TW399372B - Optical device - Google Patents

Description

經濟¥中央標準局员工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明之範圍 本發明關於一光學多波長選擇性裝置，特別關於一多波 長選擇性開關供在一光學絪政中波長之切換及錶杆，在該 網路中’矣一波長可分別繞行。本發明亦包含一方法供在 一光學網路中繞行及切換或波長之加/降多路調制。 發明背景 爲了進一步増加目前之光學網路中之容量，已有數種方 久爲吾人熟知。一種方式是利用波長區多工（WDM)技術 以改進可用帶寬之利用程度。一爲_了增加網路彈性，在光學 網路中需要能繞行光流'通之裝置』此種繞行光流通之裝置 亦適於在網路中斷時儘量有效利用網路。 在 1996 年 1 月出版之IEEE Photonics Technology Letters， Vol. 8，中由 Y. Hibino 等人所著之"Wavelength Division Multiplexer with Photoinduced Bragg Gratings Fabricated in a Planar Lightwave Circuit Type Asymmetric Mach Zehnder Interferometer on Si"中揭示一光學元件，其中利用一布拉 格光柵及一相位控制元件於一 Mach Zehnder干涉儀中。此 一考慮之應爲波長區分多路調制及波長區分去多路調制。 上述之裝置不能用爲多波長選擇性開關。如所述之裝置 將用容增加/下降數個油道，必須有許多裝置作爲處理增 加/下降對。此型式之裝置不易重構，即爲不適用裝置。 由 K.W. Cheung，D.A. Smith, J.K. Baran，J.J. Johnson等人所 著"Wavelength-selective circuit and packer switching using acousto-optic tunable filters"發表於 Globecom，90，154i_ -4- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS )以規枋（210X 297公兑） I 1- - I 1 - II - _ - —^1 It '". - -1 —11 二-I 1- ...... -! II : (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 經濟部中央標隼局員工消费合作社印$ A7 B7 五、發明説明（ 1547頁中已揭示一方法以解決個別及獨立波長頻道根據光 一聲開關之多波長選擇性繞道。此型式之繞道特別利用數 微秒，在高速輸送中可能是個問題。 在 R.C· Alferness, L.L, Buhl, U.Koren，B.I. Miller，M. Young， T.L. Koch.等人所著之"Broadly tunable InGaAsP/InP buried rib waveguide vertical coupler filter"公布於 Techn. Dig. Integrated Photonics Research, post-deadline paper, pp. 33-36, 1991版之論文揭示一可調諧波·長選擇性光柵協助之方向性 搞合器中，含有二個不同有效省^射指數之二個波導管及一 個光栅。此方向性耦合器可自第^波導耦合一波長至第二 波導。 在目前科技中存在之有關波長撰猩開關及再古向裝置之 問題是需求特別大以及複雜之結構及更多组件，因而引起 t南功率損失及高成束，以及不能與高速輸送連接。 本發明之略述 爲了增加在一光學輸送系統中之容量，可利用數種方 $。在波長區分多路網制中，輸送頻道在不同截波上加以 夕工及去多工以分別形成一資訊流動。該多工及去多工需 要光學多波長選擇裝置。對贫此 对未些，皮長類道、改變通過光學 網中之輸送路由亦甚爲理想。爲此"，組件必須有多波 長選擇性性能特性，如多波長選擇性開關。 多波長選擇性開關之已知問韻爲造成大功率損失。

另:問題是多波長選擇性開關有—種相當複 或太多I組件。 W -5 本紙張尺度適用中國國家標卑·（ CNS )八峨格（21〇χ 297Ή.- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

ΑΊ B7 五、發明説明（3 .另一已知之問題是多波長選擇性開關之製造相當筇貴、 視其複雜組件結構及數量而定。 、尚有一問題是某些多波長選擇性開關展示相當低之切換 速度，特別以數個微秒。 、本發明_決此問題之方法爲經由―〃方向性镇合器結構 、方式之夕波長逐擇性開關而達成，該結構包含具有不同 ^射指數之：録導。此等波導在—部分㈣成彼此接 k，故在每一波導之光學場可與另—重疊，其中至少安排 一個光栅以備共同方向耦合。___ 根據本發明之供於-光學網料將光波長之切換及 I —t— »'4- . ^ 向 導 分 波 :〈万法中’在—含有光學波長之方向性轉合器結構中 -分支被激勵。此光學波長之後再經由該分支發射 性耦合器結構。光學波長更纟由 ^ . .. 文、，工由4分發射，該處之波 t排馬彼此接近，0此無或至少—波長被至少—個 ;排之光柵所影響以便共同方向轉合，並镇合至二 在本發明之第二具體實例中至少含有 器於方向性耦合器結構之至少一 '、擇放 格反射器放大器之形式。 ^中’即以分布式布: 本發明之目的爲獲得一多波長選 單而簡緊、故其製造與現有技術結構甚幻 之切換速度。 乂合易但仍保持相當f 本發明一優點爲其功率損失.可 本發明另-優點爲與已知技術相:=二 具如_治I其餘相 I_ - 6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) 五、發明説明（4 A7 B7 經濟部中央標隼局Κ工消资合作社印製 a色上特性得以改進。 f發明又一優點爲僅在絕對必要時才實施信號分離。 發明現將利用較佳具體實例及配合圖説予以説明。 略説明 圖1顯示本發明之多波長選擇性開關之具體實例。 圖2爲本發明之多波長選擇性開關之另一具體實例。 較佳具體管例 it方向性搞合器結構形式之多波長選擇性開關包含 —個波導丨及2，及四個光柵^^備共同方向_合1〇,2〇, 30 ’及40如圖1所示。該波導1及·2安排爲具右不因士有 折射指數’即在二波導中之朵馇姐洁电不@。在—部分 ,一波導1及2被安排成彼此接近，故自每—波導之二 ，可與另一重疊。在此部分之每—侧，有波導之二個 。在波錢此接近之部分中，㈣四個光麵1〇,2〇， 及4〇以備共同方向耦合。該部分稱爲光柵部分 Γ二：Γ及人401视其重複及長度之特性可使某些波 焚…耦合至弗二波導。此等光柵可視作某種相位 道二’其可使某些波長自顯示第-有效折射指數之一 二耦：至顯示第二有效折射指數之第二波導。在相位匹 —波長自-波導搞合至另_波導，此軸合盘此一應。在相位不匹配中，波長無法自-波 概。至另-波導，此與此等波長之條形搞合 =::°及4。安排在該部分可使相位匹配條4分： 效 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 一衣— 響母一部分，即在光柵10,2〇,3〇及4〇之間出現 -7- 本纸疚尺度適用中國國家標準（cNS)八娜（210χ297ϋ]-- 光分 3C先 種 、17- A7 _______B7 五、發明説明（5 ) 離，因此彼此並無相互影#。一光栅冑分之一控制信號僅 影響該一部分，而不影響其他部分。 侃定波導1以一含有四不同波長，人2, ^及凡斗之波 長之光信號所激勵。此等波長將被通過波導丨傳送至另一 邛刀，該處之波導與其彼此鄰近，即，在不同之光柵部 分。 在波導1及2展示相同之有效折射指數，而共同方向耦 合10 , 2〇，3〇及4〇光栅並不存表之情況下，不同波導之功 率可能在二波導中相同之分配^一在本發明中，二個不同波 導1及2展示不同之有效折射指数，意即在光信號中之不 同波長，如不具任何形式之相位匹配裝置將不會，或僅一 小部分波長自一波導耦合至另一波導。供共同方向耦合 10, 20, 30及40之光柵即形成相位匹配裝置，其如此形成 可使每一光柵控制某一波長。 經濟部中央梯準局負工消贽合作社印装 光柵10, 20, 3〇及40可用電信號加以控制，意指一個未 受控制之光栅將影響某些波長、並將影響在控制狀態下之 另一波長。經由此種共同方向耦合之光柵中之機構，每一 個被激勵之波長λ 1，λ 2，Λ 3及；I 4均個別地受到影響。 利用此電信號，相位匹配之程度可加以控制。在所謂廣播 狀態下，光信號在二波導間爲某波長作均勻之分配。最 好，每一光柵之设計使至少在一狀態下由光柵部分控制信 號控制之下，故每一光柵部分在進入信號之所有波長均爲 相位不匹配，即無進入波長自其進入波導被耦合。 .在上述情沉下，四波長^，λ2, λ3&λ4出現在波導 -8- 用中國國家標隼（CNS ΓΓι〇^7^λ\石] 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 A7 _ B7 五、發明説明（） 互相耦合之部分’該處亦包含該光柵，由於在每一光柵加 上適當之電流，某些波長可能被導向在該部分之任何分 支。每一搞合至波導1之波長可能被镇合出至波導1及/或 2 〇 圖2中顯示本發明之多波長選擇性開關之另一具體實施 例。此多波長選擇性開關包含一以.二個波導1及2及四個 光柵以供共同方向耦合10，20，30及40，及八個波長選擇 光學放大器50，60，70及80方武之方向性耦合器結構。該 二個波導1及2安排成具有不.固β效折射指數，即在二波 導中之光傳導速度不同。在一那-分，此二波導1及2安排 成被接近，故自一波導之光場可與另一重疊。在此部分之 每一側.有波導之二個分支。在此部分，波導安排成彼此 接近邵分。有四個光柵以供同方向韓合1〇，20，30及40。 該部分稱爲光柵邵分。此等光柵10，20，30及40視其重複 及長度特性，可使某些波長自第一波導耦合至第二波導。 光4冊10，20 ’ 30及40被安排在該部分俾;j：目位匹配條件可 分別影響每一邵分，即在光栅1 0，2 0，3 0及4 0之間出現某 .種形式之隔離，故彼此儘可能不相互影響。—光柵部分之 控制信號僅應影響該光柵，而不影響其他光柵部分。 在此具體實例中，波長選擇光學放大器50，6〇，7〇及8〇 被安排在此邵分之一側之分支中’該處之波導爲彼此接 觸，以便微分放大波長區分多工信號。在廣播狀態下，光 ¥仏號在進入波導中之間分布’意即每一波導之光強度可 能降低爲在光均勻分布於二波導間時之一半。 -9 - 本紙張尺度適用申國國家標準（CNiS ) Λί)规梢（2ΐ〇χ 297公棼） n H !-------- (n I ---，丁· _ 为 、νβ (請先閱讀背面之注意事項再填苑本頁) A7 S993V2 五、發明説明（7 ) 。。此一降低可由引進與波長數目相等之波長選擇光學放大 。器予以補償，如電流控制之分布之布拉格拚鈕rDBR)放大 器或四分之一波長線性調頻脈波DB下放大器安排在波導 ，此接近部分之相鄰部分之分支中。此等放大器可用來補 償不同波長之信號強度。 在此关體貫例中之每分支包含輿浊填姑此相鄰折油導φ 之。卩分之共向耦合1〇 , 2〇 , 30及40光柵之數目相同之波長 選擇光學放大器5〇，6〇，7〇及8〇。在每一 /刀、夂中，波長區 分多工信號可被微分放大。此在二波長區分在二個波译間 时此點非常重要，因此亦降低其強度。 波長選擇光學放大器及共向耦合之光柵可由此技藝人士 所熟知之方法製造，因此不必詳述。 本多波長選擇性開關可用單片積體光學組件介質材料如 系統InGeAsP/InP等製成。 本發明當僅不限於上述之圖中具體實例，但可以在本發 明附列之申請專利範圍之範疇内。 n —ί - I II - - -I .1 - - -I— I ......— I..... - ---· i—- - -- (請先閱讀背面之注意事項-"填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 -10- 本紙張尺度賴f關家料（CNS ) Λ4·(210χϋρ"Τ

Claims (1)

1. 811 〇 399.3¾ ABCD 徵 光 申請專利範圍 1. 一種^波長選擇性開關以供光學波長之切換及再方 其特徵爲開關以含二個波導之—方向性轉合器; 文排’其中女排（波導展示不同之有效衍射指數，在二 部分中之波導安排成彼此相鄰近，俾在第一波 學場可與第二波導重疊，反之亦I及在該部分安排ί 至κ固光栅以供方㈣合’其中該㈣安排成彼 離0 2. 根據中請專利範圍第；!項之多.波長選擇性開關，其特徵爲 所有光柵安排成具有相同之光屬重複性。 3. 根據申請專利範園第丨項之多波長選擇性開關，其特 爲至少一光柵安排成具有一與其他光栅重複性不同之 柵。 (根據申請專利範圍第2或3項之多波長選擇性開關，μ 徵爲至少在方向性耦合器結構之—分支中安排至少一 長選擇性光學放大器。 ’ 5. 根據申請專利範圍第4項之多波長撰擇性開關-其特徵爲 波長選#光學纟大器爲一電流控制分布布拉格反射器 (DBR)放大器。 °° 6. 根據申請專利範圍第5項之多波長選擇性開關， 其係由電介質材料所製成。 馬 厂根據中請專利範圍第6項之以長選擇性開關，其特徵爲 其係自一半導體系統製造，包含自週期表中m_v組之元 件。 S.根據申請專利範圍第7項之多波長選擇性開關，其特徵爲 -11 - 本紙張从^ϊϊ家標準7^Τμ· (2獻297公釐） n -- - ............ --*-1 In - -- -- -- -- I ....... n 1 - I - -- 1- - XJ . -¾ 、va (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -濟*那中夬標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 共同镇合之光柵可由一電信號所影響。 9·,在—光學網踗φ來皋波長之切換及再方 徵爲 < 方法，其特 光學波長被耦合進入一方向性耦合器結構之〜 -光學波長係經過該分支發射至方向性耦合器紅分支， 長係經過在一部分輸送，該部分之二排成彼 :二=至少一齡被該部分安排之光柵之一所影 響供同向螨合，及耦合笔另—波導。 10. ，據申請專利範圍第>1^項之气，其特徵爲方向性耦合 器結構之至少一分支_中γ至坤皮長被—波長選擇放二 器所放大。 一 11. 根據申請專利範圍第9或，其特徵爲共向耦合 用之光柵及波長選擇性光學放大器被—電信號所影垫。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---•訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -12- 私纸張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐）