TW419915B - N-port WDM grating mach-zehnder multiplexer and demultiplexer - Google Patents

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TW419915B
TW419915B TW088100545A TW88100545A TW419915B TW 419915 B TW419915 B TW 419915B TW 088100545 A TW088100545 A TW 088100545A TW 88100545 A TW88100545 A TW 88100545A TW 419915 B TW419915 B TW 419915B
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Description

經濟部中央標準局員工消费合作社印製 4 1 9 B1 5 發明説明（ 發明領域： 本發明依據1998年1月16日提出美國第δ〇/〇71，73〇號 臨時專利申請案提出申請。 本發明‘關於適合作為單模光學通訊纟統之多工及解 多工裝置。獅是，本發明侧於可再組鮮體密集波長 區分多工器（DWDM)裝置，其能夠有益於將具有多種波長之 光線訊號解多工化。 相關技術說明： 光學多工器提供通訊系統可靠性高速率之操作，該通 Λ系統運載南速度話務，其無法藉由電子領域裝置之操作 有效地處理。人們已考慮之研究包含使用波長濾波之光學 系統將不同波長之光學訊號藉由建設性干涉而合併。多工 或解多工係藉由使用兩個星形耦合器達成，其由一組多條 光學波導路徑連接。由一紙多種波長所組成之光線耦合至 Ν條光學路徑，使光能實質上相等地分配於各路徑中。每一 光學路徑對每一波長之光線具有不同的光學路徑長度。因 而，光線訊號對每一光線運行過之光學路徑產生不同的相 位偏移。每一被選擇之光學路徑將對特定波長之光線產生 建設性干涉以及對其他波長之光線產生破壞性干涉，使得. 每一路徑運載預先所選擇波長之光線訊號。反向操作將產 生多工之功能。該研究具有數項缺點◊首先，關於星形耦 合器存在設計及製造之問題。其次，平面波導例如為星形 耗合益及光學波導纖維間之光線耗合為十分困難，精細的 工作。第三，裝置無法再組態置使得系統設計者採用固定 本·紙張尺度適用中國國ί標準（CNS ) Λ4規格（210X297公嫠） <--------^------ΐτ------m (請先閲讀背面之注意事項再填本頁) 19 915 ^ _ 丨· '五、發明説明（2) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 設計使彈性受到限制。 在另外一項已進行之研究中，光纖為主具有光柵之馬 赫倫德爾裝置已加以使用使一種波長或一組波長多工化至 一條光纖上。這些裝置被連結以使數個訊號解多工化至數 條光纖上，每一訊號具有不同的波長。不過，連結將產生較 複雜的機械系統，而增加費用及可靠性令人顧率。除此，連 結處理過程將產生耦合損耗以及反射，因而使該系統性能 受到限制，例如光線訊號將擴散以及在脈沖間需要較大分 離以保持某一位元錯誤率。如先前所說明研究中，連結裝 置無法再組態，迫使系統設計者採用固定之設計而使彈性 受到限制。 本發明發現具有許多優點之可再組態單體，其能 夠處理多種波長因而去除必需連結多個裝置之需求。 發明大要： 本發明將產生這些優點及致力達成該需求。可再組態 DWDM被揭示出，其能夠導引某一波長至裝置任何外部端埠 以回應網路指令，其將提供網路操作者非常需要之彈性。 除此，由於裝置為單體形式，因而避免連結系統之缺點。最 後，同樣地能夠避免平面裝置與光纖界面之困難問題。 本發明一項優點係關於將一組多個光線訊號作波長區 分多工或解多工之單體光學裝置。每—光學訊號特點為一 種波長或一組多種波長。光學裝'置包含具有)丨個外部端淳 以及N個内部端琿之第一漸逝波耦合器，其中訊號光能均勻 地耦合於Μ個外部端埠以及N個内部端埠之間3其夺包含具 本•張尺度適用中國囡家標準（CNS)八4坭格（2丨0><297公釐） (請先閲讀背面之;±意事項再填寫本頁) 裝. 、11 線
9 S Α7 Β7 五、發明説明（3 ) 經濟部中夬標準局負工消f合作社印5i 有N個内部端淳以及〇個外部端埠之第二漸逝波耦合器，其 中sfl號光能均勻地輕合於N個内部端璋以及〇個外部端蜂之 間。N條光學路徑分別地將第一耦合器之^^個内部端埠連接 至第二耦合器之相對N個内部端埠。一組多個波長選擇元 件置於每一 N條光學路徑上依據波長或一組多種波長導引 每一光線訊號至所選擇Μ或〇外部端埠。 在本發明另外一項情況中，其揭示出製造一種裝置之 方法，該裝置作為將光線訊號波長區分多工化或解多工化 。每一光線訊號特點為波長或一組多種波長。該方法包含 形成具有Μ個外部端埠以及Ν個内部端埠之第一漸逝波耦合 器（使得訊號光能均勻地搞合於Μ個外部端埠以及Ν個内部 端埠之間）；形成具有Ν個内部端埠以及〇個外部端埠之第二 漸逝波耦合器（使得訊號光能均勻地耦合於Ν個内部端埠以 及0個外部端埠之間）；形成Ν條光學路徑分別地將第一耦合 器之Ν個内部端埠連接至第二耦合器之相對ν個内部端埠； 以及將一組多個波長選擇元件置於每一 Ν條光學路徑上;使 得波長選擇元件依據波長或一組多種波長導引每一光線訊 號至所選擇Μ或0外部端埠。 在本發明另外一項情況中，揭示出在光學裝置中將一 組多個光線訊號作波長區分多工化或解多工化之方法。該 光學裝置包含具有Μ個外部端淳以及Ν個内部端璋之第一漸 逝波耦合器，Ν個内部端璋以及0個外部端埠之第二漸逝波 耦合器。該方法包含下列步驟:提供一組多個波長選擇元 件，其置於每一 Ν條光學路徑上；依據波長或一組多種波長 ---------奸衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 線_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4说格（210Χ 297公釐} 6 419915 4 A7 B7 經濟部中央樣準局員工消«合作社印3t 五、發明説明（}) 導引每一光線訊號至所選擇外部端埠，其中每一光線訊號 特點為波長或一組多種波長。 本發明單體光學DWDM裝置具有—些優點而優於較先前 技術之WDM裝置《本發明避免將光線耦合於平面波導以及 光4波導纖維間之困難工作。由於本發明為單體設計，因 而避免連結之缺點。如先前所說明，先前設計將產生複雜 的機械系統，提高費用以及可靠性令人擔心。除此，能夠避 免耦合損耗以及反射，其將限制連結系統之性能，而產生較 佳之位7L錯誤率。本發明為可再组態使得系統操作具有彈 性而符合日益提高之網路規格需求。 本發明其他雜以及優點將由下列詳細綱揭示出， 以及其-部份能夠經由說明為熟知此技術者立即地了解， 或藉由實施說明以及申請專利範圍敘述以及附圖所描述之 情況而了解。 人們了解先前-般性說明以及下列詳細說明只是作為 解說性，m提供料了射請專概_界定之本發明 特性及特徵。 附圖.作為更進-步了解本發明，在此加入為本發明說 明書之-部份。附圖顯示出本發明之一個或多個實施例， 以及隨著說明作為解釋本發明之精神及操作。 附圖簡單說明： 圖1為本奁明可再組態單體密集波長區分多工器及 多工器。 圖2為單體波長區分多工及解多工裝置之示意圖，其顯 ,It—.IT------.ii (請先聞請背面之注意事項再填寫本頁)
9 91g 五 、發明説明（ A7 B7 經濟部中央標準局员工消费合作社印焚 示出本發明第二實施例四種波長裝置之光柵位置，其顯示 出解多工之運作。 圖3為本發明第二實施例單體波長區分多工及解多工 裝置之方塊圖，其顯示出解多工之操作。 圖4為本發明第二實施例單體波長區分多工及解多工 裝置之斷面圖，其中使用融合光纖耦合器。 圖5為本發明第二實施例波長選擇元件之詳細圖，其中 顯示出鉻加熱器元件以及電極。 圖6為本發明第三實施例使用平面耦合器技術之單體 波長區分多工及解多工裝置之示意圖。 圖7為本發明第四實施例使用平面耦合器技術以及反 射鏡之單體波長區分多工及解多工裝置之示意圖。 圖8為本發明第三及第四實施例之波長選擇元件詳細 圖，其中·顯示出電壓調變器元件。 附圖元件數字符號說明： 光學裝置 10;光學路徑 11，110,112,114,116... 11N; 外部端埠20, 200, 202, 204, 206;耦合器30;内部端槔40, 400, 402，.404,406,40N;波長選擇元件 50, 52, 54, 56, 5M;次 元件 500,502,504,506. ..50N, 520-546;内部端埠 60;耦 合器70;外部端埠80, 800,802,804,800;組態控制器90; 控制邏輯單元92;調整器94;感測器96;網路界面1〇〇; 加熱器110;反射鏡120;基質玻璃140;開孔130;匯流排 900;溫度訊號904;改正溫度訊號906;光柵5000;鉻加熱 器 5002。 Μ氏張尺度通用tif囡家標準（CNS ) Λ4規格（2丨OX 297公釐） $ L--------^------ΐτ------.^ (锖先閲讀背面之注意事項异填寫本页) 經濟部中央標準局工消f合作社印製 :5 91 5 vf A7 -------B7 五、發明説明（心） 詳細說明：. 針對本發明優先實施例詳細說明，其範例隨著附圖列 舉出。所有附圖相同或類似元件使用相同數字符號。本發 明M’⑽單體光學裝置範例性實施例顯示於圖1中，以及以參 考數字10表示。 ’ 本發明單體光學波長區分多工器及解多工器1Q將運行 於多條光學路徑上不同波長之光線訊號多工化至單一光學 路徑。由於多工器為單體形式，耦合損耗以及不想要反射 並不會使多工器性能變差以及能夠使用非常狹窄之脈沖。 能夠避免關於將光線由平面波導結_構例如為星形耦合器難 以耦合至光纖。除此，在製造上單體裝置較連結多工器為 更可靠以及較便宜。多工器10功能為多工器及解多工器。 多工器優先地使用漸逝波耦合器30及70。多工器亦使用波 長選擇元件50, 52, 54,及56,其將使多工器具有依據網路需 要而再組態之能力。該彈性能夠使網路管理者動態地對網 路作再組態以回應提高運載量及改變網路之需求。 如圓1所示，光學裝置1 〇之第一實施例包含ΜχΝ漸逝波 耦合器3Q,其具有Μ個外部端埠20以及Ν個内部端埠40。訊 號光能均勻地耦合於Μ個外部端埠20以及Ν個内部端埠40之 間。例如，進入外部端埠20Q之光線訊號將相等地分配以及 出現在内部端埠400,402,404,406及40Ν處。ΜχΝ耦合器30 以兩個方向操作使得其均勻地將進入Ν個内部端埠40之光 線耦合至外部端埠20。光學裝置1〇亦包含一個ΝχΟ漸逝波 耦合器70,其具有Ν個内部端埠60以及0個外部端淳80。ΝχΟ 本紙張尺度適用中國國家榡準< CNS) λ4規格（210><297公釐)
CT
I I.--------裝-------ΐτ------^ {請先閲讀背面之注意事項再填寫本页} 11 9 915 A7 B7 五 、發明説明（if ) 經濟部中央標準局肩工消V匕>51 耦合器70功能與MxN耦合器30相同。進入内部端埠600之光 線訊號將相等地分配以及出現在外部端埠800, 802, 804及 800處。類似MxN搞合器30之NxO耦合器70功能為輪合兩個 方向之光線。N條光學路徑110,112,114,116,... 11N將MxN 耦合器之N個内部端埠40與NxO耦合器70之N個内部耦合器 60連接。N條光學路徑110,112,114,116, .·. 11N將光線訊 號產生唯一的相位偏移，其決定於傳播於特定光學路徑中 光線之波長。一組多個波長選擇元件50, 52, 54及56放置於 每一光學路徑110... 11N上。每一波長選擇元件50, 52, 54 及56被調整為特定波長。每一波長選擇元件50, 52, 54及56 更進一步包含次元件500-50N，其形成一個陣列之波長選擇 次元件。因而次元件5〇〇, 502, 504. 506及50N被調整為相同 波長。組態控制器90連接至波長選擇元件50, 52, 54及56。 組態控制器90功能為各別地控制次元件500-50N。組態控 制器連接至網路界面10(^網路組態指令藉由網路界面100 傳送至組態控制器90。 耗合器30及70能夠為任何已知的形式，如圖4中融合光 學波導纖，維搞合器，圖6中所顯示平面排列，或圖7中平面反 射鏡排列，其為範例性。這些範例將在底下作更進一步說 明。特別令人感到興趣平面排列為自由空間耦合器，其 使用兩個線性陣列之波導，其由自由空間區域所隔離。 N條光學路徑1〇〇, 112,114,116.., 11N可為任何適當人 們所熟知形式，例如為圖4中所顯示之融合光學波導纖維耦 合器，圖6中所顯示之平面排列光學波導。然而，其選擇主 CNS} λμ (21〇χ291/^ } /〇 — 种衣.11'^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 經濟部中央標準局負工消资合作社印 五、發明説明（g ) 要決疋於製造耦合器30及70所使用之技術，因為裝置iq為 集體性之單體特性。 ~ 波長選擇元件50, 52, 54,及56,以及次元件5〇〇,.. 56n 可為任何已知適當形式，例如為光柵或反射鏡（圖2)之反射 性元件。完全反射或部份地透射之光柵為適合的。光柵與 鉻加熱器元件結合顯示於圖5中。鈮酸鋰或磷化銦波導使 用作為N條光學路徑並與電壓調變器結合，其顯示於圖8中 。本發明並不党限於些實施例，任何能夠在N條光學路徑 110. ·. 11N中改變相位差異之方法可加以採用。例如，任何 改變折射率，折射率差值，路徑長度，或心蕊直徑之方式將 產生所需要效應。 組態控制器可為任何適當已知之形式，例如組態控制 器90為以微處理器為主之系統，其使用具有晶片上記憶趙 可程式化邏輯陣列（PLA)裝置。檢查表儲存於記憶體中以 儲存波長與輸入及輸出所使用外部端埠所有可能之組合。 網路組態指令以數位字組形式被寫入組態控制器。數位字 組定址於晶片記憶體上以存取每一組合適當之設定。 網路界面能夠使用任何適當已知的方式實施。例如， 適應特定網路環境之數位匯流排系統對該應用為適合的。 匯流排系統包含數據匯流排以及控制匯流排。界面100能 夠中間轉換數據以及使用數據傳送機在光學裝置10與網路 處理器間作雙向溝通α 光學裝置10操作藉由下列範例加以說明。組態指令由 網路發送出以及由網路界面100接收。網路界面1〇〇能夠使 本纸張尺度述玥中囡囤家#準（CNS ) Λ4規格（2】OX297公犮） /( 餐------ΪΤ------Φ (請先閲讀背面之注意事項再填朽本I) 5 A7 B7 五、發明説明（q) ·. _
p I 光學裝置10以適應不同的數據格式以及不同網路環境之訊 號強度。網路界面100緩衝網路指令以及藉由匯流排系統 將網路指令寫入至組態控制器90為控制字組。控制字組實 際上為一個位址，其能夠存取記憶體令某一個位置内容以 擷取儲存於檢查表中之適當設定。所擷取數據由組態控制 器90使用以各別地驅動次元件500. ·. 56Ν。如先前所說明， Ν條光學路徑11〇, 112,114,116,及11Ν對光線訊號提供唯一 的相位偏移，其決定於傳播光學路徑中光線訊號之波長。 經濟部中央標準肩員工消资合作社印装 當次元件被驅動，其將更進一步依據網路指令偏移所選取 之光線訊號之相位。該附加相位偏移促使所選擇光線訊號 產生建設性干涉及運行於特定光學路徑所有其他光線訊號 產生破壞性干涉。如圖1所示，主要為λυ波長之光線訊 號進入外部端埠20Μ以及耦合至内部端埠400,402,404,406 至40Ν。元件50[500, 502, 504, 506.. _ 50Ν]被調整為 λ j。 組態控制器90促動次元件506,因而對λ丨波長之光線產生 附加之相位偏移。在光學路徑中使用建射性干涉，次元件 506導引具有λ i波長之光線出現於ΜχΝ搞合器之出口端琿 206處。由於破壞性干涉，波長λ η之光線並不會出現在 外部端埠206處。在該情況下，光學組件10能夠動態地組態 以導引某一波長之光線訊號由任何外部端埠20及80到達任 何其他外部端埠20及80。 在本發明第二實施例中，如圖2所顯示實施例中，揭示 出融合耦合器DWDM 10。在該實施例中，波長選擇元件5〇, 52,及54藉由使用光柵為次元件500-546而實現。圖2為示 本纸张尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0 X 297公釐） 1141 9915 ^ Α7 Β7 五、發明説明（ί〇) 經濟部中央橾準局員工消费合作社印裝 意圖，其顯示出本發明第二實施例之解多工之運作以及光 柵500-546適當之位置。為了容易表示，圖2所顯示實施例 為4x4 WDM〇熟知此技術者了解在此所揭示之原理能夠立 即地適用於形成如圖1所顯示之Mx〇裝置。 如圖2所顯示實施例，光學裝置10包含四條光纖11〇， 112,114,及116,其構成N條光學路徑。四條先纖1〗〇, η〗， 114，及116分別連接兩個4x4融合耦合器30及70之内部端埠 40及60。一組多個光柵500-546在耦合器30及70間沿著各 別光纖110-116放置。耦合器30及70間之光纖部份π0-116 長度優先為相等的。 光柵50, 52,及54分別反射波長為λ h λ 2，及；13光線 。當光線反射回到4x4耦合器30時，導引反射光線至之外部 端埠由相互作用訊號之相對相位決定出。 4x4耦合器之操作已在_公司發明名稱為^iti- plex Demultiplex Component11 之美國第 5636300 號專利 中詳細說明，該耦合器能夠適當地使用作為耦合器3 〇或耦 合器70。作為範例，其假設光線經由光纖116在端埠處206 進入耦合.器30,以及所設計之裝置使得分裂為相同強度之 出現於耦合器30及70中間部份光纖110-116之間。不存在 光柵500-546情況下，由光纖116輸入之光線到達耦合器70 處之光線相位與使用其他光纖110-116耦合之光線比較時 為超前180度。因而，耦合器70將運作輸出由光纖116輸入 之光線到達端埠806。耦合作用能夠以數學方式以利用下 列4x4矩陣表示： I:--------^1 — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -*ΙΤ 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（210><297公釐)(3 12419915 Α7 Β7 五、發明説明（" Μ /25 -/25 -425 -425 -^25 -/25 -/25 -λ^25 ~yf25 -^25 V^25 -42S l-^TE -/25 -VI? /2? 經濟部中央榡準局Μ：工消費合作社印製 矩陣中負號表示耦合至光纖110, 112,及114光線相位與搞 出光纖Π6上光線相位相比較之差值。實際上，此表示輸入 至耦合器30之光線與到達耦合器70之光線作比較為超前 180度。在適當調整相位步驟中，本發明第二實施例所使用 波長選擇元件為適當位置之光栅，或光柵與加熱器共同使 用，其在底下作更進一步說明。例如，光線由光柵5〇4向後 反射至耦合器30,相關部份光纖11之光學路徑能夠有效地 加以調整。為了輸出光線到達特定外部端琿，由輸入4X4柄 合器30之光纖光學路徑長度藉由放置光柵而更進一步減小 。具有波長λ i之光線由第一組光柵500-506反射以及輸出 至光纖114於端埠204處。由第二組光柵520-526反射波長 為λ2之光線輸出至光纖112於端埠202處。由第三組光柵 540-546反射波長為λ3之光線輸出至光纖110於端埠200處 。在圊2中，光柵適當地相對著其他組光柵放置著以使光線 之產生建射性及破壞性干涉而達成該結果》 光柵放置位置藉由範例加以說明。參考圖次元件 504與光柵500及502位移d距離。在該範例中，該位移促使 λι出現於外部端埠204處。在第二波長選擇元件52中，光 栅522對光柵520及524產生位移，使λ 2出現於外部端埠202 (锖先閲讀背面之注意事項存填寫本页) .裝· -s 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（210χ 297公釐） ' ^19 915 A7 B7 五、發明説明（IV) 處。光柵位移距離為d，以下列公式表示 ύ=λ/(2η)±(Μλ)/η (2) 其中Μ為整數。在公式2中，η為光纖之折射率。 這些光柵位移非常小。Ν條光學路徑能夠藉由使用光 線折射技術改變折射率而細微地調整或調節。光學路徑長 度能夠藉由不同折射率差值而非實際光栅位置差異而加以 改變。替代位移光栅，次元件500-546對準如圖1所示之矩 陣形式。次元件由鉻加熱器以及光柵組合所構成。鉻加熱 器放置於光柵之間。藉由對光學路徑加熱，材料折射率將 改變而使光學路徑長度改變《可加以變化，對光栅本身加 熱或對路徑及光柵加熱。在碑情況中，光學装置10可動態 地再组態。熟知此技術者了解當某一次元件被加熱時組態 控制器90將沿著光學路徑調整緊鄰之次元件以產生改變之 光學路徑長度以及相對之相位偏移。此將培實達成所選擇 訊號產生建設性干涉以及光學路徑中所有其他訊號產生破 壞性干涉。 光學組件10之第二實施例主要利用馬赫倫德爾裝置， 該裝置之狹窄波長能力為人們所知。其能夠產生數十奈米 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 大小或更小之波長分離。馬赫倫德爾裝置例如說明於美國 第5295205號專利中。漸逝波耦合器光纖耦合器30及70藉 由四條光纖110-116連接°雖然圖2顯示四條光纖，熟知此 技術者能夠在該設計中使用Ν條光纖。 圖3為本發明第二實施例之方塊圖，其顯示使用圖2耦 * ' 合器將光線訊號多工化之範例。雖然圖3顯示出4x4耦合器 本纸張尺度適用中國國家樣準（CNS ) Λ4规格U1 〇 X 297公釐） 41 9 91 5 ii A7 B7五、發明説明（8 ) 14 經濟部中央樣準局貝工消资合作杜印装 ，能夠使用任何數目之耦合器。内部及外部端埠數目並不 需要相等，因而能夠達成MxO操作。 每一條光纖110-116包含光柵50以及並不各別地顯示 出。光柵位移如圖2所示。如圖2所說明，這些光栅分別地 反射特定波長λ 1，又2,或又3之光線。在多工應用中，波長 為λ” λ2, #λ3之光線藉由耦合器30耦合至光纖110-116 。波長為;14之光線藉由耦合器70耦合至光纖110-116。光 學裝置10將波長為;I】，λ2,人3, λ4之光線合併。多工化. 訊號在光纖Π6外部端埠26處離開光學裝置1〇。 在本發明第二實施例中，多工/解多工馬赫倫德爾裝置 10優先地形成為單體結構如圖4所示。裝置1〇包含外包層 耦合器30以及70,其由相位偏移區域120連接。光學裝置1〇 藉由將光纖110,112,113,及116插入至管狀基質玻璃140之 開孔130内而形成。如圖4所示，其具有四條光纖，然而可使 用較大或較小數目Ν。每一條光纖110-116具有心蕊，其由 折射率低於心蕊折射率之包層圍繞著。光纖心蕊具有不同 的折射率以及光纖包層具有不同的折射率。緊鄰光纖基質 玻璃管件部份之折射率小於任何一條光纖包層最低折射率 。管件及光纖組合體稱為耦合器預製件。預製件處理方式 為將管件熱塌於一段未塗覆光纖上以形成耦合器。耦合器 形成處理過程為已知以及揭示於例如美國第3295205號專 利中。每一條連接光纖110-116包含具有拉伸心蕊之光學 波導纖維，該拉伸心蕊將導引光線朝向預先決定長度之心 蕊部份。 I I I I I ϋ n , I 訂- 1 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中困國家祐芈（CNS ) Λ4現格（210Χ 297公釐> 1541 991 5 ^ Α7 Β7 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印裝 五、發明説明（丨十) 如先前說明，光纖110-116埋嵌一組多個光柵元件，其 以相等縱向距離延伸著，其大體上垂直於縱向中心軸。該 光柵以及形成之處理過程為已知的以及揭示於美國第5042 898號專利中。 圖5為波長選擇次元件500與組態控制器90相互作用之 詳細圖如同圖1所示。組態控制器90包含控制邏輯單元92, 及調整器94。系統匯流排900連接控制邏輯單元至調整器 94,其將連接至加熱器11〇。次元件5〇〇包含位於光纖11G心 蕊上之光柵5000,以及位於光纖11〇四週之鉻加熱器5002， 如圖5所示。加熱器5002連接至溫度感測器96。溫度感測 器96藉由實際溫度訊號線路9〇〇4連接至調整器94以形成控 制迴路。每一次元件500-546之溫度必需精確地加以控制 以確保光纖110-11Ν之折射率適當地加以調整。熟知此技 術者了解任何適當加熱構件以及調整光纖11〇加熱構件將 足以達成控制。 圖5所顯示組態控制器90之運作說明如下。網路界面 100傳送一個組態指令至組態控制器90。該指令由控制邏 輯單元92接收。控制邏輯單元將指令轉換為每一次元件 500-546之適當溫度設定值。指令訊號經由系統匯流排藉 由調整器94傳送至各別次元件。由於存在於各别次元件處 之局部條件，在每一次元件處之溫度可能與經由系統匯流 棑900傳送至調整器之標稱溫度不同。因而，次元件溫度必 需加以調整以確保其發輝適當功能。為了達成該目標，溫 度感測器96回饋實際溫度訊號904至調整器。調整器94由 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210Χ297公嫠） \η I 裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 41 991 5 蚴 6 1 五、發明説明（ 經濟部中央標準局貝工消开合作社印¾. 實際值扣除由控制麵單元92所接收標稱溫度值以得到誤 差峨。黯贿可能為球或貞值，赫加人指令訊號 於相加以產生改正之溫度訊麵6。熟知此技術者了 解能夠使用任何精確控制次元件500_546溫度之適當構件。 本發明顯示於圖6之第三實施例中，其中顯示出單體平 面裝置10之示意圓。光學裝置10包含_漸逝波耦合器耦 合器30,其具有Μ個外部端埠2〇以及n個内部端埠4〇。外部 端埠20被使用以通達至裝置1〇外部c内部端埠4〇各別地連 接至N條光學路徑ιι〇-ηΝβΝ條光學路徑11〇-ΠΝ另外一端 連接至ΝχΟ漸逝波搞合器7〇之Ν個内部端痒60。ΝχΟ稱合器-70亦包含外部端埠80,其將通達裝置10之外部。波長選擇 元件50-5Μ-1置於Ν條光學路徑Π0-11Ν上。該實施例使用 次元件，但是為了使圖式簡單化其並未顯示於圖6中。波長 選擇元件50調整為λ【，元件52調整為λ2,以及元件5Μ-1調 整為裝置10所運載之第Μ-1種波長。耦合器3〇及7〇可為任 何已知形式，範例所顯示為自由空間NxN平面耦合器，其包 含兩個線性波導陣列之平面排列，其由自由空間區域所分 隔。如先f所說明融合耦合器實施例中，波長;^ κ之訊號 進入外部端埠20Μ如圖6所示以及相等地分裂，及出現於每 一内部端埠40處。如先前所說明，波長選擇元件50-5Μ-1可 為任何已知形式，其將改變Ν條光學路徑110-11Ν間之相位 差異以及隨同圖8加以說明。 在圖6所顯示實施例中，存在數項因素，其將決定出某 一波長將離開之外部端埠。首先，自由空間界面之曲率促 (請先閲讀背面之注意事項再填tr本頁) .裝- -* 線 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消f合作社印裝 4 I S 91 5 '14 A7 j__________B7 五、發明説明（) 使每-條波導光補著自由空㈣面另外_側稱聚集。 其次’假如波長選擇元件使用Bragg光柵，波長選擇元件相 對於波導之肖m項因素。此祕角度轉每一條波 導光線之相對延遲，藉由改變角度，形成相位化陣列將引 導光束朝向所需要之外部端4。在自由空間界面處每一條 波導相對於其他波導之位置促使光線朝著自由空間界面另 外一侧端淳聚集。每一波長被微細地加以調整至特定端蟑 ，其藉由Bragg反射鏡產生附加延遲而達成。相位延遲以及 導引角度間之關係由下列公式顯示出： 0( A^cos'^d sin6> λ/λ ] (3) 其中0為Bragg反射鏡產生之相位延遲，θ為導引角度，又 為導引光束之波長，以及d為波導間相隔距離。因而，某一 波長之相位延遲將影響反射光線聚焦之位置。最後，裝置 可再組態，其藉由放置加熱器於光柵間光學路徑[UQ... 11N]上，或藉由對光柵加熱，或兩者而達成。熟知此技術者 了解當某一次元件被加熱，組態控制器90將調整緊鄰次元 件之光學路徑以改變光學路徑長度以及相關之相位偏移。 該情況達成將確實保持選擇訊號為建設性千涉以及光學路 徑中其餘所有訊號為破壞性干涉。 圖6所顯示裝置10之運作藉由範例加以說明β波長為 λ ιι之光線訊號進入外部端埠20Μ以及耦合至内部端埠 400; 402,404,406及40NC並未各別地顯示出h組態控制器 90(並未顯示出）依據網路指令促動波長選擇元件50-5M-1 。元件50調整為λ!以及被促動以導引波長為λ丨光線到達 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Λ4規格（210Χ297公釐） ---------^------、tr------Φ (請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本页) 18五、發明説明（0) A7 B7 經濟部中央標準局貝工消贽合作社印¾
MxN輕合器之外部端埠2〇〇。由於破壞性干涉，在外部端埠 200處並不會出現波長為λ μ之光線，然而由於建設性干 涉所選擇訊號波長;出現於端埠2〇〇處。同樣地，元件52 導引所選擇λ2之光線訊號進入外部端埠2〇2,依此類推。 在情況下，光學裝置10能夠動態地再組態以導引某一波長 之光線訊號由任何一個外部端皡2〇及別至任何—個其他外 部端埠20及80。 在本發明第四實施例中，如圖7所顯示，其中顯示出單. 體平面裝置10之示意圖。在該實施例中，圖6 Νχ0耦合器70 以反射鏡120替代。在第四實施例中，每一波長選擇元件[ 50, 52, 54’.. _，5Μ-4]被調整為一種波長。槁合器3〇具有μ 個外部端埠20以及Ν個内部端埠4〇。Ν個内部端埠連接至Ν 條波導[110.. · 11NL該波導終止於反射鏡丨2〇處。波長選 擇元件50, 52, 54,至5Μ-4置於波導Π0至11Ν上。裝置1〇維 持λ m波長之光線。不過裝置中存在Μ-4個波長選擇元 件。然而λΜ-3至λΜ波長並不與波長選擇元件匹配。在第 四實施例中，反射鏡促使所有並不具有波長選擇元件之波 長反射回到輸出端埠200。 圖7所顯示裝置1〇之操作藉由範例加以說明。波長為 λ hi光線導引至外部端崞20Μ。元件50調整為又|[以及位 於波導112上之次元件（並未顯示出;)藉由蚯態控制器（並未 顯示出）促動促使；Ιι在端埠202處離開裝置1〇 »由於人13 至λΜ並不具有光柵，其被反射回去及在端埠2〇〇處離開裝 置。藉由在次元件處對光學路徑加熱以改變路徑[11〇.,, I---------裝-- f清先坫璜背面之項再填穷本頁) 訂 線 本紙張尺度通用中國國家標隼（（：呢）厶4規<格（210乂297公廣> 19 915 ^ A7 ____ B7五、發明説明（（<?) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印袈 11N]折射率而選擇一個端埠，某一波長在該端埠處離開裝 置。人們了解次元件未身能夠加熱以產生所需要的相位偏 移。 熟知此技術者了解能夠對第三實施例之波長選擇元件 [50.. _ 5M-1]，或第四實施例波長選擇元件[50.,. 5M_4]作 變化及改變，其決定於製造裝置1〇所使用之材料。例如，圖 8波長選擇元件500與組態控制器9〇相互作用之詳細圖如圖 1所示以適用於第三及第四實施例β組態控制器卯包含控 制邏輯單元9〇以及調整器94.。系統匯流排900將控制邏輯 單元92連接至調整器94。調整器92再連接至次元件500 » 次元件500包含與波導no心蕊相關之材料以及電壓調變器 5002。電壓調變器5〇〇〇連接至電壓感測器96。電壓感測器 96藉由實際電壓訊號線路9〇4連接至調變器94以形成控制 迴路。供應至每一次元件5〇〇-56Ν之電壓必需精確地加以 控制以確保光纖110-11Ν折射率適當地調整。 熟知此技術者了解任何適當構件包括圍繞著波導! i 〇 電場將足以作為波長選擇次元件。波導11〇之心蕊可為任 何適當的材料，例如為鈮酸鋰或磷化銦心蕊，其將在位於耦 合區域5002間之部份波導中產生與電壓或電場相關之相位 偏移。 圖8所_示組態控制器9〇之操作過程如下。網路界面 100傳送組態指令到達組態控制器g〇。指令由控制邏輯單 元92接收。控制邏輯單元92將指令轉變為電壓設定值使每 一個次元件500-50N產生適當之電場《指令訊號藉由調變 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 丁 -1° 本紙張尺度適用中職家樣準（CNS)Λ4·(2咖297公楚） 4 1 9 91.5 w A7 五、發!^明(0 ) ~~~7—- 器94傳送至各別次元件。然而，由於在各別次元件處之 部條件，在每一次元件處之電壓可能與標稱電壓不同。= 而，電壓感測器96傳送供應至調整器94之實際電/^調整 器94由電壓感測器所接收實際值904扣除由控制邏輯單元 92所接收經由匯流排9〇〇之標稱值以產生電壓誤差訊號。 誤差訊號可能為正值或負值，其再藉由調整器94相加至標 稱值以產生改正電壓訊號906 »熟知此技術者了解能夠使 用任何足以精確控制供應至次元件500-56N電壓之適當構 件。 熟知此技術者能夠對本發明作出許灸變化及改變而不 會脫離本發明之精神或範圍。這些變化及改變均包含於下 列本發明申請專利範圍之内β -am —^ϋ i (請先閲讀背面之注意事項再填苑本頁) •裝. 訂 線 經濟部中央標準局負工消f合作社印51 i適 X 尺 ;張 -紙 本 J準 榡 家 |囡 I國
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Claims (1)

  1. 六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 1Λ 2 經濟部中央榡準局負工消资合作社中策 1. 一種單體光學裝置，該裝置作為將一組多種光線訊號作 波長區分多工化或解多工化，每一光線訊號特徵在於一種 波長或一組多種波長以及訊號光能，該光學裝置包含： 第一漸逝波耦合器，其具有Μ個外部端埠以及N個内部端 淳，其中訊號光能均勻地耦合於Μ個外部端埠及Ν個内部端 埠之間；-. 第二漸逝波耦合器，其具有Ν個内部端埠以及〇個外部端 埠，其中訊號光能均勻地耦合於Ν個内部端埠及〇個外部端 埠之間； Ν條光學路徑以分別地連接第一漸逝波耦合器附固内部端 埠至第二漸逝波耦合器相對Ν個内部端埠；以及 一組多個波長選擇元件置於每一條光學路徑上以依據波 長或一組多種波長導引每一光線訊號至任何所選擇滅外部 端埠或〇外部端埠。 2. 依據申請專利範圍第1項之光學裝置，其中波長選擇元件 可依據網路指令加以調整。 а. 依據申請專利範圍第丨項之光學裝置，其中至少一個漸逝 波耦合器為融合波導光纖耦合器。 4. 依據申請專利範圍第1項之光學裝置，其中至少一個第一 漸逝波耦合器或第二漸逝波耦合器為平面耦合器。 5. 依據申請專利範圍第3項之光學裝置，其中平面耦合器為 NxN自由空間之平面耦合器。 ° " б. 依據申請專利範圍第丨項之光學裝置，其中一組多個 選擇元件包含： 本紙張ΛΑϋΐ用中sig)家梯準（CNs)八视格（21gx297公着） f請先閲讀背面之注意事唄再嗔寫本耳) -裝 訂 線 經濟部中央楯準局另工消費合作社印製 19 915 i bS C8 ____________ D8 六、申請專利範圍 -組多個反射元件放置於N條光學路徑上，其中每一個反 射元件加以調整以反射由一組多種波長令所選擇特定波長 之光線以及與相鄰反射元件相距一個區間。 7,依據申請專利範圍第6項之光學裝置，其中一組多個反射 元件由一組多個反射鏡所構成。 8‘依據巾請和m®第6項之絲裝置，其巾—够個反射 元件由一組多個光柵所構成β 9·依據申請專利範圍苐8項孓光學裝置，其中Ν條光學路徑 之每一光學路徑對傳播於Ν條光學路經中一組多種波長每 一波長產生不同的相位偏移。 10. 依據申清專利範圍第9項之光學裝置，其中當一组多個 光柵中一個光柵導引所選擇訊號至選擇Μ外部端槔或〇外部 端埠時，不同的相位偏移使所選擇之光線訊號產生建設性 干涉以及傳播於Ν條光學路徑中其餘所有光線訊號產生破 壞性干涉。 11. 依據申請專利範圍第10項之光學裝置，其中則条光學路 區段包含： —組多條光學波導纖維，其中該組每一條波導纖維具有 折射率，折射率差值，長度，以及心蕊直徑。 12. 依據申，專利範圍第π項之光學裝置，其中導引選擇光 線訊號到達所選擇Μ外部或〇外部端埠可藉由改變折射率差 值加以調整。 13. 依據申請專利範圍第Π項之光學裝置其中導引選擇光 線訊號到達所選擇Μ外部或0外部端埠可藉由改變長度加以 本紙》尺度逍用中國囷家榡準（CNS ) 说格（210 X W7公釐） ---------装------訂------線 (請先«讀背面之注意事項再填寫本夷) ABCD 419 915 六、申請專利範圍 調整。 U.依據t請專利範圍苐11項之光學裝置，其中導引選擇光 線訊號到埤所選擇Μ外部或〇外部端埠可藉由改變心蕊直徑 加以調整。 15. 依據申請專利範圍第1〇項之光學裝置，其中導引選擇光 線訊號到達—外部柳卜部料可藉贼變間距加以 調整，因而產生不同的相位偏移使所選擇之光線訊號產生 建S又性干涉以及其餘所有光線訊號產生破壞性干涉。 16. 依據申請專利範圍第15項之光學裝置，其中間距可藉由 下列距離(5公式加以變化： <5 = λ/(2η)±(Μλ)/η 其中λ為選擇光線訊號之波長，_光纖之折射率，以及祕為 整數。 17. 依據申請專利範圍第8項之光學裝置，其中每一光栅至 少為部份透射性。 18. 依據申請專利範圍第1項之先學裝置，其中波長選擇元 件更進一步包含： 一組多個光柵位於Ν條光學路徑上，其中每一個光柵加以 調整以由一組多種波長反雜定波長以及與該組相鄰光栅 分隔一個間距； 一組多個加熱器位於Ν條光學路徑上以及夾雜該組光柵； 过及一個組態控制器連接至每二個加熱器，其中組態控 制器藉由促動所選擇之加熱器以回應網路指令而動態地改 變每一光線訊號到達Μ外部或〇外部端埠之路由。 本紙張尺度遑用中困®家橾车< CNS ) Λ4说格（U〇X29V^ I-------—裝------訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局員工消费合作社印製 24419915 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範園 經濟部中夬樣隼局员工消費合作社印策 19. 依據申請專利範圍第18項之光學裝置，其中每一條光學 路徑對傳播條絲職巾統之每-k長產生不同的 相位偏移。 20. 依據申請專利範圍第19項之光學裝置，其中當一組多個 光柵中—個光栅導⑽麵，織至選擇Μ外部鱗或〇外部 端埠時，不肉的相位偏移使所選擇之光線訊號產生建設性 干涉以及傳播於Ν條光學路徑中其餘所有光線訊號產生破’ 壞性干涉。 21·依據申請專利範圍第20項之光學裝置，其中Ν條光學路 徑區段包含： 一組多條光學波導纖維，其中該組每一條波導纖維具有 折射率差值。 22. 依據申請專利範圍第21項之光學裝置，其中加熱器藉由 對一組多條波導纖維中所選擇之一條波導纖維加熱因而改 變折射率差值而動態性地改變所選擇光線訊號到達所選擇 Μ外部或0外部端埠之路由。 23. 依據申請專利範圍第is項之光學裝置，其中一組多個加 熱器更進一步包含： 一組多個電極各別地連接至組態控制器，其中每一電極 各別地由組態控制器依據網路指令促動以對一絚多個加熱 器中所選擇之一個加熱器提供熱量。 24. 依據申請專利範圜第1項之光學裝置，其中波長選擇元 件更進一步包含： 一組多個次元件位於Ν條光學路徑上，其中每一個次元件 本紙張尺度逋用中國國石洋準（CNS ) Α4規，格（210Χ297公釐） I π H —I I 裳 I ί I I I I 訂 I— I I 線 (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁 4 19 915 Α8 Β8 C8 D8 K、申請專利範園 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印策 為可調整的，依據波長改變每一光線訊號之相位；以及 組態控制器，其連接至每一個次元件，其中組態控制器依 據網路指令各別地促動一組多個次元件而動態地改變一組 多個光線訊號到達所選擇Μ外部或0外部端埠之路由。 25. 依據申請專利範圍第24項之光學裝置，其中每一次元件 包含： 鈮酸裡波導元件；以及 電塵調變器，其連接至妮酸經波導元件，其中電麼調變器 藉由組態控制器各別地加以控制以及藉由改變圍繞於鈮酸 鋰波導元件之 _電磁場而促動鈮酸鋰波導元件。 26. 依據申請專利範圍第25項之光學裝置，其中在導引所選 擇之訊號至選擇Μ外部端埠或0外部端埠時改變電磁場以產 生相位偏移，使所選擇光線訊號產生建設性干涉以及傳播 於Ν條光學路徑令其餘所有光線訊號產生破壞性干涉。 27·依據申請專利範圍第24項之光學裝置，其中每一次元件 包含： 磷化銦波導元以及 電壓調變器，其連接至碟化銦波導元件，其中電壓調變器 藉由組態控制器各別地加Θ控制以及藉由改變圍繞於磷化 銦波導元件之電磁場而促動磷化銦波導元件。 28.依據申請專利範圍第27項之光學裝置，其中當導引所擇 訊號至選擇Μ外郜端埠或0娣部端埠時改變電磁場將產生相 位偏移，使所選擇光線訊號產生建設性干涉以及傳播於Ν條 光學路徑中其餘所有光線訊號產生破壞性干涉 本紙张尺度適用中國國家梂準（CNS ) Α4·«1格（21〇Χ25»7公釐） I ί I 裝 n 訂 « 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾华局貞工消費合作社印掣 A8 BB C8 D8 __ 六、申請專利範圍 29. —種製造光學裝置之方法，該裝置將光線訊號作波長區 分多工或解多工化，每一光線訊號特點在於一種波長或一 组多種波長以及訊號光能，該方法包含下列步驟： 形成第一漸逝波耦合器，其具有Μ個外部端埠以及N個内 部端埠，其中訊號光能均勻地耦合於Μ個外部端谭及Ν個内 部端埠之間;‘ 形成第二漸逝波耦合器，其具有Ν個内部端埠以及0個外 部端埠，其中訊號光能均勻地耦合於Ν個内部端埠及〇個外 部端埠之間；以及 形成Ν條光學路徑以分別連接第一漸逝波耦合器Ν個内部 端埠至第二漸逝波耦合器相對Ν個内部端埠；以及 放置一組多個波長選擇元件於每一條光學路徑上，其中 波長選擇元件依據波長或一組多種波長導引光線訊號至 所選擇Μ外部端埠或〇外部端埠之一個端埠。 30. 依據申請專利範圍第29項之方法，其中實施形成步驟將 使裝置整體地形成。 31. 依據申請專利範圍第29項之方法，其中至少一個第一漸 逝波耦合器或苐二漸逝波耦合器為融合波導纖維耦合器。 32. 依據申請專利範圍第29項之方法，其中至少一個第一漸 逝波耦合器或第二漸逝波耦合器為平面耦合器。 33. 依據申請專利範圍第29項之方法，其中至少一個第一漸 逝波耦合器或第二漸逝波麵合器為NxN自由空，間平面耦合 器。 ‘ σ 34. —種在光學裝置中將光線訊號作波長區分多工或解多 本紙浪从適財UBS:轉（CNS)嶋^ (2丨Gx297公羡） 26 ^ — (請先聞讀背面之注^^項再填寫本頁) 訂 線 5 41 9 9 1— 4 ABCD 27 經濟部中央標準局負工消費合作社印$L 夂、申請專利範圍 工化之方法，該裝置具有包含Μ個外部端埠以及N個内部端 埠之第一漸逝波耦合器，包含Ν個内部端埠以及0個外部端 埠之第二漸逝波耦合器，以及Ν條光學路徑，其連接第一漸 逝波耦合器Ν個内部端埠至第二漸逝波耦合器相對Ν個内部 端埠，該方法包含下列步驟： 提供一組多個波長選擇元件於每一 Ν條光學路徑上;及， 導引一組多根光線訊號中一個訊號至任何一個Μ外部或〇 外部端埠，其依據訊號之一種波長或一組多種波長導引，其 宁每一個光線訊號特點在於波長或一組多種波長。 35,依據申請專利範圍第29項之方法,其中一組多個波長選 擇元件為可加熱之光柵元件以及導引步驟更進一步包含： 對傳播於Ν條光學路徑中光線之每一波長產生不同的相 位偏移，其中不同的相位偏移使所選擇光線訊號產生建設 性干涉以及傳播於Ν條光學路徑中其餘所有光線訊號產生 破壞性干涉； 反射一組多種波長光線中一種選擇之波長，其中每一個 可加熱之光柵元件被調整為特定之波長因而反射具有特定 波長之光線；以及 對所選擇加熱元件加熱因而動態地改變一組多個光線訊 號中一個選擇訊號到達任何一個Μ外部或〇外部端埠之路由。 本紙張尺度逍用中困因家揉準（CNS ) Α4说格（X 297公着） I I I I I ! I I I I —訂 I I . 線 (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁}
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