TW391088B - Wavelength selective switching element - Google Patents

Description

五、發明說明（㈠ 技術領域

::月是有關於—種光學波長選擇裝置，尤其是一種波 felt擇士刀換元件，能I 中备個β β 垔新女徘尤学網路中的波長通道，其 長通、f f ΐ 以被分別且獨立的重新安棑到其它的波 通乂古。本發明也是有關一種重新安排光學網路中波長 通迢的方Ά。 二―----- _ 習用技術 能進一步增加甩有光學網路的容量已有許多不同 =法：開發α來。耳中的一種方法走使用所謂的波長切 :夕工（DM)技％，以改善光學網路中的光纖在可用頻寬 的連接操作程度。為了增加網路的彈性，所以需要能在 光學網路中重新連線的裝置。重新連線用的該裝置也適合 以最可能的有效的方式，來使用該網路，並在適合處理網 路的中斷。為了能公刖對每個波長通道提供重新連線的功 月匕’所以需要波長選擇切換裝置。 在由 Y. Hibino 等人在IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 8， No. 1， Japuary 1996， 9984-86 中所 提出的’’Wavelength Division Multiplexer with

Photoinduced Bragg Gratings Fabricated in a planar Lightwave Circuit Type Asymmetric Mach Zehnder Interferometer on Si” ’已揭露出一種光學元件’在= Mach Zehnder干涉儀中使用布拉格光柵以及相位控制單 元。所建議的應用是波長切割多工處理以及波長切割解多 工處理。

C:\DATA\I)ATA28\.rl595. ptd 五'發明說明（2) 丨 然而，上述所揭露的切換裝置不能當作波長選擇切換元 件來使用。如果使用上述所揭露的切換裝置，來增加/去 I 除更多的通道，則需要許多的元件，其數目等於所要控制I 的增加/含除對的數目。這種裝置很難重新組態，亦即沒| 有彈性。 上述技術中與波長選擇切換元件有關的問題是，這些裝 置需要很大的複雜結構或一些元件，造成較高的功率損失 以及較高的成本。 本發明内容 為了增加光學傳輸系統的容量，可以使用複數個不同的 方法。例如使用来.诫切®丨备工處理時，傳輸通道是從資訊 流或到資訊流，以不同的載波波長進行多工處理以及觫多 工處理。該多工處理以及解多工處理需要光學性的波長選 擇元件。對每個波長通道，還需要決定出經由光學網路所 傳輸的通道。為此，切換元件便需要有波長長選擇的特 性。 習用波長選擇切換元件所遇到問題是會造成較大的功率 消耗。 習用波長選擇切換元件所遇到另一咖間題是，習用知波 長選擇切換元件具有很複雜的結構，而且在所有已知情形，i 下，具有相當吝數目的不同元件。 ] 習用波長選擇切換元件所遇到另一個問題是，基於以上 所述的複雜結構以及構成的元件數目，習用波長選擇切換 元件的製造成本相當昂貴。 丨

C:\DATA\DATA28'\5/1595.pLd 第 8 頁 五'發明說明（3) 本發明利用波 長選擇切換元件 跨接結構，至少 波長選擇跨接結 該第一多模態波 側具有至少二存 有至少二存取波 長選擇跨接結構 在波長選擇跨 一存取波導，是 跨接結構上第一 第二側的第二存 到波長選擇跨接 長選擇跨接結構 接波導，而被安 波導上，以及波 導，是經由第四 第一側的第二存 相位控制單元 連接波導中。 在波長選擇跨 有二種不同的所 路徑，是從第一 由第一與第四連 長選擇切換元件來解 具有至少二多模態波 二相位控制單元，以 構被安置在第—與第 導在第一側具有至少 取波導，而該第二多 導’在第二側具有至 在第一側與第二側具 接結構中，第一多模 經由第一連接波導， 側的第一存取波導上 取波導，是經由第二 結構上第二側的第一 中第一側的第二存取 置到第二多模態波導 長選擇跨接結構中第 連接波導，而被安置 取波導上。 是安置在波長選擇& 接結構中，對光信號 謂Mach-Zehnder 路徑 多模態波導上第二側 接波導，以及經由波 決這些問題，其中波 導，至少一波長選擇 及至少四連接波導。 二多模態波導之間。 一存取波導，在第二 模態波導在第一側具 少一存取波導。該波 有至少二存取波導。 態波導上第二側的第 而被安置到波長選擇 ’第—多模態波導上 連接波導，而被安置 存取波導上，而且波 波導’是經由第三連 上第一側的第一存取 二側的第二存取波 到第二多模態波導上 嗔結構上其中一側的 中的每一特定油長， 。第一Mach-Zehnder 的第一存取波導，經 長選擇跨接結構，而

C:\DATA\DAT/\Z8\r>459f).ptd

五、發明說明（4) 坡導，其中波長選 〇 楔態波導上第二側 波導，以及經由波 上第一側的第一存 經過跨接結構的波 到第二多模態波導上第一側的第二存取 擇跨接結槿暑針#經過跨接結構的波長 第二Mach-Zehnder路徑，是從第〜多 的第二存取波導’經由第二與第三連接 長選擇跨接結構，而到第二多模態坡導 取波導’其中波長選擇跨接結構是針對 長。 第三 Mach-Zehnder 路徑， 的第一存取波導，經由第一 長選擇跨接結構，而到第二 取波導’其中波長選擇跨接 長。 是從第、—多模態波導上第二側 與第f連接波導，以及經由波 多模，波導上第一側的第—存 結構疋針對經過跨接結構的波 第四Mach-Zehnder路搾，是從第一多模態波導上笛_ 一 j 貝 || 的第二存取波導’經由第二與第四連接波導，以及經由 長選擇跨接結構，而到第二多模態波導上第一側的第_ ^ 取波導’其中波長選擇跨接結構是針對經過跨接結構的、皮 長0 只有在任何跨接結構中反射的波長，才能被主動的控 制’亦即經由上述第二或第四Mach-Zehnder路徑的波長 該Mach-Zehnder路徑的長度最好是等於依據本發明 ^ 選擇切換單元的長度❶ 叹t 所以’對於波長選擇跨接結構，有二種不同的 Mach-Zehnder路徑，給被跨接結構所反射的波長，以 二種不同的Mach-Zehnder路徑，給穿過跨接結構的波長有

0:\1)/\ΤΛΜ)ΛΤΛ28\Γ)Ί595.ρίί] 第 1〇 胃 五、發明說明（5) 因此，對於給二不同長的二 有2xN個不同的Mach-Zehnde 當使用相同的型式時，亦 二多模態波導最好是具有相 明的實施例中’多模態波導 在二個或更多個波長選擇 接結構都加入二相位控制單 擇跨接結構在最近另一波長 具有一相位控制單元。波長 的’從第一波長選擇跨接結 導，到達相鄰波長選擇跨接 存取波導是選取相互間最接 依據本發明的方法，對於 長通道來說’波長通道是在 至少一存取波導中被激發的 波導而傳送出去，並投射 逑接波導上。接著，光學波 去。對每個波長選擇跨接結 波導内的二個相位控制單元 位是會改變，而該第一與第 結構的第一側上，同時在波 該反射波長相位則是相對保 對每個波長選擇跨接結構 次。光學波長通道在第二多 不同的Mach-Zehnder路裡_，便^ r路徑給N個波長。 即如2x2的型式時，第—與第 同的長度-寬度比。依據本發 可以包含一MMI波導。 跨接結構中，每個波長選擇跨 元與一連接波導。每個波長選 選擇跨接結構的相反.側上，都 選擇跨接結構是相互交錯安置 構上的存取波導，經_連接波 結構上的另一存取波導上。該 近而且是在相同側上的。 在光學網路中重新連接光學波 第一多模通道浊導的第一側上 。該光學波長通道經第一多模 該存取波導的相反側上至少二 長通道經該連接波導而傳送出 構’被安置在第一與第二連接 反射二次後的反射波長，其相 二連接波導是在波長選擇跨接 長選擇跨接結構的第二侧上， 持不變。 ’傳送波長的相位會改變一 模態波導的至少二連接波導中

五、發明說明（6) 一 被激發。每個波長的相位差將決定出該波長的功率大小， 以及每個波長要從多楔態波導中的那個輸出波導傳送出 去。 屬於特定波長選擇跨接結構的相位控制單元，是以同步 方式進行操作，並以相同的程度改變其相位。 依據本發明的實施例，波長選擇方向切換結構是 MMI-Bragg-grating 型。 本發明的目的在於提供一種波長選擇切換元件，其中每 個波長都能被獨立的切換’而與其它的波長無關，並切換 到所有可能的輸出上，同時由於該結構相當簡單且很有 效，以致於相較於習用技術來說，可以降低其製造成本。 , 本發明的優點是’功率消耗可以保持很低。 ’ 本發明的另一優點是，相較於習用技術來說，可以改善 如串音等的性能。 本發明將參閱較佳實施例以及附加的圖式做詳細的說 明。 圖式說明 圖1顯示依據本發明波長選擇切換元件的實施例。 圖2顯示基於所謂MMIBg原理的對稱增加/去除結構的實 例。 較佳實施例 圖1顯示依據.本發明波長選擇切換元件1的實施例。波長 選擇切換元件1包含二個多模態波導1 0與2 〇，四個波長選 擇跨接結構2 ’ 4，6與8，八個相位控制單元ci，C2，D1，

C:\D/\TA\D/\TA28\5/1595.ptd 第丨2 頁 五、發明說明（7) D2，Ei ，E2，F1與F2，十個連接波導與存取波導，在多模 態波導1 0與2 0上以及在波長選擇跨接結構2，4，6與8上。 包含許多不同波長的光信號，被激發進入在第一多模態 波導1 0中第一側上的存取波導中。該光信號經第一多模態 波導丨0傳送出去，並投射到相對於該光信號入射位置的相 反側上的存取波導中。依據長度-寬度比以及存取波導的 安置情形，將該光信號投射到多模態波導1 0。假設長度-寬度比就如同，在多模態波導1 0的第一側被激發的光信 號，是以相同的方式投射到相反側上的存取波導中，亦即 該光信號在二個存取波導中，已經被切割成一半強度。有 連接波導接到第一多模態波導1 0中第二側上的存取波導 上。第一連接波導是連接到第一波長選擇跨接結構2上第 一側的的第一存取波導中。第二連接波導是連接到第一波 長選擇跨接結構2上第二側的的.第一存取波導中。其中一 個連接波導包含有一相位控制單元C 1。圖1所示的實施例 中，該相位控制單元是包含在該第一連接波導中。第二波 长選擇跨接結構4是經由二個連接波導，安置到第一波長 選擇跨接結構上。第一波長選擇跨接結構2上第一側的的 第二存取波導，是經由第三連接波導，被安置到第二波長 選擇跨接結構4上第一側的的第一存取波導中。第一波長 選擇跨接結構2上第二側的的第二存取波導，是經由第四 連接波導，被安置到第二波長選擇跨接結構4上第二側的 的第一存取波導中。 在圖1中，顯示出四個波長選擇跨接結構2，4，6與8是

C:\D/\T;\\D/\T/\28\54595.pl;d 第丨3 頁 五、發明說明（8) 依序安置在一起。波長選擇跨接結構2，4，6與8經由連接 波導’以相互交錯的方式’從第一波長選擇跨接結構上的 存取波導連接到相鄰波長選擇跨接結構上的存取波導上’ 其中該存取波導的選取是要讓相同側上的其它存取波導之 間的距離最為接近。 最後的波長選擇跨接結構8是經由連接波導而連接到第 二多模態波導2 0。最後的波長選擇跨接結構8上第一側的 的第二存取波導’是經由連接波導，而連接到第二多模態 波導20上第一側的第一存取波導中。最後的波長選擇跨接 結構8上第二侧的的第二存取波導，是經由連接波導’而 連接到第二多模態波導2 0上第一側的的第二存取波導中。 圖1所示的實施例中，有二波導在第二多模態波導2 0的第 二側上。 沿第一多模態波導1 0中第一側上的區段A，所饋入存取 波導的光信號，是如上所述的先經過該第一多模態波導1 0 傳送出去’並沿著區段B投射到相對於該存取波導相反側 上所安置的二連接波導上。然後，光信號進一步在二連接 波導中傳送。在其中一個連接波導中，安置有一相位控制 單元C 1。該相位控制單元C1會影響到所有波長的通過。該 光信號再傳送到區段C上第一波長選擇跨接結構2中。區段 C，D，E與F上的每個波長選擇跨接結構2，4，6與8，都被 設計成要能反射一波長並傳送其它的波長。假設區段C的 第一波長選擇跨接結構2被設計成要能反射波長λ 1，區段 Α的第二波長選擇跨接結構4被設計成要能反射波長λ 2，

C: \DATA\D/\TA28\51595. ptd 第14頁 —-----------------------. ____________________________ 五、發明說明（9) —-....................-- - 區的第—波長選擇跨接結構6被設計成要能反射波長又 及1區姣F的第四波長選擇跨接結構8被設計成要能反 射波長λ 4。 對於波長又1 ，又2， ^ +Λ ^ λ 3 λ 4而言，每個波長都只會被 其它所有的波長 與中的其一個所反射，並傳送 依據圖1所示的會搞你丨，豳 > 。 Γ 與 長選擇跨接結構反射而 /口者Q 的第二連接波導傳送出去 每個被任一波長選擇跨接仕構 /長k k作比較， 導傳送出去的波ΚΪ二而：著區則連接波 響。例如當波長；u到達沿“Qi^相f控制單元的影 -側時，其相位會與第一與第模態波導20上第 所述的，是取決於該波長已經中的不同’如前 。，。2，，，£1，£2,與；^ =的相位控制單元 第一與第二存取波導中每個不同=到。沿區段g上 會不相同。在圖1中沿區段G的第—與’的相位：彼此間 一給定的波長，其相位與第二存取波二存取波導，對於 已經改變過二次。％個反射波長都具 =相位作比較，

Mach-Zehnder路徑，穿過該結構，以之疋的路徑’ 實施例的幫助，如長度，寬度，以及=種方式，並藉適當 態波導2 0上的安置，（更可以獨立的影^ ^導在第二多模 後每個反射波長都能導入沿區段Η上的任至何其它的波長’然 對於一給定的第二多模態波導之長度_ 1 。

上存取波導中光信號的相位差，會決a ’度比’沿區段G 、叱出光信號要沿著區

第15頁 C:\D/m\I)AT；\28\5^l595.ptd 五、發明說明（丨〇) 段Η聚焦到何處。 相位控制單元最好是同步操作，並具有相同的相位 化。 定 β在圖2中，顯示出竦長選擇跨接結構丨〇 〇的實例，其優點 是’能使用在依據本發明的波長選擇切換元件中。理論·’ 上’圖2的波長選擇跨接結構1〇〇是一種增加/去除多工單 元。圖2的特定元件稱作對稱〇卜計32訌(^肘11^結構。任 何具有類似圖2中波長選擇跨接結構功能的增加/去除單壬 都可以使用，但是對於該元件的實現，最重要的是，該$ 元不能被減除掉。當需要做減除處理時，如果有相當^ $ 波長要操作’波長選擇切換單元1是不可能進行操作的，’ 亦即’當需要許多波長選擇跨接結構2，4，6與8時。’ 例如，有一光信號被激發射入圖2跨接結構的存取波 40中。有一通道被反射到存取波導3〇上，而且其它通道 傳送到存取波導50上。由於該元件的交互作用與對稱性， 被激發射入存取波導5 〇上的光信號’會被反射到存取 5 0會傳送到存取波導3 〇。 / 4 跨接結構最號是對稱性的’亦即，如果是在中間的地 做切割，則二個一半都必須是其自己的鏡像。 方 波長選擇切換單元1可以用任何單石半導體系統或 S i 0 2 / S i的介電波導系統來構成。 波長選擇切換單元可以用所有具相同長度的連接波 本發明並不受限於上述的說明以及實施例中解說用的圖

C:\D/\TA\DATA28\54595.ptd 第丨6 頁

Claims (1)

1. \、申請專利範圍 1. 一種供切換光學波長用的波長選擇切換元件（1 )，包 含至少二多模態波導（1 0， 2 0 )，至少一波長選擇跨接結構 (2, 4， 6， 8 )，至少二相位控制單元（C 1, C 2， D 1, D 2， E 1，E 2，F 1， F 2 )，至少四連接波導，其中該波長選擇跨 接結構是設計成在第一多模態波導（1 〇)與第二多模態波導 (20)之間，該第一多模態波導（1 0)在第一側上具有至少 一存取波導，以及在第二側上具有至少二存取波導，該第 二多模態波導（2 0 )在第一側上具有至少二存取波導，而 在第二側上具有至少一存取波導，該波長選擇跨接結構在 第一側與第二側上具有至少二存取波導， 其中在一请長選擇跨接結構上， 第一多模態波導上第二側的第一存取波導，是經由 第一連接波導，而被連接到該波長選擇跨接結構中第一側 上的第一存取波導， 第一多模態波導上第二側的第二存取波導，是經由 第二連接波導，而被連接到該波長選擇跨接結構中第二側 上的第一存取波導， 該波長選擇跨接結構中第一側上的第二存取波導， i 是經由第三連接波導，而被連接到該第二多模態波導中第 一側上的第一存取波導， 該波長選擇跨接結構中第二側上的第二存取波導， 是經由第四連接波導，而被連接到該第二多模態波導中第 一側上的第二存取波導， 其中相位控制單元是在該波長選擇跨接結構中任一

   C:\DATA\I)/\T/\28\54595.ptd 第丨8 頁 申請專利範圍 側的連接波導上 玻县ί : ί :相為控制單元與二連接波導被加到二“ ，安、構的母個波長選擇跨接結構中， 有關：:ίΐίΞίϊ結鄰波長選擇跨接結 的存取波導；從第一波長選擇跨接結構上 上， '皮長選擇跨接結構的另一存取波導 互間最為接：取波導的選取是要讓相同側上的存取波導 2在二! ”利範圍第1項之波長選擇切換元件⑴，” 在於该多模態波導是MMI波導。 1千⑴其4寸 3,如申請專利範圍第2 在於嗜浊善％ m u負波長選擇切換疋件（1)，其特 任H皮長選擇跨接結構是對稱的。 行 利範圍第2項之波長選擇 結構（100)。 ， ， 6’ 8)疋 MMI-Bragg 光 5·如申請專利範圍第3項或第4項之县撰摆& μ _ & )，其特徵在於，屬於备伽：？·皮長選擇切換70件 制單元（Cl，C2，Dl，D2 E1 擇跨接結構的該相位 改變到相同的程度。 ，，E2， Fl， F2)，會將相位 圍第5項之波長選擇切換元件⑴，兑特 徵在於所有的連接波導都是相巧的。 /'特 ?·如申請專利範圍以項之波長選擇^換元件⑴，其特

   C:\D/\T/\\D/\TA28\54595.ptd 第19胃 六、申請專利範園 徵在於，對於N個波長選擇跨接結構，便有2 xN個不同的 Mach-Zehnder路徑，給N個不同波長。 丨 8. —種切換光學網路中光學波長通道之方法，其特徵在 於， 該光學波長通道是用至少一存取波導來做連接，而 i 該存取波導是在第一多模態波導的第一側上\ ! 該光學波長通道是經由該第一多模態波導來傳送， 並投射到至少二連接波導上，而該二連接波導是在該存取 波導的相反側上， 該光學波長通道是經由該存取波導來傳送， 對於每個波長選擇跨接結構，安置在該波長選擇跨 接結構的第一側上第一與第二連接波導内的二相位控制單 元，會將反射波長的相位改變二次，同時在該波長選擇跨 接結構的第二側上，該反射波長相位則保持不變， 對於每個波長選擇跨接結構，其相位會在每個波長 選擇跨接結構的第一與第二方向上改變一次， 該光學波長通道是經由第二多模態波導内至少二連 接波導來連接的，以及 對於已給定的該多模態波導之長度-寬度比，第二 多模態波導上第一側的每個存取波導内光信號的相位差， 會決定出該光信號要聚焦到第二多模態波導上第二侧之何 處。 9. 如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於該多模態 i 波導是MMI波導。 丨

   C：\D/\TA\I)ATA28\54595.ptd 第 20 頁 391088 丨六、申請專利範圍 10.如申請專利範圍第9項之方法，其特徵在於所有的連 接波導都是相同的長度。 1 1.如申請專利範圍第1 0項之方法，其特徵在於，對於N 個波長選擇跨接結構，便有2xN個不同的Mach-Zehnder路 徑，給N個不同波長。 I Μ mi C：\l)ATA\I)AT/\28\54595.ptd