TW507088B - Apparatus and method for optical add/drop multiplexing of a wavelength channel multiplex - Google Patents

Description

507088 五、發明說明（1) - 發明之技術範圍 本發明大致關於光傳遞技術，特別是用以電信與資料通 訊之單模整合光學。 · 更明確而言，本發明係有關可調增/減多工之裝置及可 調增/減多工之方法。 發明之相關技藝及背景說明 可調光學增-減多工器需使用在不同種類的網路。尤其 在％型與匯流排結構’增-減功能是重要的。增-減多工器 可透過使用各種不同的原理實施。

提供布拉格光柵及根據一 Μ Z I結構（Μ Z I，邁克生干涉儀） 之一多工為、已在Low Crosstalk Optical Add-Drop Multiplexer based on a Planar Silica-On-Silicon Mach-Zehnder Interferometer with UV-induced Bragg Gratings and UV-Trimming, J.-M. Jouanno et al., Tech. Dig. Bragg Gratings, Photosensitivity, and Poling in Glass Fibers and Waveguides ： Applications and Fundamentals, OSA, 1997, Williamsbuirg，VA，pp· 25 9-2 6 1 描述。大體上，一增 / 減 f工器可透過使用此一裝置達成，該裝置係包含由兩干擾 臂互接的兩方向耦合器，一所謂的Mz!結構。然而，實際 上可能需要兩分開裝置，為了要達成完全的增/減功能。 或者’兩布拉格光柵是率接在每個邁克生臂。此外，耦合 至所謂組合模式可在光柵結構發生，造成降低裝置的效率 ，特別是在較布拉格波長為短的載頻波長之通道。

507088 五、發明說明（2) ^ 稱為MMIMZI解多工器（MMIMZI，多模干擾邁克生干涉儀） 的’皮長送擇可调裝置能當作一改裝解多工器使用，可參 考例如A new type of tunable demultiplexer using a multi-leg Mach-Zehnder interferometer, J.-p. weber et al·， proc· ECI0 ， 97 EthE5， Stockholm, pp· 272- 2 7 5， 1 9 9 7的出版。兩此裝置的串級可能造成一完全可調 增/減多工器。此一多工器在串音效率很好具有一非常窄 的範圍。此可解決，但是然後非常複雜的干擾電路在多工 器的邁克生臂需要達成非線性相位響應。此外，當兩 MM I MZ I裝置串接時，干擾問題便會在傳送的通道上發生。 根據可完全提供個別轉變的一MMIMIBg結構（MMIMIBg， 布拉格光柵輔助多模干擾邁克生干涉儀）之波長選擇裝置 疋在Bragg grating assisted MMIMI coupler for wavelength selective switching, T. Augustsson, Electron· Lett.，Vo 1. 34(25)pp. 24 1 6-24 1 8，1 9 98 描述 。即使技術的理論指出低串音，例如取決於製造處理的變 化會增加串音。或許，兩分開的裝置需要獲得增/減功能 〇 提供布拉格光栅的一以MMI為基礎之裝置是在Bragg Grating-Assisted MMI coupler for Add-Drop Multiplexing, T. Augustsson, J. Lightwave

Technol·， V〇l· 16(8)， pp· 1517-1522， 1998描述。然 而，不易於實施可處理由小於40 0 GHz所分開通道之此一 裝置，而且仍然呈現良好的濾波器效率。

507088 五、發明說明（3) - 發明概述 本發明的一主要目的是要提供用於一波長通道多工的增 /減多工之裝置及方法，而可同時處理許多通道。 在這一點上，本發明的一特殊目的是要提供用於一波長 通道多工的增/減多工之此裝置及方法，而可處理緊密間 隔的波長通道。 仍然為本發明的一進一步目的是要提供用於一波長通道 多工的增/減多工之此裝置及方法，而可在複數進密間隔 波長通道之間展現可調性。 仍然為本發明的一進一步目的是要提供用於一波長通道 多工的增/減多工之一裝置，該裝置是一小型及包括波長 通道之短傳遞長度。 根據本發明的一第一觀點，尤其是這些目可透過一裝置 獲得，該裝置是用於包含至少大小4x4之一MMI耦合器及一 Μ I臂區段的光學增/減多工。 MM I耦合器係包括一多工輸入端，用以將該波長通道多 工輸入該MM I耦合器；一增通道輸入端，用以輸入將該多 工加入該Μ Μ I搞合器之一波長通道輸入；一減通道輸出端 ，用以輸出從來自該MM I耦合器的該多工減去的一波長通 道；一多工輸出端，用以輸出來自該MM I耦合器的該波長 通道多工；及至少四個輸入/輸出端。ΜΜΙ麵合器可進一步 將在其中一輸入端送入光分成傳遞給它輸入/輸出端的光 部分，及將在它輸入/輸出端送入光部分組成組合光，以 傳遞給它其中之輸出端，其係決定在送入光部分的相互相

五、發明說明（4) 位關係 省 、。亥等輸入/輸出鈿之其中一相對者，而且哕 wt波¥所有、或除了一之外的所有之其中每—者如彳/ 耦合器看出係至少提供一第一相位控制元件、理相之曰 及ίίίΐϊ —窄頻帶反射光柵、一第二相位控制元;疋 見^員乾圍反射裝置。 根據本發明，該等窄頻帶反射光栅之其中 :加熱器裝置，其理想是Peltier元件，用 者; 士逭及/或減波長通道之相對窄頻帶反射光柵對口 相位控制7L件可將增-通道導向MMI耦合器的多工^中山 f /或將減通道導向龍1耦合器的減通道輸出端一::而 ^裝置可反射除了減波長通道之外在輸入；長=圍 中所包含的所有波長、且第二相位控制元：長通逼多工 波長通道之外在輸入波長通道多工中=可將除了減 道導向MMI耦合器的多工輸出端。 匕5的所有波長通 特別是布拉格光柵之裝置較佳為一材 ，烈溫度依存性之折射係、數，亦即例如_單舳具有-的高ldn/dT|材料所製成。 平歧或一聚合物 在本發明之一特殊優點的具體實施例中， 〜 反射裂置具有在輸入波長通道多工中所 =—i頻範圍

Jt係數。該反射係數可以是在〇 82和〇 98 =於1之-反 目86和0.94之間，比較理想是在。8 :之，理想是 理想是在0 · 9 0附近。 · y 2之間，而最

第9頁 υδδ 五、發明說明（5) 在仍然為本發明的一' 反射裝置係包含一迴敗:殊具脰實施例中，每個寬頻範圍 之裝置。 、兄射裝置，特別是一以Μ Μ I為基礎 根據本發明的一第- . ΜΜΙ搞合器及-ΜΙ臂& ρ 丄’提供包含至少大小3x3之一 該ΜΜΙ耦合器係包括一夕:夕之衣置 多工輸入該ΜΜΙ耦合哭·夕=雨入端’用以將該波長通道 減去的一波lil、t , 一減通道輸出端，用以將該多工 取云的皮長通逼從該ΜΜΙ耦人哭於屮·一少丁认， 用以從該MM I耦合器輸出1 口 口口刖，夕工輸出端， 個輸入/輸出端。：：出二餘义皮長通道多工；及至少三 光=部分，以傳遞給它 部分組合成合成光，以傳L::】：二輸出，上的光 ，1輛合器的該等輸入心端：：=導;'光學連 其中該等波導的所有、或除了;斤’而且 從MMI耦合器可看出至少提# 一 中母一者如 頻帶反射光拇、-第二相位控二^ 裝置。 及 見頻範圍反射 該等窄頻帶反射光柵之其中每一 ，用以調整減波長通道的相對窄頻一加熱器裝置 相位控制元件可將減通道導向ΜΜί輕^哭H柵，·該等第一 ，·該等寬頻範圍反射裝置可反射除口為、減通道輸出端 入波長通道多工中所包含的所有=五Γ波長通道之外在輸 有^皮長通道；而且該等第二 50708»

相位控制元件除了減波長 工中所包含的所有波長通 通道之外可將在輸入波長通道多 道導向Μ Μ I耦合器的多工輸出端 根據本發明的—筮- 一 道多工的光學"工：硯點，可提供-增通道及-波長通 ,_ Αηιτ曰夕之一裝置，該裝置係包含至少大小 3x3之一 ΜΜΙ耦合器及一幻臂區段。 夕麵合器係包括一多工輸入端，用以將該波長通道 =i _ I _合器；_增通道輪入端’用以將加入該 的波長通道輸入該MMI耦合器；< 多工輸出端，用以 從^MMI輕合器輸出該；皮長通道多1 ;及至少三個輸入/輸 出知、此外，MM I耦合器可將在它的輸入端之其中一者送 ^光分成光部分，以傳遞給它的輸入/輸出端，並且根據 該送入光部分的相互相位關係、，將在它輸人/輸出端上的 光部分組合成合成光，以傳遞給它的輸出端。 MI臂區段係包括至少三個波導，其中每個波導係光學連 接至MMI耦合器的該等輸入/輸出端之其中相對一者；而且 其中該等波導的所有、或除了 —之外所有之其中每一者如 從MMI耦合器可看出至少提供一第_相位控制元件、一窄

J 頻帶反射光柵、一第二相位控制元件、及一寬頻範圍反射 裝置。 該等窄頻帶反射光柵之其中每—者係提供一加孰琴裝置 ，用以調整增波長通道的相對窄頻帶反射光柵；該等第一 相位控制元件可將增通道導向MMI耦合器的多工輸出端； 該等寬頻範圍反射裝置可反射在〜輪入波長通道多工中所包

507088 五、發明說明（7) 含的所有波長通道； 一 人波長通道多工，所包含：所有；J位控制元件可將在輸 的多工輸出端。 、 /長通運導向MMI耦合器 分別根據增及減多工之 一 提：而:根據本發明的最…點五觀點的 多，的—優點是它可提供一非常=:,【的增/減 本發明的一進一步停 θ — 波長通道。 I、，、疋匕^楗供處理許多緊密間隔的 本發明及其相關優點之一 + 體實施例詳細描述獲得.。 / 、敛可從本發明的下面具 圖式之簡單說明 本發明可從下列本發明的 5而可變得更了解， 貝他列。平細“述及附圖i 一 制。 了角午&些圖只用於說明而非對本發明的限 圖1係根據本發明的一第一呈蝴徐 裝置圖式。 乐具體貫施例而增/減多工之一 ，2a-f係顯示圖1裝置的濾波器響應：（a) τ = 波為' 響應。（b) τ = 4〇它的 C的慮 器燮庳。frn T fin 咸圍放大。（C) T = 6〇 °C的濾波 曰。應。（d) T = 60 C的減通帶範圍放大。（e) τ = 4〇 =3響應及通過所有通道的相位調整“）了 = 4〇。〇的拉=1 、乾圍放大及通過所有通道的相位調整。 。 圖3a-c係述增/減通道隔離（a) WSR&射係數r = 〇,9 r〜〇.97(c)r=l。 507088 五、發明說明（8) 圖4a係根據-回授3分貝_而描述 結構的一設計圖式，且圖4b传-一 σ見頻範圍反射 分離（虛線2U "、虛線23'、7^三個不_1輪出波導 射響應。 、實線25.3_以m)的反 圖5係根據本發明的一第二 之一裝置圖式。 /、月旦戸、靶例而描述增/減多工 具體實施例之詳細說明 . 在下列的描述中，為了聞述而非限制的目 細節，例如特殊技術與應用， 务表特殊 全了解。然而，對於在技藝中=本發明的-完 在其他的具體實施例f實施而…°日技者很顯然本發明可 在其他範例中，眾所週知的：致於違月延些特殊細節。 略，而不致於對本發明造成模=與裝置之詳細描述予以省 請即參考圖1 ，係係描述立 發 明的一第一具體實施例將合日，夕工的一裝置圖式’未 該裝置係包含一4x4 二 。MMI耦合器1係包括—多此耦5态1及一MI波導結構 多工7輸入MMI耦合器； ：：：5，用以將-波長通道 工的-波長通道U輪入二通严輪。入端9，用以將加入ΐ ，用以從MM I耦合器輪出1夕馬合态；一減通道輸出端j 3 多工輸出端Π，用以從出心=的-波長通道15 一 :及四個輸入/輸出端21、23 ^别出一波長通道多工19 ΜΜί耦合器i可改造，以致於在該、等端 之其中任何一端子上 、1 5、1 9 迗入先可—分成4個大約相等的光呷

第13頁 507088 五、發明說明（9) 一 分；每個部分係映射到4個輸入/輸出端2 1、2 3、2 5、2 7之 其中一相對者。此外，MM I耦合器1可將在4個輸入/輸出端 21、23、25、27上所輸入的光部分組合成單一光束，並且 根據在4個輸入/輸出端21、23、25、27的4個光部分的相 互相位關係將此一在端子7、1 1、1 5、1 9之其中任何一端 子上映射。 MI臂區段3係包括至少4個波導或mi臂29、31、33、35， 其中每個波導係分別光學連接至MM {耦合器的該等輸入/輸 出端之其中一端子，其中波導29係連接至輸出21，波導31 係連接至輸出2 3，波導3 3係連接至輸出2 5，及波導3 5係連 接輸出2 7。 ’ —— 忒寺波導29、31、33、35其中每一波導從MMI耦合器看 提供一第一相位控制元件37、理想是一布拉格光柵之 一弟乍頻帶反射光柵39、一第二相位控制元件41、一第 光栅43等’相位控制元件45及第q，反射 ，其中Q可以是任何整數。此外，該等波導29、31 (Q + n/5之其中每—波導可在相對波導結束上提供第 臂的繁目位控制兀件49及一寬頻範圍反射裝置51。在每-臂的目位控制元件37係表示-第-控制區&，在每-地：在々目位抆制兀件41係表不-第二控制區段等。同樣 區段第：窄頻帶反射光柵39係表示-第-反射 。寬頻範Ξ : 1 :: ΐ : ΐ射光,43係表示第二反射區段等 拒^圍 衣表示一覓頻範圍反射區段WRs。 乂據本發明，該等窄頻帶反射光栅丨、2、 507088 五、發明說明（ίο) 每一 ^ I適合，及提供理想是PeHier元件之—可控制 加熱益裝置（.未在圖中不描述），以致於可在 、— 相對群中反射-I選擇的波長通道，並且傳送在該== 所有其他波長通迢及所有其他群的波長通道。因此 一 反射光柵39可在一第一通道群的該等群之中反射一 反射細3可在-第二群的該等通道之中ί 弟Q通道群的該等通道之中的_選取波長通道反射/ ，：反射裝置51可反射藉由Q反射光柵所傳送的所有J =在反射光柵是具有一溫度τ取決折射率η， :〇:，設下’該等選擇可藉由相對的加熱器而由相對的 =頻可反射光柵達成。理想上，加熱器裝置可個 且反射光柵是具有一高強溫度取決折射率，亦即玉 合η物(ΠΙ的一材料。此材料的範例是各種不同的單體與聚 此外，該等相位控制元件之苴一 $傳送的所有波長通道相位。：此方法中：：f控制f由 第—相位控制元件37可用來於制由帛目對波導的 的波長通道相位，以致於ί = ^ 所反射 9(亦即通道是一增加通道）上輪皮入長通；通道輸入端 _的多工輸出1 9 ’而且如果波長通t在便通 ίΓ出=通道是一減通道)輸入，便可將通道導向減通⑴ 輪出缟1 5。同樣地，在相對波導的第二 可用來控制由第二反射光栅43所反射的波長通二

第15頁 507088 五、發明說明（11) ~ 致於如果它是一增通道，它便可導向MM I耦合器的多： 出19，而且如果它是一減通道’它便可導向減通道輸 15等多達在相對波導的第Q’相位控制元件45，其可用 制由制第Q’反射光柵47所反射的波長通道相位： 最後，第（Q + 1 )’相位控制元件4 9可有效將寬頻範圍 裝置5 1反射的所有波長通道導向MM I耦合器1的多工輸 多雇f於由窄頻帶範射光栅所反射的一或多個反射通 可向多工輸出’以便藉由相位控制元件而取代導向 道輸出。在此方式中，一或多個反射通道可移除。 進一步多虧增/減多工器可使用沒有窄頻帶反射光才 相位控制元件的該等MI臂之其中一者實施，而且仍然 得一同樣操作。 ΜΜΪ耦合器或波導】係如同一分離器順向工作，而每

^ t Γ —路由器’其中影像位置可透過在MI臂/MM i = i相互相位關係而決定。波長選擇性如同右 = 所處理，而且相位控制區段可處理路a + = L寺反射區段之其中—者所反射的-波“ 虹：：ΓΓ控=段可決定通道在何處叙合。另 制& #又的相位狀能者膚县 波導有關端子组：的增/減壯要罢的。表1係提供在-4χ‘ 相位控制元件位；“置之間搞合的每刪臂 L輸 出端 來控 反射 出19 道亦 減通 ϊ與 可獲 向工 交又 述是 〇 道而 前控 MMI J總 5〇7〇88 五、發明說明（12) 表1 摩禹合 φ2 φ3 輸入-減 π , 0 π 輸入-輸出 ό 3ττ/ 3π / 增-輸出 π 0 π 沒有相位控制元件是假設在第四Μ I臂。 臂i的總相位元件狀態P i是反射前的相位元件加總。根 據圖1，在區段k所反射的λ : k φ.^ΐΖδφ- 尸1 ( 1 ) 其中5 φ i』是在Μ I臂i的單一元件j的相位狀態。在（丨）的因 素2是由於光通過每個元件兩次。|馬合輸入—減與增-輸出 如表1所示具有相同的相位元件設定。結果，可能減一波 長通道’而且同時在相同的波長載體上増加新的％資訊。/每 個光柵應涵蓋一子頻帶，以使用溫度調整正確通道的反射 ，例如光柵數目。一應可反射到λ8及光柵數目兩&到 入16等荨。如所述的未在該等光柵反射區段之其中任何一 者所反射的通道可透過Μ I臂末端上的寬頻範圍反射區°段 (W R S)所反射。既然反射位準將影響整個波長範圍的渡波 » 器響應，所以此區段應小心考慮。如果我們在ΜΜΙ與^s

間考慮一布拉格光柵區段’一MI臂的磁場變應可透過 描述 a〜 歹1J r办2 exp(-2難 ϋ)) 〜=eXP(2 碼)W· + 一 1-(2) 其中％是入射磁場功能，且Ψ:是反射磁塭 &久耵兹绮功能，ΙΊ和\分

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別是布拉格光柵反射與傳輪係數，且& *WRS反射係數，Φ] 五、發明說明（13)

和如分別是相位控制元件號碼丨和2的相位控制狀態，且L 是在光柵與WRS之間的距離。從方程式（2)，可推論〇不應 接近1，，為了要使濾波器響應行為穩定。而且，如果〇接 近1，增/減通道隔離效率將會變差受影響，可從下面的一 理論模擬看出結果。 曰 因此，該等寬頻範圍反射裝置之其中每一者，亦即WRS ，具有在輸入波長通道多工中包含低於1的波長通道之一 反射ίτ、數。該反射係數特別是在〇 · 8 2和〇 · g 8之間，理想是

在0/6和〇·94之間，更理想是在〇88和〇.92之間，而最理 想疋在〇 · 9 0附近。 或者，该等波導之其中每一波導提供鄰近相對寬頻範^ =射破置的—溼氣區段。此能以多種方式實施。一範例 提供延長的波導，其呈現一確定的溼氣。 與t發明光學增/減多卫器裝置理想是以—平面波導技術 貝鉍，理想是在一聚合物平面光波電路技術。 現要說明來自—理論分析的結果。分析所使用的設計^ 不。波導層厚度是6 ，包層率是1 453，而率步；

= 〇·?%。在MMI結構之間的單模波導寬度是6 。若^ ，〆耦合損失，單模波導在MMI波導交又要減小到12 長度k是65〇() _，寬度％是8G "m，而且 ΜΜί的存取波導是與2〇. 8㈣的一中心對中心距離間 。對於分析而言’要使用—光柵區段（在圖1的㈣ 才°光柵（Bg)區對LBg的長度〜是3 mm，而一光柵週期」

第18頁 507088 五、發明說明（14) 一 是530 nm，而且一漢明（Hamming)窗框是用於光柵/c分配 ，/1：(2)二/^(0.54 + 0.46。〇3(2 7!：2/1^))，其中-1^/2<2<： LBg/2且/cm = 2. 5 mm_1。WRS反射係數r2是0· 9。假設一溫度 取決d λ /dT = 0. 25 nm/ °C ° 模擬是根據L.B· Soldano and E.C.M· Pennings， Optical Multi-Mode Interference Devices Based on Se 1 f- I mag i ng: Principles and Applications，J . Lightwave Tschnol. vol. 13(4), pp. 615-627, Apr. 1 9 9 5中揭露的模傳遞分析。布拉格光柵已使用在G. p.

Agrawal and S· Radic, Phase-shifted Fiber Bragg ，* ' .

Gratings and their Application for Wavelength Demultiplexing, IEEE Photon. Tech. Lett., vol.

6(8)，pp· 995-997，Aug· 1994中揭露的矩陣形式處理。 假設高斯（Gaussian)形的磁場係描述單模波導的基本模式 。5十异結果是在圖2a_f顯示。在圖2e-f中，亦顯示由光柵 區段所反射的通道可直接耦合至輸出端。這是重要的功能 ’為了要使梯級布拉格光拇具不同的Λ，而且仍然只減少 一通道。該減通道的理論損失是低於〇 · 2分貝，而且1分貝 頻寬是大約1 20 GHz。通帶的漣波是由於在布拉格光柵區 段與WRS之間的Fabry Perot影響。通過通道的傳輸損失是 透過使用r = 0.9的一 WRS而在1分貝附近。除了在圖2a — f所 示的濾波器特性曲線圖之外，增/減通道隔離亦必須考慮 。在圖3a-c中，所示的增/減隔離是與在圖2a-b所示的特 定傳輸特性相同的相位控制元件_設定與T之3個不同wrs反

第19頁 507088 五、發明說明（15) 射係數。對於WRS反射係數r = 〇· 9而言，增/減通道隔離於 80 GHz範圍超過45分貝。在頻帶邊緣上的低隔離範圍寬度 可透過使用一較長的光柵減少。該分析未考慮在裝置任何 地方的任何感應損失與極化屬國。 。 WRS可透過使用波導端上的金屬鏡射或透過使用寬頻反 射布拉格光柵，理想是線性調頻脈衝布拉格光柵實施。 或者，可實施一完全整合結構。在圖切中，其係根據一 回授3分貝MMI而顯示此一整合寬頻範圍反射結構的設計。 此結構需要一面對比波導，為了要獲得一適度大小。多虧 於該等MI波導之其中每一MI波導是在它遠端提供此結構。 忒結構係包含一光能耦合器61，特別是傳統3分貝丨χ2 I，其具有一輸入端63及至少兩輸出端65、67。此外， 之路波導6 9係連接至光能耦合器的兩輸出端。該光能耦 =可有效將送給它輸入端的光71分離，每個共用在它兩 之其中一者上所傳遞的73、75，並且可將送給它兩 上的光組合成合成光77。迴路波導69可有效將在光 J的該等輸出端之其中每-輪出端上遞送的光傳回 、七该等輸出端之其中另一輸出端。 心，，：等迴路鏡射裝置之其中每一者的迴路㈢是在 的基材表面上或中的-平面波導，該折射率 路鏡射裝置之其中每一者的c，而且專迴 輪出#々甘士 认ϋ山 、路具有從光能耦合器的該等 而之/、中一輸出立而擴充至1丨該^ b 端之-條紋形狀。 亥寺輪出端之其中另-輸出

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五、發明說明（16) :樣理想上’該等迴路鏡射裝置之其一者的光能耦 合器是在基材表面上或中的一平面矩形板，而且具有一適 合大小，以致於它的輸入端是在矩形板的一端上形成，而 且它的兩輸出端在一相對端上形成。 - 在一另一具體實施例中，形成耦合器的矩形板及形成迴 路的平面波導係整合在具有一均勻折射率的單一單元板。 參考是在瑞典專利案號98 04558- 6中揭露，在此僅列出 供參考。 ° ，圖4b係顯示反射位準是如何受到輸出波導間隔的影響。 當考慮此裝置的一實際實施時，波導損失亦必須考慮，因 此輸出波導間隔可最佳化，為了要使WRS反射係數最大化 大體上，在圖1所示的裝置可產生完整的增/減功能。然 而即使增加及減少通道載體由不同的光源產生，存在者 增/減通道干擾的一危機，尤其是緊密間隔通道，而結果 所有的載體接近ITU光柵。此問題可透過使用增及減功能 的個別結構而解決。

:此’請即參考圖5 ’增/減多工的第二具體實施例裝置 描述。此裝置可分成兩個別單元；—減部份81及一增 部份8 3. 87 減部份81係包含大小3x3的一 MMI耦合器85及一 MI臂區段 I耦合器8 5係進一步包括一 波長通道多工91輸入MMI搞合器 多工輸入端8 9，用以將一 ：—減通道輪出端93，用 五、發明說明（17) 以輸出從多工減去一波長通道95 ; 一多工輸出端97，用以 輸出其餘波長通道多工；及至少3個輸入/輸出端99、 、1 03。 臂區段87係進一步包括3個波導，其中每個波導係光 予連接至該等輸入/輸出端99、1〇1、1〇3之其中一相對者 q此外，3個波導之其中每一波導係提供與圖1的波導29、 3 1、3 3、和3 5相同設備。 力口部分83除了包含-加通道輪 Q5以 外，η部分81相同。該增通道輸入端⑽㈡ 二2 例裝置的端子9，…配置給-波長通道 1 〇 7的輸入以加入該多工。 · ^ ^ 此外，一連接波導1 0 9是在站* 々 如立[W八Q Q ΑΑ夕 认 在/成部份8 1的多工輸出端9 7盥 加部份83的多工輸入端之間連接。 〖 因此，透過圖5的具體實祐办 相同之-功能便可獲得。'Λ 與圖1具體實施例的功能 雜的裝置（一ΜΜΙ耦合器及兩ί通道干擾抑制是以略微較複 成。 “衣備的Μ I波導）成本的方式達 或者，一光學隔離器（未右 ，以進一步抑制增/減通道干g中描述）是配置在連接波

同樣有考慮此裝置實際餘久 不受任何光柵反射的所有二施的一些決定性問題。例如 通過每個光柵兩次。因此，逼將會受到WRS的反射，而J 損失的布拉格光柵可實施。重要的是具低包層模耦合感 慮，為了要減少熱感應串立$外，加熱器實施必須小心 曰的危險。例如，垂直於Μ I波

507088 五、發明說明（18) — ------- 方向的溫度梯度會發生相位錯誤。對於理想的相位控制設 定而言’增Λ減通道隔離是超過45分貝，但是隔離對&於相 位元件誤差是相當敏感。例如，對於圖1的Μ I臂3 1而言， 具0· 1 rad·的相位控制元件誤差；對於ΜΙ臂33而言，具 0 · 2 r ad的相位控制元件誤差；對於M丨臂3 5 (有關M丨臂2 9 ) 而言，具0 · 3 r a d的相位控制元件誤差。隔離是在2 2分貝 附近。

根據新MMIMIBg原理之一可調增/減多工器（具2〇〇 GHz通 道間隔）是在本專利揭露。理論分析係表示良好的增/減通 道隔離’其透過使用適當的W R S反射係數在一 8 〇 g Η z範圍 是超過4 5分貝；當使用一漢明窗框布拉格光栅時，低於 - 3 0分貝的相鄰通道串音便可達成。通過過通道的理論損 失是在1分貝附近，而且對於低於〇. 2分貝的減通道而言， 具120 GHz附近之1分貝頻寬。 很明顯的本發明能以許多方式改變。此變化並未違背本 發明的範圍。對於在技藝中熟諳此技者的所有此修改很顯 然疋在以下申請專利的範圍内。

第23頁 507088 _案號89113523 y/年p月日 修正 圖式簡單說明 圖式元件符號說明 1 MM I光能耦合器 3 MI 波 導結 構 5 多 工 輸 入 端 7 波 長 通道 多 工 9 增 通 道 輸 入 端 11 波 長 通道 13 減 通 道 出 端 15 波 長 通道 17 多 工 出 端 19 波 長 通道 多 工 2 1 輸 入 / 輸 出 端 23 ¥m 入 /輸 出 端 25 入 / 輸 出 端 27 m 入 /輸 出 端 29 波 導 31 波 導 33 波 導 35 波 導 37 第 一 相 位 控 制元件 39 第 一 窄頻 帶 反 射 光栅 41 第 二 相 位 控 制元件 43 第 二 反射 光 栅 45 第Q相位控制元件 47 第Q反射光栅 49 第 (Q + 1 )相位控制元件 51 寬 頻 範圍 反 射 裝 置 61 光 能 躺 合 器 63 輸 入 端 65 輸 出 端 67 輸 出 端 69 迴 路 波 導 71 光 73 分 離 光 75 分 離 光 77 合 成 光 81 減 部 份 83 增 部 份 85 MM I耦合器 87 MI 臂 段 8 9 多 工 輸入 端 91 波 長 通 道 多 工 93 減 通 道輸 出 端 95 波 長 通 道 97 多 工 輸出 端 99 m 入 / 輸 出 端 1 01 入 /輸 出 端

O:\65\65214-9i0819.ptc 第24頁 507088 _案號89113523 °Π 年/月/f日 修正_ 圖式簡單說明 103 輸入/輸出端 105 加通道輸入端 10 7 波長通道 109 連接波導 11·« O:\65\65214-910819.ptc 第25頁

Claims (1)

1. 507088 _案號 89113523_3/ 年（Γ Β ή 3 修正_ 六、申請專利範圍 1. 一種用於一波長通道多工的光學增/減多工之裝置， 該裝置包含至少大小4x4之一多重模干涉儀耦合器及一邁 克生臂區段（3 )； -該多重模干涉儀輕合器，其包括一多工輸入端（5)， 用以將該波長通道多工輸入該多重模干涉儀輕合器；一增 通道輸入端（9 )，用以將加入該多工的一波長通道輸入該 多重模干涉儀耦合器；一減通道輸出端（1 3 )，用以輸出從 該多重模干涉儀耦合器的該多工減去一波長通道，一多工 輸出端（1 7 )，用以從該多重模干涉儀耦合器輸出該波長通 道多工；及至少4個輸入/輸出端（21、23、25、27);及 -該多重模干涉儀耦合器可有效將送入其輸入端之其中 一輸入端上的光分成傳送給其輸入/輸出端上的光部分， 及將在其輸入/輸出端上送入的光部分組成在其輸出端之 其中一輸出端上傳送的合成光，其係決定在該等送入光部 分的相互相位關係，及 t -該邁克生臂區段，其包括至少4個波導（2 9、3 1、3 3、 35)，每個波導係光學連接至多重模干涉儀耦合器的該等 輸入/輸出端之其中一相對者，而且當從多重模干涉儀轉 合器看出時，該等波導的全部、或除一之外的所有之其中 每一者係至少提供一第一相位控制元件（3 7 )、一窄頻帶反 射光柵（3 9 )、一第二相位控制元件（4 7 )、及一寬頻範圍反 射裝置（5 1 ); - 該等窄頻帶反射光栅之其中每一者係提供一加熱器裝 置，用以調整增波長通道及/或減波長通道的該相對窄頻

   65214-910819.ptc 第26頁 507088 案號 89113523 修正 六、申請專利範圍 帶反射光柵 涉儀 干涉 反射 在輸 模干 2. 個別 3. 珀耳 4. 射光 5. 由具 成。 6 . 料是 7. 射裝 入波8. 該第一相位 耦合器的多 儀耦合器的 除了該減波 在輸入波長 除了減波長 入波長通道 涉儀耦合器 如申請專利 控制。 如申請專利 帖（P e 1 t i e r 如申請專利 栅是布拉格 控制元件可有效將增通道導向該多重模干 工輸出端及/或將該減通道導向該多重模 減通道輸出端； 長通道之外，該寬頻範圍反射裝置可有效 通道多工中所包含的所有波長通道；及 通道之外，該第二相位控制元件可有效將 多工中所包含的所有波長通道導向該多重 的多工輸出端。 範圍第1項之裝置，其中該加熱器裝置可 範圍第1項之裝置 )元件。 範圍第1項之裝置 光栅（3 9 )。 如申請專利範圍第4項之裝置 有一強溫度取決折射率，亦即 其中該加熱器裝置是 其中該窄頻帶可調反 其中該布拉格光栅是 -高| dn/dT |的材料製 如申請專利範圍第5項之裝置，其中該布拉格光柵材 聚合物。 範圍第1項之裝置，其中該等寬頻範圍反 一者具有低於1之反射係數，用以在該輸 中所包含的該等波長通道。 範圍第7項之裝置，其中該反射係數是在 一單體或一 如申請專利 置之其中每 長通道多工 如申請專利

   O:\65\65214-910819.ptc 第27頁 507088 _案號 89113523_f/ 年# 月 /7 曰__ 六、申請專利範圍 0 . 8 2和0 . 9 8之間，理想是在0 . 8 6和0 . 9 4之間，更理想是在 0 . 8 8和0 . 9 2之間，最理想是在0 . 9 0附近。 9 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中該寬頻範圍反射 裝置各包含一寬頻帶反射布拉格光栅。 I 0 .如申請專利範圍第9項之裝置，其中該等寬頻反射布 拉格光柵之其中每一者是線性調頻脈衝。 II .如申請專利範圍第1項之裝置，其中該寬頻範圍反射 裝置各包含一金屬鏡射（51)。 1 2 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中該寬頻範圍反射 裝置各包含一迴路鏡射裝置。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之裝置，其中該等迴路鏡射 裝置係各包含一光能耦合器（6 1 )，特別是一多重模干涉儀 搞合器，其具有一輸入端（63)及至少兩輸出端（65、67); 及一迴路（6 9 )，其係連接至該光能耦合器的兩輸出端，該 光功率耦合器可有效將在其輸入端上送入光分成在其輸出 端上傳遞的光部分，並且將在其兩輸出端上送入的光組合 成在其輸入端上傳遞的合成，而且該迴路可有效將在光能 耦合器的該等輸出端之其中每一輸出端上傳遞的光導向該 等輸出端之其中另一者。 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項之裝置，其中該等迴路鏡射 裝置之各迴路是在具有一折射率的基材表面上或中的一平 面波導，而該折射率係適於在該平面波導周圍材料的折射 率，其中該等迴路鏡射裝置之各迴路具有從光能耦合器的 該等輸出端之其中一者擴充到該等輸出端之其中另一者之

   O:\65\652l4-910819.ptc 第28頁 507088 修正 案號 89113523 六、申請專利範圍 一條紋形式。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之裝置，其中該等迴路鏡射 裝置之各光能耦合器是在該基材表面上或表面中的一平面 矩形板，而且具有適合大小，以致於其輸入端可在該矩形 板的一端形成，而且其兩輸出端可在一相對端上形成。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之裝置，其中形成該耦合器 的該矩形板及形成該迴路的該平面波導係整合在具有一均 勻折射率之單一單元板。 1 7.如申請專利範圍第1項之裝置，對於包含Q波長通道 群的一波長通道多工的光學增/減多工而言，每個通道群 係包含Μ相鄰波長通道，Q和Μ是大於1的正整數，其中該等 至少4個波導之其中每一波導提供Q+ 1相位控制元件（3 7、 4 1、4 5、4 9 )，其提供加熱器裝置及Q窄頻帶反射光栅（3 9 、43 、 47)，其中： - 在每個波導中的該等Q窄頻帶反射光栅之其中每一者 是可調整成在Q通道群之其中相對一者中的增及/或減Μ波 長通道之其中相對一者； - 在每個波導中的該等Q + 1相位控制元件之其中Q的每一 者可有效將在該等Q通道群之其中相對一者中Μ增波長通道 之其中相對一者導向該多重模干涉儀耦合器的多工輸出 端，及/或將在該等Q通道群之其中相對一者中Μ減波長通 道之其中相對一者導向多重模干涉儀輕合器的該減通道輸 出端或該多工輸出端； - 除了減波長通道之外，在每個波導中的該等寬頻範圍

   O:\65\65214-9108l9.ptc 第29頁 507088 修正 案號 89113523 々、申請專利範圍 反射裝置可有效反射在該輸入波長通道多工中所包含的全 部波長通道；及 ~ 除了減波長通道之外，在每個波導中的該等Q + 1相位 控制元件之最後一者可有效將在該輸入波長通道多工中所 包含的全部波長通道導向多重模干涉儀耦合器的該等多工 輸出端。 18. —種用以一波長通道多工的光學減多工之裝置（81) ，該裝置包含至少大小3 X 3之一多重模干涉傲耦合器（8 5 ) 及一邁克生臂區段（8 7 )， -該多重模干涉儀耦合器係包括一多工輸入端（8 9 )，用 以將該波長通道多工輸入該多重模干涉儀耦合器；一減通 道輸出端（9 3 )，用以從該多重模干涉儀耦合器的該多工減 去一波長的輸出；一多工輸出端（97)，用以輸出來自該多 重模干涉儀耦合器的其餘波長通道多工；及至少3個輸入/ 輸出端（9 9、1 0 1、1 0 3 );及 - 該多重模干涉儀耦合器可有效將在其輸入端上送入的 光分離成在其輸入/輸出端傳遞的光部分，及將在其輸入/ 輸出端上送入的光部分組合成在其輸出端之其中一者上傳 遞的合成光，其係決定在該送入光部分的相互相位關係； 及 - 該邁克生臂區段係包括至少3個波導，其每個波導係 光學連接至多重模干涉儀耦合器的該等輸入/輸出端之其 中相對一者，而且當從多重模干涉儀耦合器看出時，該等 波導的全部、或除一之外全部之其中每一者是至少提供一

   O:\65\65214-910819.ptc 第30頁 507088 _案號 89113523_f/ 年，月 /?曰__ 六、申請專利範圍 第一相位控制元件、一窄頻帶反射光柵、一第二相位控制 元件、及一寬頻範圍反射裝置； - 該等窄頻帶反射光柵之其中每一者提供一加熱器裝置 ，用以將該相對窄頻帶反射光栅調整成該減波長通道； - 該第一相位控制元件可有效將該減通道導向多重模干 涉儀輕合器的該減通道輸出端； - 除了該減波長通道之外，該寬頻範圍反射裝置可有效 反射在該輸入波長通道多工中所包含的所有波長通道；及 - 除了該減波長通道之外，該第二相位控制元件可有效 將在該輸入波長通道多工中所包含全部波長通道導向多重 模干涉儀搞合器的該多工輸出端。 19. 一種用於一增通道及一波長通道多工的光學增多工 之裝置（8 3 )，該裝置係包含至少大小3 X 3之一多重模干涉 儀耦合器及一邁克生臂區段， - 該多重模干涉儀耦合器包括一多工輸入端，用以將該 波長通道多工輸入該多重模干涉儀輕合器、一增通道輸入 端（1 0 5 )，用以將加入該多工的該波長通道輸入該多重模 干涉儀耦合器、一多工輸出端，用以輸出來自該多重模 干涉儀搞合器的該波長通道多工；及至少3個輸入/輸出 端：及 - 該多重模干涉儀搞合器可有效將在其輸入/輸出端之 其中一者上送入的光分成在其輸入/輸出端上傳遞的光部 分，並且將在其輸入/輸出端上送入的光部分組合成在其 輸出端上傳遞的合成光，其係決定在該等送入光部分的相

   O:\65\652l4-910819.ptc 第31頁 507088 修正 案號 89113523 六、申請專利範圍 互相位關係；及 - 該邁克生臂區段係包括至少3個波導，其每個波導係 光學連接至多重模干涉儀耦合器的該等輸入/輸出端之其 中相對一者，而且當從多重模干涉儀耦合器看出時，該等 波導的全部、或除一之外全部之其中每一者是至少提供一 第一相位控制元件、一窄頻帶反射光柵、一第二相位控制 元件、及一寬頻範圍反射 裝置； - 該等窄頻帶反射光柵各提供一加熱器裝置，用以將該 相對窄頻帶反射光栅調整成該增波長通道； - 該第一相位控制元件可有效將該增通道導向多重模干 涉儀耦合器的該減通道輸出端； - 該寬頻範圍反射裝置可有效反射在該輸入波長通道多 工中所包含的全部波長通道；及 - 該第二相位控制元件可有效將在該輸入波長通道多工 中所包含的全部波長通道導向多重模干涉儀耦合器的該多 工輸出端 。 2 0 .如申請專利範圍第1 8項之包含減多工裝置的光學增/ 減多工之裝置，及如申請專利範圍第1 9項之增多工裝置， 其中該減多工裝置的該多工輸出端及該增多工裝置的該多 工輸入端是藉由一連接波導（109)而光學連接。 2 1 .如申請專利範圍第2 0項之裝置，其中一光學隔離器 是配置在該連接波導。 2 2 .如申請專利範圍第2 0項之裝置，其中該等寬頻範圍

   O:\65\65214-910819.ptc 第32頁 507088 _案號 89113523_f/ 年孑月 /7 曰_1±±_ 六、申請專利範圍 ·, 反射裝置各具有低於1之一反射係數，用以在該輸入波長 _ 通道多工中所包含的該等波長通道。 I 2 3 .如申請專利範圍第2 2項之裝置，其中該反射係數是 在0 . 8 2和0 . 9 8之間，理想是在0 . 8 6和0 . 9 4之間，更理想是 在0 . 8 8和0 . 9 2之間，最理想是在0 . 9 0附近。 2 4.如申請專利範圍第2 0項之裝置，其中該寬頻範圍反 射裝置各包含一迴路鏡射裝置。 2 5 .如申請專利範圍第2 4項之裝置，其中該等迴路鏡射 裝置各包含一光能耦合器（6 1 )，特別是一多重模干涉儀耦 合器，其具有一輸入端（63)及至少兩輸出端（65、67);及 一迴路（69)，其係連接至該光能耦合器的兩輸出端，該光b 功率耦合器可有效將在其輸入端上送入光分成在其輸出端 上傳遞的光部分，並且將在其兩輸出端上送入的光組合成 在其輸入端上傳遞的合成，而且該迴路可有效將在光能耦 合器的該等輸出端之其中每一輸出端上傳遞的光導向該等 輸出端之其中另一者。 2 6 .如申請專利範圍第2 5項之裝置，其中該等迴路鏡射 裝置之其中每一者的迴路是在具有一折射率的基材表面上 或表面中的一平面波導，而該折射率係適於在該平面波導 周圍材料的折射率，其中該等迴路鏡射裝置之其中每一者 的迴路具有從光能耦合器的該等輸出端之其中一者擴充到 該等輸出端之其中另一者之一條紋形式。 ® 2 7.如申請專利範圍第2 6項之裝置，其中該等迴路鏡射 裝置之其中每一者的光能搞合器是在該基材表面上或表面

   O:\65\65214-910819.ptc 第33頁 507088 __案號89113523_以年孑月/ f日 修正_ 六、申請專利範圍 中的一平面矩形板，而且具有適合大小，以致於其輸.入端 可在該矩形板的一端形成，而且其兩輸出端可在一相對端 上形成。 2 8 .如申請專利範圍第2 7項之裝置，其中形成該耦合器 的該矩形板及形成該迴路的該平面波導係整合在具有一均 勻折射率之單一單元板。 29. —種用以一波長通道多工（7 ; 91)的光學減多工之方 法，係用於一包括光學連接至一邁克生臂區段（3 ;87)的 多重模干涉儀耦合器（1 ; 8 5 )之裝置内，該多重模干涉儀 耦合器係包括一多工輸入端（5 ;89)、一減通道輸出端 (13 ;93)、及一多工輸出端（17 ;97)，而且該結構包含 平行配置的複數波導（2 9、3 1、3 3 、3 5 )，該等波導的全 部或除一之外全部之其中每一者係提供一第一相位控制元 件（3 7 )、一窄頻帶反射光栅（3 9 )、一第二相位控制元件 (4 9 )、及一寬頻範圍反射裝置（5 1 )，該窄頻帶反射光柵係 提供一加熱器裝置，該方法包含下列步驟： - 將該波長通道多工插入該多重模干涉儀耦合器，並且 將該輸入波長通道多工輸入複數光部分； - 將該等多工部分插入平行配置的該等波導之其中相對 一者； - 藉由相對窄頻帶反射光栅結合的加熱器裝置將其調整 到一波長通道（1 5 ; 1 0 7 )，如此便可反射此通道，而且傳 輸在該輸入通道多工中的其餘通道； - 藉由該寬頻範圍反射裝置而反射在該輸入通道多工中

   O:\65\65214-910819.ptc 第34頁 507088 _案號89113523_fV年^月/ f日 修正_ 六、申請專利範圍 的其餘通道； - 藉由該第一相位控制元件將該減通道導向多重模干涉 儀耦合器的該減通道輸出端；及 - 藉由該第二相位控制元件將在輸入通道多工中的其餘 通道導向多重模干涉儀耦合器的該多工輸出端。 30. —種用於一波長通道（11 ;107)及一波長通道多工 (7 ;91)的光學增多工之方法，係用於一在包括光學連接 至一邁克生臂區段（3 )的多重模干涉儀耦合器（1 )之裝置 内，該多重模干涉儀搞合器包括一多工輸入端（5)、一增 通道輸入端（9 ;105)、及一多工輸出端（17)，而且該結構 包含平行配置的複數波導（2 9、3 1、3 3、3 5 )，該等波導的 全部或除一之外全部之其中每一者係提供一第一相位控制 元件（3 7 )、一窄頻帶反射光栅（3 9 )、一第二相位控制元件 (4 9 )、及一寬頻範圍反射裝置（5 1 )，該窄頻帶反射光栅提 供一加熱器裝置，該方法包含下列步驟： ~ 將該波長通道多工插入該多重模干涉儀搞合器，並且 將該輸入波長通道多工輸入複數光部分； - 將該等多工部分插入平行配置的該等波導之其中相對 一者； - 將該波長通道插入該多重模干涉儀耦合器，並且將該 輸入波長通道插入複數通道部分； - 將該等通道部分之其中每一者插入該等平行配置波導 之其中相對一者； - 藉由相對窄頻帶反射光柵結合的加熱器裝置將其調整

   O:\65\65214-910819.ptc 第35頁 507088 _案號 89113523_f/ 年 β 月 / f 曰__ 六、申請專利範圍 到該該增波長通道，如此便可反射此通道，並且傳輸該輸 入通道多工； - 藉由該寬頻範圍反射裝置反射該輸入通道多工； - 藉由該第一相位控制元件將該增導向多重模干涉儀耦 合器的該多工輸出端；及 - 藉由該第二相位控制元件將該輸入通道多工導向多重 模干涉儀搞合器的該多工輸出端。

   O:\65\65214-910819.ptc 第36頁