外，其中一個優點就是可以從N種可能配置（含相位偏移器） 中選擇一個來加.以利用。 在較佳實例中，>^個範圍從4到16與WDM傳輸系統顧及 的類似，是頻道的個數。然而，本發明因限制於目前説明 的裝置而局限於這些値，反之，它們可以是更大或更小的 値。 如上述，在一個較佳實例中，分開的相位控制裝置包含 在每卜個波導分支内，爲了能夠減少控制系統的複雜性， 最好能把波導的個數降至最.少，因此最好的狀況是波導個 數等於波長個數（N)。然而在另一個替代的實例中波導的 個數會超過波長的個數。 讀 閲 讀 背 φ 意 事 項 裝 訂 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（16 ) 如參照更早先的説明，各種不同的相位控制方法都可以 採用。在大部份的較佳實例中利用的是熱光效應控制裝 置，這種裝置特別適用於開關速度不是非常重要的應用 中，熱光效應相位控制裝置的一個優點是，材料不需接 質；甚至可以是絕緣體，也就是它不需要自由載體的吸 收。更進一步地，因爲係數的改變造成的損失變化可忽略 不計，而且可得到更好的可靠性，因爲材料内沒有感應電 流造成的損失以及受限於波長的因素很低。 在一個較佳實例中，能在波導的一個部份以溫度控制的 方式產生相位控制’其方法是在波導上面沉積—個薄膜加 熱器，而且保持基板定溫，其唯—問題的解決方法是保持 相鄰波導之間有最小距離，以避免除了波導自身的加熱 外’相鄰波導之間的熱干擾。然而，比起相同波長間的相 干性干擾（Coherent crosstalk)，熱干擾只是一個小問題而 已。 / 如果切換速度是非常重要時，電光效應就可予以利用。 在特別的實施例中，吾人會使用量子井，須注意的是指數 (index)變化與波長並無太大關係。電光效應已被廣泛地使 用在結晶中，例如：在LiNb〇3及半導體（巨大的史塔克效 應或量子井）中。 電巧效應也是可利用的方法之一，它是依據由載體注入 (材料:内彳于廷子與電洞）引發的折射係數改變而產生的效 應’這個效應會導致吸收頻譜的改變，進而以克雷馬-克羅 尼（Kramers-Kroenig)關係產生折射係數的改變。半導體内 ____._____ -19 - 本紙張尺度適㈤中賴家標準（CNS )从離（2獻297公瘦） 請 先 閲 讀 背 之 注 I 項 頁 訂 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 經 濟 央 標 準 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製

-20- A7 B7 五、發明説明（17 應用的光電效應與電漿效應涉及的是p-i-n二極體結構的應 用，包含逆向偏壓（光電效應）或順向偏壓（電漿效應），因 此會利用到摻質材料，導至自由載體的吸收（特別是p型摻 質材料）。對於電漿效應而言，注入的載體也會產生吸收， 如此使得裝置很難避免功率的低損失。以載體注入爲例， 功率的損失與係數的改變幾乎是正比的增加。如果在體效 應或量子井内利用到史塔克（Stark)效應，當係數改變增加 時，吸收也會增加，因此不同波導之間的損失不—樣， 導致功率結合器輸出訊號不完全的破壞性干涉，進而引 訊號干擾。然而，也是依完成的裝置而定，以光電效應興 電漿效應爲基礎的相位控制裝置，一樣能被利用而得^很 好的結果。 一個特別的較佳實例中，它利用的是在磷砷化鎵銦/ 化銦（InGaAsP/InP)中的熱光效應，適用波長約在丨乂。 微米hm)4 1300毫微米，其它的替代方式當然也可以 用。爲了簡化製程，可以利用棱紋波導，其中它需要只 一個長晶與一個蝕刻步驟，這種技術於上述的—篇論文: 用多重支腳馬赫-詹德爾干涉計形成的—種新式可調 複用器”中有相關説明，它描述的是一種可調_解= 嶙坤化鎵銦，磷化鋼材料的-個優點是它 :進木成—些主動元件例如偵測器、雷射 态’也可以集成電路。在—個較佳f例中，放“ 更多的長晶步驟與對㈣合方法集成在迴路波料 珅化鎵銘/珅化鎵也可適用在13〇〇毫微米與⑽毫 本紙張尺度適财關家髀（ Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（18 米，然而對主動元件而言，它必需應用在87G毫微米。 、在另-個實例中，也可以利用氧化矽，矽材料。此外， 它也可以利用聚合物材料。’然而，磷坤化鎵銦/雜鋼盘 绅化㈣/珅化鎵的好處，除了可積體集成的優點外/它 們有很大的折射係數與係數階度，同時也有很大的熱光係 數’这種特性使得磷砷化鎵銦/磷化銦裝置體積可以 小。上述説明中的1對4解多路複用器是一種保守的設計， « 3疋5,8 mm對1，5 mm。利用更小的半徑與更窄的多模 干涉輕合器，根據本發明產生的光學附加分接多路複用器 會小得剛好，甚至更小。 如上述，一個較佳實例包含功率控制裝置。_個 :提供光學增应的材料是需要的，因爲它必需彌補過多的 扣^,。一種可調式損失補償元件是不夠的，最好是利用半 導ila放大器如果疋與偏極性無關的運作，放大器的做設 十必需使橫向％.波（T E )模式與横向磁波（Τ Μ)模式且有相 同的光學增益。因爲有迴路經過多模干涉_多重性的馬赫_ 詹德爾干涉計傳輸裝置5，如果放大器内的增益足夠，可 以在内邵產生雷射振蓋，振盈波長是由傳輸裝置的率波特 ί生所決定，但疋—般它與經過放大器之訊號的波長是不一 樣的’：因爲相同輸入内不同的波長會導向不同的輸出，因 此放^器的增益束縛作用形成，而給予一個和訊號功率無 關的罔定增益，至少可達到二些飽和狀態。 附加端口與分接端口之間的干擾是有利的，以致於分接 訊號的功率至少比附加訊號的功率漏流到分接端口的功率 ----------- _ 21 - 本紙張尺度適用中國國家S準(CNS )

五、發明説明（19 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 大25 dB(以1 bB的功率補償爲準）。 如前述，一些不同的材料也可以加以利用。利用的材料 對於某種考量是依相位控制元件的方法與晶片是否有内建 放大奋而疋。通常’如果要利用電漿效應或光電效應（半導 aa内）’如用的材料是砷化鎵鋁/砷化鎵或是磷坤化鎵銦/ 磷化銦（或類似的物質），如果純粹只利用光電效應，採用 的材料可爲氧化鋰鈮（LiNb〇3)與聚合物。 如果有利用晶片内建放大器，（本發明也包含其它實例） 可採用一種直接能隙半導體類材料例如砷化鎵鋁/砷化鎵 或是料化鎵銦/嶙化鋼。在—個較佳實例中，也有利用 到辑（Erbium)或其它離子㈣的波導與做爲光學激發用的 外部雷射。 也是如上述所言，熱光效應的應用可以有很多種材料環 擇，也就是半導體例如砷化鎵鋁/砷化鎵或是磷砷化鎵銦 /磷化銦、氧化.鍾鈮（LlNb〇3)、與包含氧化矽/矽的聚人 物。這些材料的主要不同點是它們的折射係&、係數^ 段、熱光效應係數、與傳輸損失。這些差異點主要會^塑 最後裝置的體積大小，因爲在氧化珍/♦中的損失 導體材料中的損失小，它可能不需要内建放大器 失造成的不平衡，，然而，這種狀況下它不能形成功化 作用。 圖1説明的是根據本發明形成的一個較佳實例襞晉，蚨 而，也可以有一些其它可替代的實例。任何波導皆二，然 爲輸入與附加端口，而且只要輸出與分接端口以== -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨〇><297公襲） 諳 先 閱 讀 背 項 寫裝 本衣 頁 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製· A7 B7 五、發明説明（20) ^ 式改變，它們也可以對換，這樣只會影響到已分配相位結 合的波長，但它不會改變裝置的整體作用。如圖1所描迷 的完成品’它的一個優點是波導不會相互交又。 在一個傳輸裝置内，波導分支的長度通常不是—種數個 頻道的單碉功能，也就是在一些實例中，一個較長的波導 是央在兩個較短波導之間，進一步地，如果利用的相位拄 制裝置是以熱光效應爲基礎，裝置間必需有足夠間隔（或波 導分支必需有間隔），以避免任何相鄰波導的溫度產生的巨 大影響。這樣的考量，就如前述説明的，會影響到裝置的 整體大小。 在一個特別的實例中，輸入及/或輸出放大裝置被安裝 來補價功率損失。 在一個實例中，所利用的是一種N+1對N+1的多模干涉_ 多重性的馬赫-詹德爾干涉計傳輸裝置，但它只包含N個波 長°這樣的裝置具有迂迴路徑，特別是光學附加分接多路 複用器與沒有訊號的波長頻道導向分接端口，以及所有N 個包f §凡號的波長經過的時候。 在另一個實例中，也是利用一種N+1對N+1的多模干涉_ 多重性的馬赫-詹德爾干涉計傳輸裝置，來獲得所有頻道間 相同的損失。然而，分接波長是固定的，意謂著可調整性 會是種損失，這種方式可以導引沒有訊號的波長頻道到 輸出蜱口，以致於所有的（N -1)頻道經過傳輸裝置與迴 路。 在一個較佳實例中，一個分接頻道的偵測器集成於晶片 __________123J_ 本紙張適财關家標準（CNS ) &4聽_ ( 21G297公董） —— ---- ---------J裝—— (請先聞讀背面之注意事項再：^寫本頁) ♦

C A7 B7 五、發明説明（2*i ) 這種方式，光纖連接與组件的個數更少，很明顯地 疋其中一個優點。 —在另一種較佳實例中，也是可利用在所有其它實例中， —種供應附加端口訊號的雷射裝置集成在晶片上，如果裝 置是可調式的，特別是光學附加分接多路複用器，雷射裝 置最好也是可調式的。 根據本發明的—個裝置具有的優點，特別是一個多模干 涉-多重性的馬赫-詹德爾干涉計傳輸裝置，是一種集成於 晶片上且具有解多路複用與開關功能的簡單裝置，其它的 優點已經在先前的應用中討論過。 本發明並非只局限於説明過的實例，在申請專利範園 内’它也可以利用一些方法而有所變化。 ————— — — — — —— (請先閲讀背面之注意事項再&寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) M規格（210X297公漦）

Claims (1)

1. A8 B8 第86113541號專利申請案 中文申請專利範圍修正本(跗年8月）誌

   經濟部t央標準局員工消費合作社印製 1.:種可傳輸不受限於波長的光學訊號之裝置（1〇)，此等 信號包含數種波長，此裝置包含一種具有輸入與輸出波 導的附加/分接多路複用„，以及具有輸入與輸出 傳輸裝置（5 )， 其特徵為 裝置（5)包含具有一些輸入的分離裝置以及具有 一些輸出的結合裝置（12)，該輸入（13ν)與輪出（Μ 其中之一個別做為多重波長的輸入/輸出，另一個輸入 (13^)與輸出（以^)個別做為一種附加/分接的波 長’其餘的輸入與輸出(13ι_13ν_2; Μι_14ν·2)做為其 餘波長的迴路，在分離裝置與結合裝置之間有一些波導 ^其中波長的解多路複用/多路複用與開關 功能可以由裝置（5)所提供。 2.如申請專利範圍第1項之裝置， 其特徵為 該裝置是積體集成在單一晶片上。 3_如申請專利範圍第i項或第2項之裝置， 其特徵為 該分離裝置⑴）包含一種第一個多模干涉韓合器做為 -個分離器’以及該結合裝置（12)包含第二個多模干涉 耦合器（MMI)做為一個結合器，傳輸裝置包含—種 具有數個支腳的多模干涉馬赫-詹德爾（Mach-ZeLde〇 干涉計。 4.如申請專利範園第1項之裝置， ----7------.^! (讀先聞讀背面之注意事碩再填寫本頁} ----- .1 I I _ -m I - 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規^7^^7 A8 B8 第86113541號專利申請案 中文申請專利範圍修正本(跗年8月）誌

   經濟部t央標準局員工消費合作社印製 1.:種可傳輸不受限於波長的光學訊號之裝置（1〇)，此等 信號包含數種波長，此裝置包含一種具有輸入與輸出波 導的附加/分接多路複用„，以及具有輸入與輸出 傳輸裝置（5 )， 其特徵為 裝置（5)包含具有一些輸入的分離裝置以及具有 一些輸出的結合裝置（12)，該輸入（13ν)與輪出（Μ 其中之一個別做為多重波長的輸入/輸出，另一個輸入 (13^)與輸出（以^)個別做為一種附加/分接的波 長’其餘的輸入與輸出(13ι_13ν_2; Μι_14ν·2)做為其 餘波長的迴路，在分離裝置與結合裝置之間有一些波導 ^其中波長的解多路複用/多路複用與開關 功能可以由裝置（5)所提供。 2.如申請專利範圍第1項之裝置， 其特徵為 該裝置是積體集成在單一晶片上。 3_如申請專利範圍第i項或第2項之裝置， 其特徵為 該分離裝置⑴）包含一種第一個多模干涉韓合器做為 -個分離器’以及該結合裝置（12)包含第二個多模干涉 耦合器（MMI)做為一個結合器，傳輸裝置包含—種 具有數個支腳的多模干涉馬赫-詹德爾（Mach-ZeLde〇 干涉計。 4.如申請專利範園第1項之裝置， ----7------.^! (讀先聞讀背面之注意事碩再填寫本頁} ----- .1 I I _ -m I - 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規^7^^7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A8 B8 C8 D8 夂、申請專利範圍 其特徵為 該裝置（10)是完全統一製造的。 5. 如申請專利範圓第1項之裝置， 其特徵為 / 波長是可調整的，附加及/或分接的波長是可以選擇 的。 6. 如申請專利範圍第5項之裝置， 其特徵為 至少一些波導分支（8l-8N)是由相位控制裝置所控制， 以便提供可調性的功能。 7. 如申請專利範圍第6項之裝置， 其特徵為 每一個波導分支- 8 N)具有個別的相位偏移裝置（9 i _ 9N)。 8. 如申請專利範圍第5項之裝置， 其特徵為 它包含兩個輸入波導’一個端口（丨）是為了多重訊號 (I N N) ’每一個訊號改為分開的波長頻道（N > 2 )，以及 —個附加端口（ 2 )可附加一個波長，而且其中包含個 輸出波導，一個端口（3)是為了多重波長頻道，以及端 口（ 4 )可分接一個波長頻道。 9. 如申請專利範圍第8項之裝置， 其特徵為 波導分支的編號（8 i，.....，8 n)至少相對於輸入波長的 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS >八4说格（2H)X297公釐） (祷先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 經濟、那中央模準局員工消費合作社印裂 '扁號（11 ......，I n)，其中傳輸裝置（5 )對於每一個波長包 含一個輸入與輸出。 10. 如申請專利範圍第9項之裝置， 其特徵為 第與第二輸入波導連接到傳輸裝置的每—個輸入， 且其中每一個輸出波導相對於個別的輸入連接到傳輸裝 置的輸出’迴路波導（6i_6n_2)是用來連接傳輪裝置相對 於輸出的其它輸入。 11. 如申請專利範圍第1項之裝置， 其特徵為 ( 功率控制裝置（7,-7^2)，例如半導體放大器，被積 集成在迴路波導（6 K6N-2)内以提供頻道功率均等化 用。 12·如申請專利範圍第i項之裝置， 其特徵為 傳輸裝置（5)包含一種關於N個等間隔波 輸裝置，且其中對每一個波長有-個傳輸表。 傳 13.如申請專利範圍第1 2項之裝置， 其特徵為 為了控制導向分接端口的波長，傳輸裝置(5)相對 相位控制裝置可被調整。 H.如申請專利範園第i 2項之裝置， 其特徵為 傳輸裝置（5)是對稱與互惠的。 體 作 的 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) '去衣. 、1T 木紙張从適用中國國家標準（CNS ) A4· ( 210X297公釐 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 15. 如申請專利範圍第1 〇項之裝置， 其特徵為 每個波導分支（8 1 - 8 N)個別對於橫向電波（T E )輿橫向 磁波（Τ Μ)的光學路徑距離是一樣的，因此形成_種與 偏極性無關的裝置。 16. 如申凊專利範圍第6項之裝置， 其特徵為 至少有一些波導分支（8ι_8Ν)的長度不—樣。 17. 如申请專利範圍第6項之裝置， 其特徵為 波導材料是一種介電物質，其中熱光式相位控制裝置 (9 1 - 9 Ν )被利用來控制折射係數。 18. 如申凊專利範圍第6項之裝置， 其特徵為 其中有利用光電式相位控制裝置或是電漿效應相位控 制裝置。 19. 如申請專利範圍第1 7項之裝置， 其特徵為 這種裝置是由半導體材料製成的，例如磷砷化鎵銦/ 鱗化銦。 20·如申請專利範圍第ϊ項之裝置， 其特徵為 它有積體集成一些主動元件及/或電路。 21.如申請專利範圍第5項之裝置， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} i农· 、1T -4- A8 ?8S 、 ______ D8______ 六'申請專利範圍 其特徵為 孩傳輸裝置是一種關於N個波長的N+1乘N+1頻道裝 置，沒有包含訊號的波長頻道會被導向分接端口。 22··如申s青專利範圍第1項之裳置， 其特徵為 —種用來偵測分接波長頻道的偵測器被積體集成於晶 片上。 23.如申請專利範圍第1項之裝置， 其特徵為 供應附加端口光學訊號的雷射裝置被積體集成於晶片 上。 24，種具有一些輸入波導的光學附加-分接多路複用裝置 (10)，包含一個多重波長輸入端口（1)與一種包含多重 波長輸出端口（ 3 )的一些輸出波導，以及包含一個傳輸 裝置（5)， 其特徵為 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 傳輸裝置（5)是一個解多路複用/傳輸裝置的组合， 它提供解多路複用與開關的功能，且其中附加及/或分 接的波長是可選擇的，因此它是一種波長可調的裝置， 該裝置（10)進而被積體集成於單—晶片上。 25.如申請專利範圍第24項之光學附加_分接多路複用裝 置， 其特徵為 它包含可調式相位控制裝置（9i_9n)，且其中附加/分 -5- I紙張U適用tPS家標準（CNS )八视#· ( 210X25»7公整) ------ A8 B8 C8 D8 382868 申請專利範圍 接的波長可由相位控制裝置的調整而選擇出來。 -如申π專利範圍第2 5項之光學附加-分接多路複用裝 置， 其特徵為 傳輻裝置（5)包含一個多波長輸入訊號中每一個波長 有一個波導分支，該波導分支（8ι_8ν)裝配在第一與第 二個多模干涉搞合器之間，其中每—個波導具有分別的 相位控制裝置（9^90。 申明專利範圍第2 6項之光學附加-分接多路複用裝 置， 其特徵為 藉著相位控制裝置(9丨_9ν)，波導的折射係數可以熱光 效應方法控制。 28_ ,種光學通仏系,统中依波長而定的傳輸方法，包含一些 光學附加-分接多路複用器， 其特徵為 它包含下列步驟： -經過光學附加分接多路複用器（〇 A D Μ )中的第一個 波導接收Ν個實際等間隔的波長， -經過光學附加分接多路複用器中一個分開的波道 收一個用來附加的波長， 才 -經由第一個輸入波導來輸入Ν個波長到多模干涉-多 重性的馬赫-詹德爾干涉計（ΜΜι_μζι)傳輸裝置， -經由第二個輸入波導來輸入附加的波長到多模干涉- -6- 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS )八4絲（210ΙΓ297公着） (请先閲讀背面之注意事項再填寫本貰) 、1r 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 '- - - - I

   S82868 ----- 申請專利範圍 夕重性的馬赫_岸彳古$ + π 置， 、爾干涉計（MMI-MZI)傳輸裝 -分離N個實際等間隔的波長， -經由相位控制裝 長， 置0凋整選擇一個用來分接的波 .經由傳輸裝置一個分問 H $|f加χ 刀開的輸出來傳輸即將分接的波 長到一個分離的輸出波導， 安Ί反 直接經由傳輸裝置打 的一個輸出， 自波長導向Ν個波長共同 導回其餘Ν_2個波長到傳輪裝置的輸入， 輸出此Ν-2個導回的波長 m 」 长乂及直接由傳輸裝置打開 勺皮長，就如同從附加端口附加的波長 到一 個共同的輸出波導，但是 7 同。 疋，、刀接波長的分接波導不 一 ---..------装 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本页) 、1T 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製