TW561712B - Method and apparatus for selecting signal components from optical signals - Google Patents

Description

561712 五、發明說明（1) 發明之領域 本發明大致上係有關於信號通訊之領域，更特別的， 係有關於使用光學信號之通訊系統，用以傳送光學基礎資 訊，及供資料通訊之用。最特別的，本發明係有關於在交 換或路由DWDM (高密度分波長多工）光學信號之個別光學 信號元件中，很有用之信號選擇裝置。 發明之背景 今日，在信號通訊系統中，已廣泛使用光學信號來承 載數位資訊。經由使用DWDM，大量之資訊可被高密度地封 裝至光學信號上，其使得高度需要使用該種信號。DWDM提 供大量之個別波長（目前，在每一 C與L頻帶上係大約為4 0 至6 0 )，其可被同時地使用以在單一纖維中承載資料；以 做為多工信號元件。 目前，光學信號網絡採用大環狀或盤心狀形式，其均 交叉連接至較小的局部環，該局部環可依據SONET (同步 光纖網）格而被連接至一非常局部化區域内的甚至更小的 環。每一環可以特定之協議或成幀模式、資料比特率、壓 縮、同步等來操作。在多數環之間的每一接頭處，合適之 光學信號必須被連接與導引或路由在合適之方向中。這些 接頭目前均由光學-電-光學（0E0 )開關製成，其需要光 學信號被轉換至一電信號、被路由、再轉換至一光學信 號，然後再將之傳送於其之通道上。此係一昂貴的過程， 特別是當具有許多DWDM信道，且在光學信號基礎系統的連

561712 五、發明說明（2) 接與交換作業中提出一顯著瓶頸之時。由於增加使用網狀 網絡結構，多數結點網絡會需要資料行進通過多數之開 關。在該種情況中，使用0E0開關會造成甚至更顯著之瓶 頸。 使用DWDM允許單一纖維承載多數之亦可被稱之為信號 元件的波長。典型地，纖維會捆束在一起以形成大容量資 訊承載系統。每纖維之多數信號元件及多數之纖維，增加 在交叉連接中路由容量之需要。在該種大容量交點中，固 有地會需要強化路由容量，其因而導致需要快速且可靠之 信號選擇，以供交換或路由目的之用。 所需要的係一種裝置，可依據資訊所希望到達之目的 地，動態且透明地路由光學基礎資訊或資料承載信號，而 無需轉換信號成為電信號。交換信號至不同目的地，需要 自DWDM信號分離信號元件、選擇合適之信號元件並將之交 換。此亦可被稱之為動態交換，其代表無須手動地再配置 接頭，便可建立端至端光學信號通道。透明交換係代表無 須使用Ο E 0轉換便可建立端至端通道。 近來在此一領域中的發展，均針對諸如例如為Μ E M S開 關及氣泡反射陣列，其允許以光學狀態路由信號元件。在 此二近來之技術中，光學信號係被首先解多工成為個別信 號元件。然後，在被出射進入一可移動反射器（一鏡或一 反射氣泡）處的自由空間内之前，個別信號元件均被沿著 一波導傳遞。反射器可因而被移動以在一或另一方向中導 引信號元件，允許信號元件被導引至第一或第二目的地，

561712 五、發明說明（3) 因而允許路由。但是，此一信號選擇及其次的導引方向之 方法，係固有地緩慢，因為需要實體地在二位置之間移動 反射表面。典型的，反射表面之移動係以許多毫秒之量產 生。

反射器之實體移動，雖然允許所有光學路由進行，但 具有許多固有之問題，諸如靜摩擦（stiction)及移動元 件在一段時間後的疲乏或磨損。該種磨損亦會限制該裝置 可以可靠地執行交換循環之次數。進一步的，可移動反射 器之再導向，限制了信號交換之幾何形狀。在信號通道中 產生一發散度，限制該結構於一被界定輸入信號平面及一 被界定輸出信號平面。而且，在反射陣列建造之前，必須 事先知道信號元件連接需求，且如果需要更多容量，全體 裝置必須被移除且更換。最後，因為增加了再導引之信號 元件數量，亦增加了所需要之反射表面數量，且增加了該 裝置之整體尺寸。在較大尺寸裝置中，會放大對齊排列之 問題。一種限制係使用纖維波導以導引每一信號元件進入 反射陣列。為使平均連接所需數量之纖維（一纖維供每一 解多工信號元件用），需要實體上相當大之裝置。所需要 的是一種機構，不依賴諸如反射表面之物件的實體操作， 便可用以選擇信號元件，且其允許信號元件之動態及透明 光學路由或交換。 發明之概要 因而，所需要的係一種可靠的選擇器，用以自多工光

第10頁 561712 五、發明說明（4) 學信號選擇信號元件。選擇器應透明地操作，因此，進入 選擇器的光學信號不需被轉換至電信號。以此方式，可避 免由0E0交換技術產生的任何瓶頸。進一步的，選擇器應 可快速地反應（即為，較佳的，至少與特定SO NET恢復時 間一樣快，且理想的，更快），且可相對不昂貴地製造。 任何該種選擇器亦應堅固耐久，且在許多選擇事項之後， 仍可以可靠地超時操作。最佳的，該裝置應可具有添加之 波長選擇容量，不會產生顯著之對準排列的問題。相同 的，該裝置應可在任一方向中通過該裝置的信號上加上， 以使不會被限制於被界定之輸入與輸出平面，從而改良撓 性並減少成本。 依據本發明的第一觀點，提供一種自光學信號選擇與 無選擇信號元件之選擇器組件，該選擇器組件包括： 一輸入光學接頭，用以光學地連接輸入光學信號載體 至該選擇器組件； 一輸出光學接頭，用以光學地連接該選擇器組件至輸 出光學信號載體； 一信號解多工器，相對於該輸入光學接頭而操作地定 位，因此，通入該選擇器組件内的光學信號均被該解多工 器解多工成為信號元件，每一信號元件具有一個別之信號 元件光束通道； 一信號選擇器，位於每一該信號元件光束通道中，每 一該信號選擇器經由應用一電場而可電交換在至少一選擇 狀態與一無選擇狀態之間，使得每一該信號元件可被選擇

第11頁 561712 五、發明說明（5) 或無選擇； 一控制器，被耦合至該選擇器元件，用以產生供交換 該選擇器用之電場；及 一信號多工器，被操作地定位在該信號選擇器與該輸 出光學接頭之間，用以在選擇之後將該被選擇信號元件多 工在一起。 依據本發明之第二觀點，提供一種自光學信號選擇信 號元件的方法，該方法包括下列之步驟： (a) 將一 DWDM光學信號引入一選擇器組件内；

(b ) 解多工該光學信號成為多數之信號元件； (c ) 沿著信號元件光束通道導引每一信號元件入 射至一電光選擇器元件； (d ) 電氣控制該電光選擇器元件，以使選擇或無 選擇信號元件；及 (e ) 多工該被選擇信號元件在一起。 依據本發明之另一觀點，提供一種信號選擇器組件， 用以自光學信號選擇或無選擇光學信號元件，該信號選擇 器組件包括：

一對信號解多工器/多工器，位於該信號選擇器組件 之每一側上，用以解多工通過進入信號選擇器組件之信 號，且用以多工通過離開信號選擇器組件之被選擇信號； 及 一信號元件選擇器，位於信號解多工器/多工器之 間，該信號元件選擇器允許每一光學信號元件在僅能向東

第12頁 561712 五、發明說明（6) 方向、僅能向西方向、同時地在東與西方向、或不能在任 一方向中通過， 其中，該信號選擇器組件提供雙向信號元件選擇。 較佳具體例之詳細說明 參照圖1 ，顯示用以自光學信號選擇及無選擇 (deselect )信號元件的選擇器組件之第一具體例，且大 致以參考號碼1 0代表。於此，π信號元件”代表可承載至少 一信道（channel )的光學編碼資訊之離散波長頻帶或一 波長。π選擇π代表在選擇之後提供足夠之信號或信號元 件，以允許進一步之信號操作。π無選擇π代表足夠之光學 信號或信號元件被阻塞、散射、偏極化、反射、吸收、或 影響，以預防在無選擇發生之後進一步的實際操作光學信 號或信號元件。π電光"代表一種裝置，其中經由應用一電 信號可改變光學特性，且必須與電氣機械（其中一電場造 成機械動作）及熱光（其中一電場產生熱，該熱造成光學 特性之改變）區別。”操作地定位π在此内容中係代表一元 件係相對於一或更多其他元件而定位，以允許產生所需求 之功能。π波束通路”代表一通路，一光學信號可在被導引 或未被導引情況下沿著通路行進。 選擇器組件1 0包含一末端1 2，用以光學地連接選擇器 組件1 0至第一光學信號載體1 4。末端1 2可以為一波導之被 適合地拋光之切割緣，或可以為某些其他形式之信號源發 射體。本發明包括該信號源會提供DWDM信號，該信號可經

第13頁 561712 五、發明說明（7) 由光學接頭而被操作地聯結至本發明的剩餘元件。第一光 學信號載體1 4承載第一光學信號至選擇器組件1 0。選擇器 組件1 0亦包含一第二末端1 6，用以光學地連接選擇器組件 10至第二光學信號載體18。第二光學信號載體18亦可承載 第二光學信號朝向選擇器組件1 〇，且承載來自第一光學信 號的任何被選擇的第一信號元件離開選擇器組件1 0，此將 於下更詳細說明。第一與第二光學信號載體可以為任何形 式之光學信號載體，且最通常為光纖波導。 如示於圖1 ，依據第一具體例，選擇器組件1 0進一步 包括第一準直儀20 ，第一解多工器24與第一聚焦器26。選 擇器組件10進一步包括選擇器陣列28，第二準直儀30，第 二解多工器34與第二聚焦器36 。 於作業中，第一光學信號經由末端1 2進入選擇器組件 10。由於第一光學信號進入選擇器組件10内，其會自波導 的末端1 2離開且實質上未被導引，於該種情況，其跟隨著 自來源發射體所發散（d i v e r g e )之一部分波未通路p (於 此一情況，自波導離開）。第一準直議2 0係相對於末端1 2 而操作地定位，以使在第一光學信號通過第一準直儀2 0時 大致地校準第一光學信號。第一準直儀2 0較佳的包括一或 更多透鏡以校準第一光學信號。 習於本技藝者可以了解，第一準直儀2 0之定位，一部 份是依據第一光學信號自末端1 2離開進入選擇器組件1 0内 時之展開角度而定。一般而言，.離開一纖維之光學信號的 展開角度，係依據纖維的參數而定，精確言之，纖維的"

第14頁 561712 五、發明說明（8) 數值孔徑”。二例如，以具有〇 · 2之數值孔徑的纖維， 纖維離開之信號的展開角度將大約為2 3。。習於太= m解’第一準直儀2〇較佳為被操作=技= 第一，，彳=旒之光束通道的展開角度，以確保無 光學信號損失，且所有第一光學信號均通過^ ^ 0 第一準直儀20係固有地為雙向的。換+ ，巧。 離開i ΐ Ϊ :—準直儀20之具有發散光束i道之光i?12 號，會被轉換成為具有平行光束通道之 t先子仏 方向！ = ί第—準直儀2 °之具有平行光束通ΐ的ΐ ” = 在纖維或末端12的接收i以：ί會 準直，3 0以類似之固有地雙向方式操作。 1弟一 弟 解夕工器2 4被相對於第一準吉禮9 π品> 位，因此，已通過第一準直儀2。之作地定 過第:解多工器24。第一解多工器24之二二ΐ $入且通 光學信號成為多數的第一信號元件 ：由夕工第一 二”丨，因“線之不同波長以不同n:，多 第一解多工器24之前，第一 门角又何射。在通過 信號油具；μ 弟 光子^號係由一或更多夕楚 谁、S铱 所構成之複合多色信號。當第一光風俨 帶，每—_册态24時，其例如被衍射成為分離之光後％ 的第％ί:ί入在不同波長上，每-該波長包括= 在-方：中解多工而在另一方向中固有地雙向裝置， 進一步的，本發明具有之解多工功能，可由任何具有

ί^·Ί· 第15頁 561712 五、發明說明（9) 將一入射光學信號分隔成為其之波長元件的效果之裝置執 行。因而，例如在自由空間中，解多工器2 4之較佳形式為 衍射光柵，但亦可具有全息光柵或複製刻劃光栅。一AWG (陣列波導）亦可被與合適之連接至末端1 2的光學接頭一 起使用。A W G具有消除在每一末端處需要透鏡的優點。而 且，稜鏡可被使用為解多工器2 4。雖然所有該種裝置分離 多工信號成為個別信號元件，且因而可被使用，但以如前 所述之衍射光栅解多工器2 4可達成良好之結果。 典型的，衍射光栅解多工器會產生供每一波長用之二 或更多衍射級，即為二或更多之光帶。必須注意，如果在 每一波長信號元件中之實質上的所有動力，均被容納在光 線之波長或光帶中，信號元件會較易於進一步操作。因 而，解多工器2 4會較佳的為一閃耀衍射光栅。衍射光栅之 閃耀，具有實質上集中所有信號元件之光學動力在單一衍 射級中的效果。因而，閃耀衍射光柵可造成具有比正常衍 射光柵較低的動力衰減之結果，且因而為較佳的。 如同第一準直儀20 ，第一解多工器24係固有地為雙向 的，故其亦可反向操作。因而，自末端12的方向進入之多 色光線，被分開成為其之波長信號元件。相反的，自其之 相反方向進入解多工器2 4之個別波長信號元件頻帶，均被 多工在一起而成為多色光線。第二解多工器34以相同的固 有地雙向方式操作。 第一聚焦器2 6係相對於第一解多工器2 4而操作地定 位，因此，光線之波長差動光帶（代表第一光學信號之多

第16頁 561712 五、發明說明（ίο) 數第一信號元件）均入射在第一聚焦器2 6上。最佳的，本 發明之聚焦器係為一或更多聚焦透鏡之形式，其導引多數 第一信號元件至選擇器陣列2 8上之特定位置上。信號元件 可被個別聚焦，或以實質上的校準光束之形式被導至選擇 器陣列2 8。第一聚焦器2 6 (第二聚焦器3 6亦類似）雙向地 操作，但相反的，供信號元件行進在相反方向中。 選擇器陣列2 8係位於示於圖1中之具體例用的組件中心 處，且係由多數之個別選擇器元件3 8所構成（更詳細地示 於圖2 A與2 B中）。個別選擇器3 8之功能，係依據應用選擇 器組件1 0之開關的路由需求，選擇（即為通過）或無選擇 (即為阻塞、散射等）信號元件。在每一第一信號元件通 過第一聚焦器2 6時，光帶被聚焦或校準在一特定位置上， 因而界定供每一第一信號元件用之狹窄信號元件光束通 道。選擇器陣列2 8係相對於第一聚焦器2 6而操作地定位， 使得選擇器3 8均互相位於信號元件光束通道中。習於本技 藝者可以了解，於選擇器處之信號元件光束腰（beam waist )更狹窄，選擇器元件可較小且更有效。每一選擇 器3 8係可在至少一選擇狀態與無選擇狀態之間交換，使得 每一第一信號元件可被選擇或無選擇。 現在參考圖2A，選擇器38較佳地包括諸如為PLET (多 晶鑭改良鍅酸鹽一鈦酸鹽）的電光材料。PLET係一合成電 光材料，其展現出鐵電體特性。精確言之，當一足夠大之 電壓及因而造成之電場被施加橫線P L E T的一剖面時，P L E T 之晶體結構被改變，而影響到其之光學特性。可使用不同

第17頁 561712 五、發明說明（11) 電壓之應用，以導致PLET回復到其之原始光學狀態。依據 施加之電壓，可達成光學特性改變之變化水平，^此，可 以經由施加特定之電場而獲效在光學特性上的特定預定改 變。於下將更詳細討論在應用電場之多種改變時，在選擇 器元件之光學特性上的特定效果。 ^ 圖2 A係一較佳選擇器陣列2 8的側視圖，顯示出散射選 擇組態。選擇器陣列2 8包含一基板4 2，以及—系列二第^ 電極44、選擇器38、及第二電極46。最佳的二電極46 均以薄膜方式施加至基板4 2。習於本技藝者可以^解，第 '一電極46可以為早'一連績電極’被提供使得不會出現不可 接受之串音（cross talk )。選擇器38均被施加為薄膜， 較佳少於1 0 0 0微米厚，且最佳為在第二電極46上之大約1 微米之PLET，第一電極44均以薄膜方式施加至選擇器38。 其結果，在每一選擇器3 8之相對側上均具有一電極\允許 電壓通過P L E T薄膜而被施加至選擇器3 8。在較佳具體例° 中，第一電極44與第二電極46均被耦合至控制器(示於 圖1與2Β )，其允許控制器40經由應用所需之合谪雷土曰不办、 開關選擇器38。 、尾琢來 參考圖2Β，其係參考圖2Α之文字，，Α，，所示之方向，而 自圖2Α之該一方向觀看之選擇器陣列28的平面圖。 疋件38與第二電極46均未示於圖2Β中，其均為具有 : ，同於第一電極44之形狀的薄膜，且均被施加至基板42。 在較佳具體例中，所有的第一電極44、選擇器38、第二 極46以及基板42，在相關光帶中均實質上為^明的，^如

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五、發明說明（12) 中，選擇器陣歹,j 且基板42面向第 示於圖1中之選擇器組件丨0的較佳且體 28被定位使得第一電極44均面向末端12 二末端1 6。 選擇器組件1 0進一步包 3 8，控制器4 0被概略地顯示 的，控制器4 0會是例如為一 式之可規則程式電子邏輯裝 3 8，且用以實行複雜之開關 因而，本發明包括經由 許材料被使用以選擇或無選 光學特性，此將於下更完整 佳材料，習於本技藝者可以 PLET為較佳的之原因為其之 易於使用。 含控制器4 0以供開關選擇器 搞合至選擇器陣列2 8。較佳 微處理器基礎之系統的某種形 置’允許用以快速開關選擇p 演算法。 °° 使用應用電場，電光材料以允 擇信號元件之方式來改變其之 陳述。雖然於下參考PLET為較 了解亦可使用其他電光材枓。 反應速率、不昂貴之成本、及 PLET材料之光學特性，係對材料合成物以及被施加之 電場為靈敏的。因而，不同的PLET合成物，展現出不同的 電光特性。以具有下列材料比例之材料，已達成良好之結 ，、’其中，高速率選擇器陣列28之PLET (x/y/z )係被界 定為[(Pb ( l_x ) Lax ) (EryTi2 ) 1-x〇3]，較佳值係大約 χ 二8-9 ;y=65 ;ζ=35 〇 PLET可被使用在依據本發明的二種方式的任一種中。 有用的第一效果係散射光學信號。在此一效果中，電場係 被與k號光束同軸地施加。電場之改變，可導致選擇器材 料在透明與完全散射狀況之間的改變。第二效果係電場被

第19頁 561712 五、發明說明（13) 橫向於光學信號光束而施加。於此情況，電場可導致pLET 材料改變光學信號之極性。經由改變極性，選擇與無選擇 亦可被以合適之預與後選擇器元件濾光（f i Iter ing )而 影響。雖然本發明包括改變信號極性，但使用PLET之散射 效果係最佳的。 現在可以了解使用PLET之散射效果來無選擇入射在選 擇器陣列28上之信號元件的較佳方法。PLET可被製成具有 ^止或正常狀態，其對入射光學信號實質上為透射的或實 質上為非透射的（相對應於正常地開啟或正常地關閉狀態 )。。在實質上為透射的狀態中，光學信號元件在沒有顯著 損耗或衰減的情況了通過PLET選擇器材料。在實質上非透 射的狀悲中’ p L E T之散射效果係足以預防在選擇器陣列2 8 的另一側上之進一步信號操作。在應用一預定電場時， ^ΕΤ晶體可被導致改變定向，導致在透射與非透射狀態之 間的交拖。 散射選擇係較佳的，因為其允許使用PLET之薄膜。於 ，將了解，PLET薄膜愈薄，達成所需散射之必須=發於 透：以 薄膜之光學信號而言，“之= = 皮，許通過 動力損耗是需 ；^ ΐ::Α1：::2： ° - ；； ^ --- -步的，鑛態選擇=置8之==口多元件3進8

561712 五、發明說明（14) 在故障之前的開關循環的次數係非常大。估計在會造成開 關故障之開關疲乏之前，於透射至非透射狀態之間的開關 可被製成大約為1 012次。

圖3 A中概略地顯示一單一選擇器元件。較佳的，在作 業之散射模式區段中，第一電極44與第二電極46二者均包 括透明導體，光學信號可由此透明導體通過。經由自擁有 這些所需之透明性與導電性之特徵的銦錫氧化物（I T 0 ) 透明導體，製成第一電極44與第二電極46，已達成合理之 結果。亦可使用其他透明電極，提供其可承載合適之電 場，並為透明且響應的。 PLET之一特性係關連於光學特性之改變會具有一滯後 迴線。於圖3 B之Η處，顯示散射模式作業之示範迴線。於 圖3 Β中，y軸係光線強度且X軸係電場強度。必須注意，迴 線具有位於X軸上方之距離a處的平坦區域。此係代表即使 在完全光線散射模式中，某些光線通過選擇器。因而，依 據本發明，需要選擇PLET之成份，其中，a係充分地小以 使允許無選擇信號元件。

如迴線所示，增加施加至PLET之電場，產生使得材料 更透射光線之電光效果，使得透射光線之光強度開始上 昇。移除電場不會減少光學特性的改變至0，而係保持剩 餘效果（示為r )，其必須以矯頑或反向電場（-e )之應 用來移除。不同的PLET成份展現出不同之具有不同形狀滯 後曲線的電光特性。本發明包括可使用任合適之成份，提 供控制器4 0被配置以允許快速選擇及無選擇光學信號元件

第21頁 561712 五、發明說明（15) 的方式，而允許材料快速地環繞滯後迴線循環。因而，在 任何給予之PLET成份中，材料必須被測試，所決定之滯後 迴線及被測定以輸送電場之控制器，需要可進行光學特性 中所需求之改變。 在圖4A中，顯示電極的另一定向。在某些情況中，如 前所述，極性會被使用以選擇或無選擇信號。於該情況 中，雖然也許會需要例如為極性濾器之進一步元件，來首 先建立進入信號之極性，可使用橫向放置之電極。於此， 橫向放置代表光學信號係橫向於被施加之電場，因此，光 學信號通過電光材料但未通過電極。 在圖4 B中，顯示一進一步之滯後迴線，表達出在一被 施加電場中的改變造成之極性的影響。因而，在圖4 B中， y軸代表極性。因此，為將成份之極性改變至儘可能地最 完全擴展，如圖所示，需要在一正與一負電場之間循環， 以使克服滯後效應。 現在可以了解選擇器組件1 0之作業。第一光學信號經 由末端12而自第一光學信號載體14進入選擇器組件10内。 發散之第一光學信號通過第一準直儀2 0，且被轉換為具有 大致上為校準之光束通道的信號。然後，第一光學信號進 入第一解多工器24。在進入第一解多工器24之前，第一光 學信號係由多數之不同波長的第一信號元件所構成的一合 成信號。 然後，第一光學信號通過第一解多工器2 4，且被解多 工成為第一信號元件。於此階段，每一第一信號元件包括

第22頁 561712 五、發明說明（16) 承載數位編碼資訊的光帶。 然後，第一光學信號元件通過第一聚焦器2 6，其沿著 個別信號元件光束通道導引每一第一信號元件。因而，每 一第一信號元件被導引至選擇器2 8，其可經由控制器而在 一選擇狀態與一無選擇狀態之間個別地開關。因而，控制 器4 0可被使用以選擇那些第一信號元件可通過選擇器（即 為，那些會被選擇？），及那些會被散射（即為，那些會 被無選擇？）。 示於圖1之具體中的選擇器3 8，較佳的自選擇器的一 側通過信號元件，且然後自另一側離開。因而，被選擇之 第一信號元件可完全地通過選擇器陣列2 8且繼續朝向第二 聚焦器3 6。此一配置將通過選擇器時的動力損耗減至最 小。但是，如果通過選擇器時的動力損耗足夠低，例如因 為薄膜係足夠薄，然後，可在選擇器後方配置一反射表 面，其可經由信號進入之方向將信號反射回去。此將參考 圖5而更詳細討論。 第二聚焦器3 6係相對於選擇器陣列2 8而操作地定位， 因此，被選擇第一信號元件抵達第二聚焦器3 6，且被轉換 成為波長差動光線之光帶。第二解多工器34係相對於第二 聚焦器3 6而操作地定位，因此，第一信號元件自第二聚焦 器36行進通過第二解多工器，且被轉換成為多色光（即 為，由任一第一信號元件組成之光學信號被選擇器3 8所選 擇）。然後，被選擇之第一光學信號通過第二準直線3 0。 如前所述，第二準直儀3 0反向地工作，因此，具有大致上

第23頁 561712 五、發明說明（17) 被校準之光束通道的被選擇第一光學信號，被轉換成為具 有在第二末端16之可接收圓錐體内的會聚光束通道之信 _ 號。 習於本技藝者可以了解，控制器4 0可導致選擇器3 8選 m 擇全部的第一信號元件，部份的第一信號元件，或不選 擇。被選擇器3 8所選擇之第一信號元件的數量與鑒定，係 依據被每一第一信號元件於任何特定時間所承載之資料的 目的端，及使用選擇器組件1 0之開關的架構而定。 因為選擇器組件1 0之對稱本性，選擇器組件1 0可同時 地自經由第二末端1 6進入選擇器組件1 0之第二光學信號選 擇或無選擇第二信號元件。如同操作在第一光學信號上之 ® 第一準直儀20 、第一解多工器24及第一聚焦器26的相同方 式，第二準直儀30、第二解多工器34及第二聚焦器36操作 在第二光學信號上。第二光學信號被第二解多工器3 4分隔 成為第二信號元件，且第二信號元件均被第二聚焦器3 6所 聚焦，使得每一第二信號元件被沿著個別信號元件光束通 道導引。然後，以被選擇之第一信號元件通過第二聚焦器 36、第二解多工器34、及第二準直儀30的相同方式，被選 擇器3 8選擇之第二信號元件通過第一聚焦器2 6、第一解多 工器24、及第一準直儀20。 因而，必須注意，選擇器組件1 0可同時地自於一末端 鲁 處進入選擇器組件10的第一光學信號選擇與無選擇第一信 號元件，及自於其之另一末端處進入選擇器組件1 0的第二 . 光學信號選擇與無選擇第二信號元件。因為第一與第二光

第24頁 561712 五、發明說明（18) 學信號均為逆向傳播且具有低於非線性臨界值之光學功 力，其因而可互相行進通過，且每一信號均不會退化。此 一雙向特徵係特別較佳的，因為其顯著增加應用選擇器組 件1 0之任一開關的撓性。此外，依據應用選擇器組件1 0之 開關的結構，選擇器組件1 0之雙向特徵應允許減少在任一 開關中所需要的選擇器組件1 0之數量，以達成相同結果。 習於本技藝者可以了解，如果第一光學信號與第二光 學信號同時地通過選擇器，然後，選擇器元件僅可同意相 同波長之信號元件，同時地以相反方向通過或同時被阻 塞。在示於圖1之組態中，其不可能例如在一方向中阻塞 信號元件（又i )，但在相反方向中通過該信號元件（λ i )。但是，本發明包括完全地雙向選擇器組件，此將於下 更詳細陳述。例如，經由使用被連接於二裝置1 0之每一末 端處的循環器（諸如圖7所示，且如下之詳細說明），可 依需要而在任一方向中選擇地選擇或無選擇信號。而且， 因為選擇器組件1 0之對稱本性，及光線之無干涉本性，所 需要之選擇器3 8之數量，不會超過第一信號元件或第二信 號元件之數量（不論何一數量較大）。 習於本技藝者可以了解，被操作為第一解多工器/多 工器之第一準直儀20、第一解多工器24、及第一聚焦器 2 6，操作地被定位於末端1 2與選擇器2 8之間，因此，第一 光學信號被解多工為第一信號元件，且每一第一信號元件 具有入射至選擇器的個別信號元件光束通道P。類似的， 作用為第二解多工器/多工器之第二準直儀30 、第二解多

第25頁 561712 五、發明說明（19) 工器3 4、及第二聚焦器3 6，操作地被定位於第二末端1 6與 選擇器2 8之間，因此，第二光學信號被第二分離器解多工 成為第二信號元件，且每一第二信號元件具有個別信號元 件光束通道P。 必須了解，第一聚焦器26、第一解多工器24、及第一 準直儀2 0 —起作用為第二信號元件多工器，相對於選擇器 陣列2 6操作地定位，以供將被選擇之第二信號元件多工在 一起，且將之導引至末端1 2。類似的，第二聚焦器3 6、第 二解多工器3 4、及第二準直儀3 0 —起作用為第一信號元件 多工器，相對於選擇器陣列2 8操作地定位，用以組合被選 擇之第一信號元件，且將之導引至第二末端16。 經由將第一解多工器同時地作用為第二信號元件多工 器，且第二解多工器同時地作用為第一信號元件多工器， 選擇器組件1 0可較不複雜，需要較少組件，且較不昂貴 (與如果每一個別功用均需要額外組件來達成之情況相較 )° 在光學開關中，一開關以產生均一動力輸出信號係有 利的。否則，在提供放大之下一階段中，小的信號動力差 異亦會被放大，而引致大的信號動力差異，其會造成信號 處理與操作上的問題。達成均一輸出信號的一種方法，係 選擇地衰減自選擇器組件1 0出射的信號，使得其之動力水 平均於預定水平處。然後，在信號之最終路由之前，可提 供放大至供相關光學系統用之合適動力水平。因而，本發 明進一步包括選擇地衰減，做為本發明之額外特色。經由

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月欠射某些數里的每一通過選擇器之信號，可達成選擇性衰 i摆，=s不會有具有多於預定數量之信號強度的信號自 遠擇為的另一側出射。 > JT選擇的，經由提供預定數量之極化於輪出信號與輸 入彳5唬之間，其會具有依據產生極化之程度而衰減光學信 號強度的影響，故可達成衰減。 現在參考圖5，顯示由參考號碼丨丨〇代表之選擇器的一 可選擇具體例。在示於圖5的具體例中，使用具有個α別選 擇，138之反射式選擇器128，而非示於圖i中之透射式選 擇器陣列2 8。如圖所示，第一準直儀丨2 〇、第一解多工器 ?4及产一聚ί器126本質上均與第二準直儀130、第二解 夕工器134及第一聚焦器ΐ3β並列地定位放置。一與第二 m:ΐ過ΐ ”，且均經由選擇器反射回並朝向、適合 沿著“通；行ϊ1。12或116，而非在通過選擇器之後持續 、琴擇t射擇：1一28、係不同於示於圖2α與2β中之透射式 =諸二1<白1&=2極46不需要由透明材料構成，而可 由诸如金或白金的反射材料所構成。 圖6顯不由參考號石民9 1 n t w 體例不同，但具有下^ 選”i1 二ΐ用準直透鏡2 2 0、解多工器^及聚焦 i】儀。二C同於圖5之選擇器組件11 〇之第- 夕工器124 、及第一聚焦器丨26 。由第

第27頁 561712 五、發明説明⑵） 一光學信號載體2 1 6承載之光學信號係被一循環 進入選擇器210内。因而，被光學信號載體214 ^ 8導引 信號，被循環器沿著中間信號載體5 〇導引且通過之光學 連接器2 1 2。然後，光學信號被分離成為其之信 學信號 且如前所述的被導引至選擇器3 8。 〜疋件， 遥擇器陣列2 2 8可以為反射式或後向反射式。 射表面中，被反射光線沿著入射光線之相反方向彳向反 道被反射回。該種反射器可減輕可能會發生之校準通 因而對此一具體例為較佳的。當僅使用一反射式選摆，二 件時，很重要的，準直透鏡2 2 0、解多工器2 24及聚隹=兀 226，必須相對於選擇器元件2 2 8而準確地定位。否^ °， $選擇之信號元件不會沿著相同通道反射回去，且因已 能被妥適地導引回末端212。因為聚焦器2 2 6、解多工器不 =4及準直透鏡2 2 〇，係作用以導引被選擇信號元件回i光 ^信號載體（以相同於圖1之選擇器的相對應元件之方式 ，很重要的，被選擇光學信號元件在離開選擇器元件 28時，係跟隨著當進入選擇器元件2 2 8時的相同通道。使 後向反射式選擇器陣列2 2 8，經由確保被選擇信號元件 ^離開選擇器元件2 2 8時係跟隨進入選擇器元件2 2 8之相同 、道，而減輕此一困難。 在被選擇信號兀件已重新導引向中間信號載體5 〇後， ^破導引至循環器48，而循環器48導引被選 號元件至 第二光學信號載體218。 圖7顯示使用二單向選擇器5〇〇與5〇2操作之雙向選擇

561712 五、發明說明（22) 器400。單向選擇器500與502可以為示於圖6中之形式。本 發明包括多種形式之信號選擇器。在某些形式中，信號選 擇器係單向的，即為，信號僅可以一方向進入選擇器且以 一方向離開選擇器。於圖6中可發現其之一範例。在其他 選擇器具體例中，信號可以二方向進入或離開，代表選擇 器為雙向的。於圖1中可發現其之一範例。但是，圖1之限 制係信號或信號元件僅可在任一方向中通過或在任一方向 中被阻塞。在某些情況中，較佳的，允許信號或信號元件 在一方向中被阻塞，但可同時地在相反方向中通過。此被 稱之為獨立雙向性。圖7指出本發明所包括之具有獨立雙 向性之具體例。習於本技藝者可以了解，必須考慮是否包 含雙向性之決定，且如果選擇包含、何種形式之雙向性會 依需要而變化、元件之成本等等。 第一光學信號會經由光學信號載體64進入選擇器 4 0 0。接下來，信號遭遇循環器5 6，其較佳為四開口循環 器。循環器5 6將第一光學信號導引至單向選擇器5 0 0。然 後，被選擇第一信號元件會被導引回去循環器5 6，被循環 器56導引出並進入第二光學信號載體66。 第二光學信號會經由第二光學信號載體6 6進入選擇器 4 0 0。循環器5 6導引第二光學信號通過單向選擇器5 0 2。單 向選擇器5 0 2導引被選擇第二信號元件回去至循環器5 6， 循環器5 6導引第二信號元件至第一光學信號載體6 4上。 因而，習於本技藝者可以了解，使用例如示於圖7中 之單向選擇器與循環器，可獲致雙向選擇器之效益。但

第29頁 561712 五、發明說明（23) 是，與圖1之具體例比較，該種配置之缺點係需要更多之 組成元件。

現在參考圖8，顯示一透射式光閘陣列6 0 0。在此一具 體例中，由AWG6 1 0達成解多工，其沿著波導6 1 2提供信號 元件。然後，波導6 1 2進入可依據所施加電信號而變化其 之光學特性的電光元件6 1 4陣列内。於此情況，元件6 1 4為 可變光學衰減器（V 0 A s )。如圖所示，每一信號元件需要 一單一衰減器。然後，在相對側上，信號可例如被第二 AWG 6 2 0多工在一起。此一配置之優點在於該裝置亦為雙向 的，自任一側通過之信號會被解多工、選擇或無選擇，且 然後再次被多工在一起。而且，此係一小尺寸裝置。

現在參考圖9，以參考號碼7 1 0顯示雙向信號選擇器的 進一步具體例。在此一具體例中，由於解多工器7 1 2與 7 1 4，個別信號元件出現。每一信號光束通道P引導至一四 向開關。供每一信號通道用之四種決定，係僅經由一隔離 器7 1 6之西向交通、僅經由隔離器7 1 7之東向交通、通過線 路710之全東西向交通、且無交通通過斷開（disconnect )719。因而，在每一方向中，於每一光學光束通道P中提 供一光學端子7 2 0及光學跳接器7 2 2。本質上，跳接器7 2 2 建立四向光學開關。雖然僅顯示一個四向開關，必須了 解，每一個別信號元件光束通道P需要一個四向開關。雖 然此一配置需要更多構成元件且因而更為昂貴，但具有允 許個別信號嵌入及平行信號通道之優點。因而，選擇器可 被配置供東向隔離、西向隔離、東西向無阻礙、及東西向

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阻塞之用。 習於本匕支藝者可以了解，本發明之多種修 均由所附士申請專利範圍的寬廣範疇所包括。這^ 部份已於前述中討論γ ^其他對習於本技藝者係&明顯/、 的。例如’雖然PLET係最佳的材料，因為在電場中具有快 速反應的強電光效果，但可以其他材料取代。本發明，， 要的係提供信號分離、無移動信號選擇、及然後’ 工以供進一步轉移之用。 主要元件對照表 光學信號載體 二光學信號載體 10、selector assembly 選擇器組件 1 2、f i r s t end 第一末端 14 " first optical signal carrier 第-16、second end 第二末端 18 、second optical signal carrier 第 20 " first collimator 第一準直儀 24 、 first demultiplexer 第一解多工器 26 、；first focussor 第一聚焦器 28 'selector array 選擇器陣列 30 、 second collimator 第二準直儀 34 、 second demultiplexer 第二解多工器 36、 second focussor 第二聚焦器 t，强媒器TO 1下 38、individual selectors elements 個另丨】1^ 40 'controller 控制器

561712 五、發明說明（25) 42、substrate 基板 44 、 first electrodes 第一電極 46 'second electrode 第二電極 48 、circulator 循環器 50 、 intermediate signal carrier 中間信號載體 56 、circulator 循環器 64 、optical signal carrier 光學信號載體 66 'second optical signal carrier 第二光學信號載體 110 'selector assembly 選擇器組件 112、first end 第一末端

116 'second end 第二末端 120 、 first collimator 第一準直儀 124 'first demultiplexer 第一解多工器 126 、 first focussor 第一聚焦器 128、reflective selector 反射式選擇器 130 、 second collimator 第二準直儀 134 、 second demultiplexer 第二解多工器 136 'second focussor 第二聚焦器 138 、 individual selectors 個別選擇器 210、selector 選擇器

212、optical signal connector 光學信號連接器 214、first optical sigal carrier 第一光學信號載體 218 、 second optical signal carrier 第二光學信號載體 220、collimating lens 準直透鏡

第32頁 561712 五、發明說明（26) 224 、demultiplexer 解多工器 226 、focussor 聚焦器 228 'selector array 選擇器陣列 400、bi - directional selector 雙向選擇器 5 0 0 、uni - directional selector 單向選擇器 5 0 2 、uni- directional selector 單向選擇器 600 'transmissive shutter array 透射光閘陣列 610、AWG陣列波導 612 、wave guide 波導 614 、 electro-optic element 電光元件 620、second AWG第二陣列波導 710 、bi—directional signal selector 雙向信號選擇器 712 'demultiplexer解多工器（分用器） 714、demultiplexer解多工器（分用器） 716 、 isolator 隔離器 717 'isolator 隔離器 7 1 8、1 i n e 線路 719 、disconnect 斷開 7 2 0 > optical terminal 光學端子 722 、optical jumper光學这兆接器 Ρ " beam path波束通路 a、distance 距離 Η、1 ο ο ρ迴線 r、remnant effect 剩餘效果

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第34頁 561712 圖式簡單說明 於下將參考僅以範例方式顯示之示出本發明較佳具體例之 圖式，其中： 圖1係依據本發明之選擇器組件的略圖； 圖2 A與2 B係形成依據本發明之圖1的選擇器組件之選擇器 陣列的個別之側視與前視圖； 圖3 A顯示來自依據本發明之圖2 A的選擇器陣列之選擇器元 件的一種形式； 圖3 B顯示在圖3 A的選擇器元件中，應用電信號的滯後效 應； 圖4 A顯示依據本發明之選擇器元件的另一形式； 圖4B顯示在圖4A的選擇器元件中，應用電信號的滯後效 應； 圖5係依據本發明之選擇器組件的第一可選擇具體例之略 圖； 圖6係依據本發明之選擇器組件的第二可選擇具體例之略 圖， 圖7係依據本發明之選擇器組件的進一步具體例之略圖； 圖8係依據本發明之選擇器陣列與相控（p h a s e d )陣列波 導組合之略圖；及 圖9係雙向選擇器組件的進一步具體例，其提供個別信號 之操作與序列之嵌入。

Claims (1)

1. 561712 六、申請專利範圍 1、 一種選擇器組件，自光學信號選擇與無選擇信號元 件，該選擇器組件包括： 一輸入光學接頭，用以光學地連接輸入光學信號載體至該 選擇器組件； 一輸出光學接頭，用以光學地連接該選擇器組件至輸出光 學信號載體； 一信號解多工器，相對於該輸入光學接頭而操作地定位， 因此，通入該選擇器組件内的光學信號均被該解多工器解 多工成為信號元件，每一信號元件具有一個別之信號元件 光束通道；

   一信號選擇器，位於每一該信號元件光束通道中，每一該 信號選擇器可電交換在至少一選擇狀態與一無選擇狀態之 間，使得每一該信號元件可被選擇或無選擇； 一控制器，被耦合至該選擇器元件，用以產生供交換該選 擇器用之電場；及 一信號多工器，被操作地定位在該信號選擇器與該輸出光 學接頭之間，用以在選擇之後將該被選擇信號元件多工在 一起0

   2、 如申請專利範圍第1項之選擇器組件，其中該選擇器均 係由鐵電之電光選擇器材料所組成。 3、 如申請專利範圍第2項之選擇器組件，其中該選擇 器材料係由PLET所形成。

   第36頁 561712 六、申請專利範圍 4、 如申請專利範圍第3項之選擇器組件，其中該PLET 係可經由應用與該信號同軸地施加之電場而電交換，且該 選擇器經由散射信號元件而無選擇該信號元件。 5、 如申請專利範圍第3項之選擇器組件，其中該PLET 係可經由應用橫向於信號元件之通道施加的電場而電交 換，且該選擇器經由改變信號之極性而選擇與無選擇信 號。

   6、 如申請專利範圍第2項之選擇器組件，其中該電場 係由被置於信號元件光束通道中的至少一透明電極所施 加。 7、 如申請專利範圍第6項之選擇器組件，其中二該電 極均為由I T 0所形成之透明電極。 8、 如申請專利範圍第6項之選擇器組件，其中該電極 之一係一透明電極，且另一電極係一反射式電極。

   9、 如申請專利範圍第8項之選擇器組件，其中該反射 式電極係一後向反射式電極。 1 0、如申請專利範圍第1項之選擇器組件，其中每一該信

   第37頁 561712 六、申請專利範圍 號元件包括一可承載數位編碼資訊的個別信號元件波長 帶。 1 1、如申請專利範圍第1項之選擇器組件，其中該選擇器 係可以大約2 0 0毫微秒或更少之反應時間交換。 1 2、如申請專利範圍第1項之選擇器組件，其中該選擇 器係可以大約5 0毫微秒或更少之反應時間交換。 擇 選 該 中 其 件 組 器 擇 選 之。 項次 112 第ο 1X 圍約 範大 Ί— i t&w 專高 請換 申交 如可 、係 3器 II 多 解 該 中 其 件 組 器 擇 選 之 項 〇 11 第栅 圍光 範射 利衍 專一 請括 申包 如係 、 器 14工 步 - 進 中 其 件 組 器 擇 選 之 項 地 作 操 被 而 頭 接 學 光 該 於 對 相 係 ί儀 第直 圍準 範該 利， 專儀 請直 申準 如一 、括 5包 t·*· 被 lgu # 信 學 光 該 之 儀 直 準 該 過 通 頭 接 學 光。 該器 自工 ，多 此解 因該 ，至 位引 定導 步 1 進 中 其 件 組 器 擇 選 之 項 組 器 擇 選 該 至 件 元 號 信 工 多 解 該 引 Γ I 第導 圍以 範用 利， 專器 請焦 申聚 如一。 、含上 6包件 1_ >

   第38頁 561712 六、申請專利範圍 1 7、如申請專利範圍第5項或第9項之選擇器組件，其 中該分離器進一步包括被操作地定位之一或更多聚焦透 鏡，以使沿著個別信號元件光束通道導引每一該信號元 件，並將之導引至個別的光閘元件上。 1 8、如申請專利範圍第1項之選擇器組件，其中該解多 工器包括由全息衍射光閘、複製刻劃衍射光栅、稜鏡、閃 耀光栅、或陣列波導構成的群組中之一。

   1 9、如申請專利範圍第1項之選擇器組件，其中該光學 接頭、信號解多工器與多工器、及信號選擇器係均為雙向 的，以允許信號可自任一該接頭輸入及輸出。 2 0、一種自光學信號選擇信號元件的方法，該方法包括下 列之步驟： (a )將一DWDM光學信號引入一選擇器組件内； (b )解多工該光學信號成為多數之信號元件； (c )沿著信號元件光束通道導引每一信號元件入射 至一電光選擇器元件；

   (d )電氣控制該電光選擇器元件，以使選擇或無選擇信 號元件；及 (f )多工該被選擇信號元件在一起。 2 1、一種信號選擇器組件，用以自光學信號選擇與無選擇

   第39頁 561712 六、申請專利範圍 光學信號元件，該信號選擇器組件包括： 一對信號解多工器/多工器，位於該信號選擇器組件之每 | 一側上，用以解多工通過進入信號選擇器組件之信號，且 用以多工通過離開信號選擇器組件之被選擇信號；及 > 一信號元件選擇器，位於信號解多工器/多工器之間，該 信號元件選擇器允許每一光學信號元件在僅能向東方向、 僅能向西方向、同時地在東與西方向、或不能在任一方向 中通過， 其中，該信號選擇器組件提供雙向信號元件選擇。

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