TWI402550B - Optical transceiver module - Google Patents

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TWI402550B
TWI402550B TW098107622A TW98107622A TWI402550B TW I402550 B TWI402550 B TW I402550B TW 098107622 A TW098107622 A TW 098107622A TW 98107622 A TW98107622 A TW 98107622A TW I402550 B TWI402550 B TW I402550B
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Satoshi Nishikawa
Masakazu Takabayashi
Masatoshi Katayama
Kiichi Yoshiara
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

光收發模組
本發明係有關於光收發模組，且特別有關於搭載在使用光纖來提供加入者最大傳輸速度1Gbit/秒的網路服務之GE-PON(Gigabit Ethernet-Passive Optical Network System)的加入者端光纖終端裝置(Optical Network Unit,ONU)內，用來處理光信號與電信號的轉換之光收發模組。
GE-PON系統是由設置於中央局之局端光纖終端裝置(Optical Line Terminal,OLT)、將傳送路徑分為最大32條之分光器、設置於加入者家中之加入者端光纖終端裝置所構成。
局端光纖終端裝置向加入者端光纖終端裝置傳輸之下行的資料/聲音信號分配到1490nm的波長，下行的類比影像信號中分配到1550nm的波長。
另一方面，加入者端光纖終端裝置向局端光纖終端裝置傳輸之上行資料信號分配到1310的波長。
如此一來，GE-PON系統使用能夠分割複數波長的分波多工(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技術，進行一芯雙向的光通信。
但是GE-PON系統中，下行的資料/聲音信號與類比影像信號的光波長頻帶中必須設置保護頻帶。也就是說為了避免上述光波長頻帶以外的光波長收發，必須要使用加入者端光纖終端裝置設置保護頻帶的光通訊模組。
如上所述，必須要使用加入者端光纖終端裝置設置保護頻帶的光通訊模組，例如專利文獻1所揭露之收發模組中，藉由使用WDM濾波器解多工複數波長的光信號，實現一芯雙向的光通信。但是此收發模組中，WDM濾波器與光纖之間只是單純的光學元件鏡面連接，並不適合使用於要在下行的資料/聲音信號與類比影像信號的光波長附近設置保護頻帶的GE-PON系統中。
第14圖為以專利文獻1所揭露的收發模組之發散光(divergence light)所形成的濾波器特性之說明圖。第14圖的矩形部分表示規格內容。
如第14圖所示，將發散光入射加入者端光纖終端裝置的光收發模組內部的窄頻帶濾波器的情況下，光收發模組的發散光會穿過保護頻帶(波長帶λ1-α)。
當保護頻帶與資料/聲音信號與或類比影像信號的光波長相鄰時，依入射光對窄頻帶濾波器的角度，窄頻帶濾波器的濾過特性會有所改變，因此有必要保持窄頻帶濾波器的濾過特性，並且確保傳輸品質。
要保持窄頻帶濾波器的濾過特性並確保傳輸品質，最好設置將光纖輸出的發散光轉換為平行光的準直儀(collimator)等，調整入射光對窄頻帶濾波器的角度。
例如專利文獻2中所揭露的收發裝置，該收發裝置設置窄頻帶濾波器與準直儀。
第15圖為由專利文獻2所揭露的收發模組的平行光所形成的濾波器特性之說明圖。第15圖的矩形部分表示規格內容。
如第15圖所示，設置波長帶(λ1-α)、λ、(λ1+α)的保護頻帶，可以避開不必要光波長的收發。
又在專利文獻3中揭露傾斜的光纖光柵與不傾斜的光纖光柵所組合的結構，來做為低反射且40dB以上高穿透損失的濾波器。僅使用傾斜光纖光柵並不容易獲得低反射且40dB以上高穿透損失的特性，但一般認為組合具有20dB左右穿透損失的傾斜光纖光柵與不傾斜光纖光柵，可以獲得低反射且40dB以上高穿透損失特性。
而像這樣使用光纖式濾波器的光收發模組的結構，並不在此做說明。
專利文獻1：特表2003-524789號公報(第2圖a)
專利文獻2：特開2005-260220號公報(段落[0009]、[0010]行、第4圖)
專利文獻3：特許第3612780號
習知的光收發模組如上述的結構，因此設置準直儀的話可以保持窄頻帶濾波器的特性並確保傳輸品質。然而設置準直儀會增加零件的數目，使得小型化因難、零件材料的成本也會提高。
又因為習知使用光纖光柵的濾波器使用傾斜的光纖光柵來獲得20dB的高穿透損失，增加感光強度的話在布拉格(Bragg)反射波長帶或損失波長帶容易產生殘留反射，減損了低反射特性。
本發明為解決上述問題，以不設置準直儀或窄頻帶濾波器，進而獲得可確保傳送品質的光收發模組為目的。
做為由分波多工的裝置將穿透的第1波長帶的光信號往局端傳送的同時，將由局端發送的第2及第3波長帶的光信號傳送至分波多工裝置的光纖裝置，本發明之光收發模組使用具有阻止第1、第2及第3波長帶以外的光信號穿透的窄頻帶濾波器功能的光柵光纖。
根據本發明，做為由分波多工的裝置將穿透的第1波長帶的光信號往局端傳送的同時，將由局端發送的第2及第3波長帶的光信號傳送至分波多工裝置的光纖裝置，光收發模組使用具有阻止第1、第2及第3波長帶以外的光信號穿透的窄頻帶濾波器功能的光柵光纖。而由於以上的組成，本發明不必設置準直儀或窄頻帶濾波器，而能夠確保傳送的品質，因此達到小型化以及減低零件材料的目的。
實施例1
第1圖為根據本發明實施例1所顯示之光收發模組之組成說明圖。第1圖所示之光收發模組會實裝於加入者端光纖終端裝置。
在第1圖中，發送模組1將上行的資料電信號轉換為1310nm波長的光信號，再將此光波長輸出至WDM濾波器4。
接收模組2為第1接收模組，接收由WDM濾波器4而來的下行資料/聲音之1490nm波長的光信號(包含第2波長帶的光信號)後，將該光信號轉換成電信號。
接收模組3為第2接收模組，接收由接收由WDM濾波器5而來的類比影像之1550nm波長的光信號(包含第3波長帶的光信號)後，將該光信號轉換成電信號。
第1圖中顯示由發送模組1所發送的第1波長帶的光信號為1310nm，接收模組2接收的第2波長帶的光信號為1490nm，接收模組3接收的第3波長帶的光信號為1550nm，但以上僅為一個例子，第1、第2及第3波長帶也可以是其他的波長帶。
WDM濾波器4為第1分波多工濾波器，一方面讓發送模組1所輸出之波長1310nm的光信號穿透，往WDM濾波器5端；一方面將穿透WDM濾波器5之波長1490nm的光信號反射至接收模組2端。
WDM濾波器5為第2分波多工濾波器，一方面讓穿透WDM濾波器4之波長1310nm的光信號穿透，往光纖連接器6(fiber ferrule)端，同時讓光纖連接器6輸出波長1490nm的光信號穿透，往WDM濾波器4端；一方面將光纖連接器6輸出波長1550nm的光信號反射至接收模組3。WDM濾波器4、5構成整個分波多工裝置。
光纖連接器6是收容光柵光纖7的收容零件，在第1圖中設置於鄰接WDM濾波器5之右側。
光柵光纖7一方面傳輸穿透WDM濾波器5之波長1310nm的光信號，往連接器8端輸出，另一方面傳輸由連接器8端入射之波長1490nm、1550nm的光信號(由局端發送的光信號)，往WDM濾波器5端輸出。光柵光纖7具有阻止含波長1310nm的窄頻帶(第1波長帶)、含波長1490nm的窄頻帶(第2波長帶)以及含波長1550nm的窄頻帶(第3波長帶)以外的頻帶之光信號穿透的窄頻帶濾波器之功能。
連接器8唯一連接零件，連接光柵光纖7的一端，且連接單模光纖(single mode fiber)的一端。單模光纖的另外一端連接於局端光纖終端裝置。
接著說明根據實施例1之光收發模組的運作。一開始將說明加入者端光纖終端裝置內的光收發模組將上行資料信號發送至局端光纖終端裝置的運作。
發送模組1接受上行資料的電信號後，將電信號轉換為波長1310nm的光信號並將此光信號往WDM濾波器4輸出。
WDM濾波器4接受從發送模組1來的波長1310nm的光信號後，讓此光信號穿透，往WDM濾波器5端。
WDM濾波器5將讓穿透WDM濾波器4而來的波長1310nm的光信號穿透，並往光纖連接器6端。
因為波長1310nm的光信號入射光纖連接器6，波長1310nm的光信號在光柵光纖7中傳輸，並從連接器8朝單模光纖射出。
接著將說明加入者端光纖終端裝置內的光收發模組接收下行資料/聲音信號及類比影像信號的運作
局端光纖終端裝置所發送的下行資料/聲音信號為波長1490nm的光信號，下行的類比影像信號為波長1550的光信號，兩個光信號在單模光纖中傳輸並往連接器8入射。
接著波長1490nm、1550nm的光信號在光柵光纖7中傳輸，從光纖連接器6往WDM濾波器5射出。
WDM濾波器5接收光柵光纖6傳來的波長1490nm、1550nm的光信號後，分離波長1490nm的光信號與波長1550nm的光信號，讓波長1490nm的光信號穿透，往WDM濾波器4端；波長1550nm的光信號反射向接收模組3端。
接收模組3接收WDM濾波器5傳來的波長1550nm光信號後，將波長1550nm的光信號轉換為電信號，輸出為電信號的下行類比影像信號。
WDM濾波器4將穿透WDM濾波器5之波長1490nm的光信號往接收模組2端反射。
接收模組2接收WDM濾波器4來的波長1490nm的光信號後，將波長1490nm的光信號轉換為電信號，輸出為電信號的下行資料/聲音信號。
在此光柵光纖7會利用紫外光往光纖照射後折射率上升的光感應折射率變化。
也就是說光柵光纖7在紫外光往光纖照射後，光纖的核心(core)或外殼(cladding)會形成光柵，折射率周期性地變化。
根據上述理由，光柵光纖7能夠只反射對應該週期的特定光波長，因此光柵光纖7做為具有光濾波器(窄頻帶濾波器)功能的光纖裝置使用。
又因為光柵光線7能夠直接在光纖中非破壞性地形成光柵，故可以用低成本製造。又因為能夠輕易地變化中心波長、頻寬、反射率等光學特性，而具備低損失、小型化、高可靠度的優點。
第1圖的光收發模組中實裝的光柵光纖7雖然會讓含波長1310nm的窄頻帶光信號、含波長1490nm的窄頻帶光信號及含波長1550nm的窄頻帶光信號穿透，但會讓上述3個窄頻帶以外的頻帶的光波長衰減，光柵光纖7具有這樣的窄頻帶濾波器功能。
因此，不需要像習知的光收發模組一樣在內部具備窄頻帶濾波器。也因為不需要將光波長從發散光轉換為平行光，所以不需要像習知的光收發模組一樣配置準直儀。
光柵光纖7並且能夠讓含波長1310nm的窄頻帶光信號、含波長1490nm的窄頻帶光信號及含波長1550nm的窄頻帶以外的頻帶光信號從核心往外殼能量擴散，確保反射衰減量。
第2圖為表示光纖光柵特性的說明圖。如第2圖所示並沒有設置窄頻帶濾波器與準直儀，在設有波長帶(λ1-α)、λ、(λ1+α)保護頻帶的GE-PON系統中，能夠迴避逋需要的光波長收發。第2圖中矩形部分表示規格內容。
如上所述根據實施例1，做為將穿透WDM濾波器4、5而來的波長1310nm光信號傳送，同時傳送來自局端的波長1490nm、1550nm的光信號至WDM濾波器5端的光纖，該光纖會使用具有阻止(使其反射)含波長1310nm的窄頻帶光信號、含波長1490nm的窄頻帶光信號及含波長1550nm的窄頻帶以外的頻帶光信號透過的窄頻帶濾波器功能的光柵光纖7來構成。因此不需要設置窄頻帶濾波器與準直儀，而能夠確保傳輸品質，最後達成小型化及零件材料成本減低的效果。
實施例2
第3圖為根據本發明實施例2所顯示之光收發模組之組成說明圖。在第3圖中，與說明實施例1的第1圖相同標號者代表同樣的部分，在此省略說明。
光柵光纖連接器9收納相當於第1圖中光柵光纖7的光柵部分。
光纖10的一端與收納於光柵光纖連接器9內的光柵光纖連接，傳送穿透WDM濾波器5而來的波長1310nm的光信號，往連接器8端輸出；另一方面傳送由連接器8端入射的波長1490nm、1550nm的光信號(由局端發送的光信號)，往WDM濾波器5端輸出。
在上述實施例1中，光纖連接器6與連接器8之間連接光柵光纖7，因為藉由折射率變化將光柵光纖7的光柵長度縮短，而成為光柵部分收納於光纖連接器6內的實施例2。具體說明如下。
另外著眼於折射率變化量放大n倍，就能夠將第3圖中的光柵光纖連接器9的光柵長度縮短為1/n 2 倍此一特徵，光柵光纖連接器9讓光纖連接器內的光纖核心光柵化。
如此一來可以減少光纖多餘的長度處理空間，也就是說能夠簡短光纖10的長度，因此加入者端光纖終端裝置可以節省空間。由因為光纖長度的縮短，也可以達到材料成本減低的目標。
因此，實施例2的光收發信模組比起實施例1的光收發信模組更能達成小型化、零件材料成本減低的效果。
實施例3
第4圖為根據本發明實施例3所顯示之光收發模組之組成說明圖。在第4圖中，與第1圖及第3圖相同標號者代表同樣的部分，在此省略說明。
光柵連接器11收納相當於第1圖中光柵光纖7的光柵部分。
在上述實施例1中，光纖連接器6與連接器8之間連接光柵光纖7，因為藉由折射率變化將光柵光纖7的光柵長度縮短，而成為光柵部分收納於連接器8內的實施例3。具體說明如下。
另外著眼於將折射率變化量放大n倍，就能夠將將第4圖中的光柵連接器11的光柵長度縮短為1/n 2 倍此一特徵，光柵連接器11設置了讓連接器內光纖核心光柵化的部份。
如此一來可以減少光纖多餘的長度處理空間，因此加入者端光纖終端裝置可以節省空間。由因為光纖長度的縮短，也可以達到材料成本減低的目標。
因此，實施例3的光收發信模組比起實施例1的光收發信模組更能達成小型化、零件材料成本減低的效果。
實施例4
第5圖為根據本發明實施例4所顯示之光收發模組之組成說明圖。在第5圖中，與第1圖相同標號者代表同樣的部分，在此省略說明。
光柵插座12(grating receptacle)為一光模組零件，設置於第5圖中鄰接WDM濾波器5的右側，連接單模光纖的一端，並具有與光模組調整光軸功能及與外部連接器連接的結構。
光柵插座12收納相當於第1圖中光柵光纖7的光柵部分。
在上述實施例1中，光纖連接器6與連接器8之間連接光柵光纖7，因為藉由折射率變化將光柵光纖7的光柵長度縮短，而成為光柵部分收納於插座內的實施例4。具體說明如下。
另外著眼於將折射率變化量放大n倍，就能夠將將第5圖中的光柵插座12的光柵長度縮短為1/n 2 倍此一特徵，光柵插座12讓插座內光纖核心光柵化。
如此一來可以減少光纖多餘的長度處理空間，因此加入者端光纖終端裝置可以節省空間。由因為光纖長度的縮短，也可以達到材料成本減低的目標。
因此，實施例4的光收發信模組比起實施例1的光收發信模組更能達成小型化、零件材料成本減低的效果。
實施例5
第6圖為根據本發明實施例5所顯示之光收發模組用的光纖光柵之組成說明圖。
如第6圖所示，外殼14以圓柱狀地包覆住核心13，核心13具有傾斜光纖光柵部分15與雜光衰減用光纖部分16。
在實施例5中，使用傾斜光纖光柵做為波長濾波器。以下首先說明傾斜光纖光柵部分15的製作方法。光纖光柵藉由將將光纖暴露於紫外光來製作。所使用的光纖最好是與連接於外部(連接器8端(參考第1圖)，穿透光的入射端)至光收發模組間的光纖在核心直徑、數值孔徑(numerical aperture)等光學特性具有互換性的類型。若光學特性沒有互換性的話，透過光纖連接器等與光收發信模組及外部光纖連接的情況下，會產生連接的損失而形成信號劣化的原因。在本實施例中，並不使用一般用於光痛訊的石英玻璃系光纖(石英玻璃外殼與添加Ge(鍺)核心所形成)，而使用添加Ge與B(硼)來提升感光度的光感應光纖。具體來說，外殼同樣是石英玻璃，核心添加Ge與B，使用模場直徑(mode field diameter)、數值孔徑、外殼直徑與外部的單模光纖(single mode fiber)相同格式的光纖，模場直徑為約10μm，數值孔徑為0.13μm，外殼直徑為125μm。
在光纖光柵曝光前為了提高感光度，於高壓氫氣(100大氣壓)中處理2個星期後，照射Nd-YAG雷射(輸出功率200mW、波長266nm)形成光柵。曝光用雷射最好使用準分子雷射(excimer laser)。照射紫外光的部分先除去光纖的保護層使它露出外殼，使其在接近相位光罩的狀態下曝光。
相位光罩會調整成以波長1.55μm帶為布拉格波長的週期，光罩週期構造會設定與光纖延伸方向的垂直線夾θ角的傾斜。θ制定在-90°~90°的範圍內。
在傾斜光纖光柵部分15，較布拉格波長短的波長端會產生稱為外殼模式的穿透損失。週期均一的光柵下，外殼模式損失會形成週期性的梳狀頻譜，而光柵內週期變化的啁啾光柵(chirped grating)下，則頻譜形狀會平均化，形成寬廣形的頻譜。
為了說明光纖光柵的光學特性，我們使用第7圖中表示傾斜光纖光柵部分15的頻譜測定範例圖。光纖光柵是在使用光感應光纖、相位光罩傾斜約3.1°、光柵長度為5mm、啁啾量為0.4nm的條件下曝光而得。第7圖表示穿透損失與反射頻譜。布拉格反射存在於波長1556nm~1557nm，因為將傾斜角度調整成為布拉格反射減小的條件下，因此反射強度為-30dB以下較小的值。因為反射強度非常小，上述的波長中在穿透損失的頻譜並不會出現結構。在穿透損失頻譜上比1553nm短的波長端所出現的損失為上述外殼模式所造成的。光柵光纖因為有啁啾，梳狀的頻譜構造會平均化。1555nm附近的損失則是基本傳輸模式往高階的LP11模式的反射所造成的頻譜構造，也稱為鬼線光柵。在曝光前的光纖，這個模式穿輸損失較大而不會出現頻譜構造，藉由光柵曝光，核心的平均折射率提高，傳輸損失減少，就會形成如第7圖般轉變為增大穿透損失。因為LP11模式在光柵未曝光的光纖區域會衰減，故原來一般皆認為反射強度不會變大，但卻因為光柵不均一等的影響而有殘留反射的情形發生。出現在第7圖中波長1554nm~1555nm的反射強度-25dB左右的構造就是如同上述殘留反射所引起的結果。
因為布拉格反射強度以及外殼模式和鬼線光柵的穿透損失會依傾斜角度而改變，因此要獲得所希望的特性，必須要調整曝光時光罩的傾斜角度。特別是布拉格反射具有對光柵傾斜角度敏感的相依特質。光纖光柵的長度越長、曝光造成的折射率變化越大，穿透損失就越大，但是曝光所產生的折射率變化會因為使用的光纖特性而有一定的上限。因此，為了要獲得所希望的穿透損失，首先假定固有的適合的折射率變化於要使用的光纖上，接著考慮能夠獲得必要的穿透損失所需要的光柵長度來進行曝光。
要在GE-PON用光收發模組中使用，波長濾波器的特性必須是在波長1310nm帶的使用波長λA、1490nm帶的使用波長λb以及1550nm帶使用的波長λC之穿透損失較小，在使用波長附近的保護頻帶(例如波長帶λC-α)穿過損失較大，並且在這些波長帶有較低反射。
假定光柵長度50mm、光柵傾斜角度4.5°、曝光造成的折射率變化2×10-3 的情況下，光纖光柵的穿透反射頻譜(計算結果)顯示於第8圖中。
要實現所要求的穿透損失波長寬(例如1.5nm)，使用啁啾光柵。光纖光柵的布拉格波長最大值與最小值的差，也就是啁啾量設為2.7nm。又為了減低反射，則假定在光柵兩端的部分做使折射率變化量緩緩減小的切趾處理。
從第8圖中，可以確認在1552nm的使用波長λC穿透損失小、在比使用波長短的波長端的保護頻帶(波長帶λC-α)穿透損失在40dB以上(參照第8a圖)、反射強度小(參考第8b圖)這些事項，並得知計算上滿足要求的規格。因為光纖核心內的光柵傾斜是光罩傾斜角度的約1.45倍，製作時光罩傾斜角度定於3.1度。但是測定實際試作讀光纖光柵的穿透頻譜時，發現了在光柵部分產生於外殼部分傳輸的雜光，使得穿透損失減小的問題。我們對於這樣的問題，利用外殼傳輸光在光纖保護層介面所造成的衰減，並藉由在光纖光柵的端部設置雜光衰減用光纖部分來找出能夠迴避穿透損失的方法。而要獲得40dB以上的穿透損失，經過測定我們確認了最好設置雜光衰減用光纖部分。第9圖顯示對於同一個傾斜光纖光柵部分15，改變雜光衰減用光纖部分16的長度所測定的穿透損失之結果。從第9圖中，可以知道要得到40dB以上的穿透損失，最好設置16cm以上的雜光衰減用光纖部分16。
因此，要使用於GE-PON用的光收發模組，最好在上述的傾斜光纖光柵部分15附加上長度16cm以上的雜光衰減用光纖部分16。
關於反射特性，進行改變傾斜角度的試作，確認了在3.1°附近的反射強度極小。藉由調整最適合的傾斜角度、光柵平均的曝光，能夠獲得良好的低反射特性。
藉由以上本實施例所說明的光纖光柵，在使用於GE-PON用的光收發模組的波長領域內能夠獲得必要的波長特性，因此可以實現實施例1與實施例3所說明的運作，而達成加入者端光纖終端裝置的省空間化。
實施例6
第10圖為根據本發明實施例6所顯示之光收發模組用之光纖光柵構造說明圖。
如第10圖所示，本實施例中做為一個光纖光柵，使用連結用傾斜光纖光柵部分17a(第1種光柵光纖群)及連結用非傾斜光纖光柵部分17b(第2種光柵光纖群)兩個光柵部分所連結的構造。與第6圖相同標號者代表同樣的部分，在此省略說明。
光纖會使用與實施例5相同的光感應光纖。以下將說明各別的光柵特性。
連結用傾斜光纖光柵部分17a是以具有布拉格反射減小的傾斜角度及外殼模式導致的12.5dB以上的穿透損失來製作。又連結用非傾斜光纖光柵部分17b是以在連結用傾斜光纖光柵部分17a的上述外殼模式損失波長下生成布拉格反射這樣的週期，來製作於接近連結用傾斜光纖光柵部分17a的位置。最後以連結用傾斜光纖光柵部分17a、連結用非傾斜光纖光柵部分17b及雜光衰減用光纖部分16這樣的順序連結製作。連結用傾斜光纖光柵部分17a是與外部(連接器8端(參考第1圖))連接的一端。各別的光柵有可能各別地曝光，也有可能使用對應的兩種形式所形成的相位光罩一起曝光，但一般偏好能夠減低成本的一起曝光。
連結用非傾斜光纖光柵部分17b具有布拉格反射所導致的反射強度大的波長帶，此波長帶的中心波長為布拉格波長。連結用傾斜光纖光柵部分17a之穿透損失巨大的波長帶盡可能地包含連結用非傾斜光纖光柵部分17b的反射波長帶，因此能夠減低由外部端所看見的連結用非傾斜光纖光柵部分17b的布拉格反射強度。若是在連結用非傾斜光纖光柵部分17b的布拉格反射波長帶裡包含了連結用傾斜光纖光柵部分17a的穿透損失小的波長，這個波長從外部端看到的反射強度會增大。
如上所述，在使由外部端看的連結用非傾斜光纖光柵部分17b的布拉格反射強度減小的狀態下，全光纖光柵的穿透損失在連結用非傾斜光纖光柵部分17b的布拉格反射波長帶會特別地增大，因此做為光收發模組所使用的波長濾波器，穿透阻止波長範圍最好包含於上述布拉格波長帶裡。又在穿透阻止波長範圍較廣的情況下，可以藉由將光罩啁啾化來擴大波長範圍。
做為波長位置的相對關係，由於外殼模式所形成的穿透損失會在比布拉格反射短的波長生成，將穿透阻止波長(包含於連結用非傾斜光纖光柵部分17b的布拉格反射所形成的穿透損失波長帶)設置於比連結用傾斜光纖光柵部分17a的布拉格波長帶短的波長端，並且不要讓布拉格反射在比連結用傾斜光纖光柵部分17a的布拉格波長帶長的波長端產生，如此一來就可以減低由外部端所看見的連結用非傾斜光纖光柵部分17b的布拉格反射強度。因為連結用傾斜光纖光柵部分17a的布拉格強度藉由調整傾斜角度減小，所以可以得到在全波長都有反射強度小的波長濾波器特性。
在所希望的穿透阻止波長範圍內，在連結用傾斜光纖光柵部分17a之光穿透損失與在連結用非傾斜光纖光柵部分17b之光穿透損失分別以L1(dB)、L2(dB)表示時，必須滿足「，」(第1條件)。
又在上述穿透阻止波長範圍與在傾斜光柵的布拉格波長帶的傾斜光柵反射率分別以R1(dB)、R2(dB)表示，在穿透阻止波長範圍的非傾斜光柵的反射率以R0(dB)表示時，必須滿足以下第(1)式(第2條件)
滿足上述第1及第2條件同時，能夠調整連結用傾斜光纖光柵部分17a的傾斜光柵傾斜角度、週期、雜光衰減用光纖部分16的長度，達成在上述穿透阻止波長範圍的光濾波器全體之光穿透損失最小值在40dB以上以及全波長帶的反射率在-25dB以下。
舉例來說，連結用傾斜光纖光柵部分17a的長度45mm、連結用非傾斜光纖光柵部分17b長度10mm、相位光罩傾斜角度3.1°、啁啾量2.7nm、折射率變化1.2×10-3 、有切趾處理，在這樣條件的連結光纖光柵特性計算結果表示於第11圖中。我們可以看出穿透損失(參考第11a圖)、反射(參考第11b圖)中任一個皆滿足上述的條件。切趾處理為6階超高斯(super Gaussian)分佈，但也可以是2階或4階超高斯分佈。
在第11a圖中，1550帶可以看到有波長寬2nm，-40dB以上的大穿透損失，這是由如前述連結用非傾斜光纖光柵部分17b的布拉格反射所導致。另一方面，從這個波長帶到短波長端之間的寬廣的穿透損失是由連結用傾斜光纖光柵部分17a的外殼模式穿透損失所導致，兩個光柵的波長位置之相對關係如前所述。又第11圖中可以看見的1550nm帶的兩種類反射帶中，短波長端為連結用非傾斜光纖光柵部分17b的布拉格反射由於連結用傾斜光纖光柵部分17a的外殼模式穿透損失而減低的結果。長波長端為連結用傾斜光纖光柵部分17a的布拉格反射強度，由於傾斜角度的調整而減低。
這樣連接構造的光纖光柵比起實施例5中所說明的1個種類的傾斜光纖光柵，對於相同折射率變化量較容易得到光纖長度短且穿透損失高的結果，因此有製造較易的效果。又傾斜光柵的每單位長度的啁啾量能做大，因此有較易獲得低反射特性的效果
藉由以上本實施例所說明的光纖光柵，在使用於GE-PON用的光收發模組的波長領域內能夠獲得必要的波長特性，因此可以實現實施例1與實施例3所說明的運作，而達成加入者端光纖終端裝置的省空間化。
實施例7
第12圖為根據本發明實施例7所顯示之光收發模組用光纖光柵的構造說明圖。
如第12圖所示，本實施例中做為一個光纖光柵，使用連結用第1傾斜光柵部分18a及連結用第2傾斜光柵部分18b(第1種光柵光纖群)與連結用非傾斜光纖光柵部分17b(第2種光柵光纖群)所連結的構造。因此傾斜光柵呈現2種傾斜光柵部分18a、18b的連結結構。與第6圖或第10圖相同標號者代表同樣的部分，在此省略說明。
光纖會使用與實施例5及實施例6相同的光感應光纖。以下將說明各別的光柵特性。
傾斜光纖部分是將連結用第1傾斜光柵部分18a(第1(傾斜)光柵)以布拉格反射較小的傾斜角度製作，並將連結用第2傾斜光柵部分18b(第2(傾斜)光柵)以同樣傾斜角度製作。在第1光柵與第2光柵，以同樣的週期與同樣的啁啾量做到穿透損失波長的重疊，但會做到將第1光柵的FBG(Fiber Bragg Grating)減小，也就是說每單位長度的啁啾量增大。如此一來，第1光柵的反射率可以比第2光柵的反射率來得小。
連結用非傾斜光纖光柵部分17b與雜光衰減用光纖部分16會以與實施例6相同的方法製作。連結用非傾斜光纖光柵部分17b(非傾斜光柵)是以在傾斜光柵的上述外殼模式損失波長下會生成布拉格反射這樣的週期，製作於接近傾斜光柵部分18b的位置。最後以連結用第1傾斜光柵部分18a、連結用第2傾斜光柵部分18b、連結用非傾斜光纖光柵部分17b及雜光衰減用光纖部分16這樣的順序連結製作。連結用第1傾斜光柵部分18a是與外部連接的一端。各別的光柵有可能各別地曝光，也有可能使用對應的兩種形式所形成的相位光罩一起曝光，但一般偏好能夠減低成本的一起曝光。
在所希望的穿透阻止波長範圍，上述第1傾斜光柵的光穿透損失、上述第2傾斜光柵的光穿透損失及上述非傾斜光柵的光穿透損失分別以L11(dB)、L21(dB)、L2(dB)表示時，必須滿足「，，」(第3條件)。
在上述穿透阻止波長範圍與在上述第1傾斜光柵的布拉格波長帶的上述第1傾斜光柵光反射率分別以R11(dB)、R12(dB)表示；在上述非傾斜光柵的布拉格反射導致的穿透損失波長帶與在上述第1及第2傾斜光柵的布拉格波長帶的上述第2傾斜光柵光反射率分別以R21(dB)、R22(dB)表示時，必須滿足以下第(2)式及第(3)式(第4條件)。
滿足上述第3及第4條件同時，能夠調整光柵傾斜角、週期、雜光衰減用光纖的長度，達成在上述穿透阻止波長範圍的光濾波器全體之光穿透損失最小值在40dB以上以及全波長帶的反射率在-25dB以下。
舉例來說，連結用第1傾斜光柵部分18a的長度10mm、連結用第2傾斜光柵部分18b的長度35mm、連結用非傾斜光纖光柵部分17b長度10mm、相位光罩傾斜角度3.1°、啁啾量2.7nm、折射率變化1.2×10-3 、與實施例6相同的切趾處理，這樣的話可以獲得穿透損失、反射任一個接滿足上述的條件的特性。
這樣連接構造的光纖光柵比起實施例6中所說明的2個種類的傾斜光纖光柵，較容易得到低反射特性且製造較易的效果。這是因為考慮波長濾波器全體的反射特性時，上述第1傾斜光柵能夠將傾斜光柵的每單位長度的啁啾量做大，因此能夠做成低反射，上述第2傾斜光柵導致的反射貢獻會藉由上述第1傾斜光柵的穿透損失下降。
為了在穿透阻止波長範圍附近，由外部端所看到的光柵全體有低反射特性，靠近外部端的傾斜光柵的穿透損失波長範圍必須包含更內部端的傾斜光柵反射波長範圍。又傾斜光柵的每單位長度的啁啾量越大越容易得到低反射的光柵，但穿透損失也會減少。因此對於接近外部端的傾斜光柵，調整全啁啾量使穿透損失波長範圍在較內部端的傾斜光柵的反射波長範圍以上、調整每單位長度的啁啾量與光纖光柵的長度使反射減低效果具有1dB以上明顯的穿透損失、也調整波長位置使穿透損失波長範圍包含較內部端的傾斜光柵的反射波長範圍，藉由以上這些方法，能夠獲得由外部端看的光柵全體具有低反射的特性。
又為了減低在最外部端的傾斜光柵的穿透損失波長的反射，會使用例如以下的做法。如第7圖所示，穿透損失波長與反射波長是大致是相同的波長，因此例如將上述第1傾斜光柵的布拉格波長帶與第2傾斜光柵的布拉格波長帶設置在相同波長位置、第1傾斜光柵的全啁啾量設置在第2傾斜光柵的全啁啾量以上、第1傾斜光柵的布拉格波長帶包含第2傾斜光柵的布拉格波長帶，如此一來第1傾斜光柵的穿透損失波長帶就能夠包含第2傾斜光柵的反射波長帶，外部端看的光柵全體就能夠獲得具有低反射的特性。
像這樣傾斜光柵的多工化，若將多工度從連結兩個再增大的話，會有變得容易獲得更低的反射特性的效果。此時，在各傾斜光柵設置相同的週期，增加外部連接端附近的傾斜光柵之每單位長度的啁啾量，使全啁啾量相同或在此之上的話比較好。
藉由以上本實施例所說明的光纖光柵，在使用於GE-PON用的光收發模組的波長領域內能夠獲得必要的波長特性，因此可以實現實施例1與實施例3所說明的運作，而達成加入者端光纖終端裝置的省空間化。
實施例8
第13圖為根據本發明實施例8所顯示之光收發模組用之光纖光柵製作說明圖。
光纖光柵由紫外光的波光來製作，但因為通過相位光罩的紫外光穿透光纖外殼表面時發生光線折射，所以在光纖內曝光的構造傾斜角度實際上會是相位光罩傾斜角度的1.45倍。又由於外殼的圓柱集光效果，光柵構造有不均一之虞。
在本實施例中，如第13(a)圖所示，在介電板19上光纖(核心13、外殼14)周圍會以紫外光穿透性液體22填滿，並用曝光用照射紫外光21透過相位光罩20曝光。
舉例來說，使用水來當曝光用照射紫外光21的情況下，會因為水的折射率與光纖外殼的折射率相近，使得外殼14表面的折射效果降低。最後光纖內實際曝光的構造傾斜角度會是相位光罩20的約1.1倍。相位光罩20的傾斜角度的調整精準度會由機械的公差而定，考慮以所希望的傾斜角度製作光纖光柵的話，光纖內實際曝光的構造傾斜角度與相位光罩20的傾斜角度比小的話，能夠提高光線內實際曝光的構造傾斜角度的精準度。在這個情況下可以改善30%的角度精準度。要獲得低反射特性，必須調整傾斜角度到希望的大小，角度偏離的話布拉格反射會增大，因此改善角度精準度會有低反射特性製造容易的成效。
同樣的角度精準度改善效果如第13(b)圖所示，在溝狀介電板23上的溝部23g設置光纖(核心13、外殼14)，藉由曝光用照射紫外光21透過相位光罩20曝光而得。
舉例來說，使用附上溝的石英玻璃板做為溝狀介電板23的情況下，因為與光纖外殼的折射率沒有差異，所以在外殼的表面不會產生光線的折射。最後光纖內的實際曝光構造傾斜角度會與相位光罩的傾斜角度相同，而能夠進一歩改善光柵角度的精準度。設於溝狀介電板23上的溝部23g不需要與光纖外殼的形狀完全一致，即使是容易形成V字型溝也能得到相同的結果。
藉由以上本實施例所說明的光纖光柵，在使用於GE-PON用的光收發模組的波長領域內能夠獲得必要的波長特性，因此可以實現實施例1與實施例3所說明的運作，而達成加入者端光纖終端裝置的省空間化。
本發明已如上詳細說明，但上述說明並非全部情況下的範例，且本發明也不限於此。在不脫離本發明範疇內也可以想到本說明書沒有說明範例的其他變形實施例。
1．．．發送模組
2．．．接收模組
3．．．接收模組
4．．．WDM濾波器
5．．．WDM濾波器
6．．．光纖連接器
7．．．光柵光纖
8．．．連接器
9．．．光柵光纖連接器
10．．．光纖
11．．．光柵連接器
12．．．光柵插座
13．．．核心
14．．．外殼
15．．．傾斜光纖光柵部分
16．．．雜光衰減用光纖部分
17a．．．連結用傾斜光纖光柵部分
17b．．．連結用非傾斜光纖光柵部分
18a．．．連結用第1傾斜光柵部分
18b．．．連結用第2傾斜光柵部分
19．．．介電板
20．．．相位光罩
21．．．曝光用照射紫外光
22．．．紫外光穿透性液體
23．．．溝狀介電板
23g．．．溝部
第1圖為根據本發明實施例1所顯示之光收發模組之組成說明圖。
第2圖為表示光纖光柵特性的說明圖。
第3圖為根據本發明實施例2所顯示之光收發模組之組成說明圖。
第4圖為根據本發明實施例3所顯示之光收發模組之組成說明圖。
第5圖為根據本發明實施例4所顯示之光收發模組之組成說明圖。
第6圖為根據本發明實施例5所顯示之光收發模組用的光纖光柵之組成說明圖。
第7圖表示穿透損失與反射頻譜。
第8a圖表示在一設定條件下穿透率對波長曲線圖。
第8b圖表示在一設定條件下反射衰減量對波長曲線圖。
第9圖顯示對於同一個傾斜光纖光柵部分，改變雜光衰減用光纖部分的長度所測定的穿透損失之曲線圖。
第10圖為根據本發明實施例6所顯示之光收發模組用之光纖光柵構造說明圖。
第11a圖表示在一設定條件下穿透率對波長曲線圖。
第11b圖表示在一設定條件下反射衰減量對波長曲線圖。
第12圖為根據本發明實施例7所顯示之光收發模組用光纖光柵的構造說明圖。
第13圖為根據本發明實施例8所顯示之光收發模組用之光纖光柵製作說明圖。
第14圖為以專利文獻1所揭露的收發模組之發散光所形成的濾波器特性之說明圖。
第15圖為由專利文獻2所揭露的收發模組的平行光所形成的濾波器特性之說明圖。
1．．．發送模組
2．．．接收模組
3．．．接收模組
4．．．WDM濾波器
5．．．WDM濾波器
6．．．光纖連接器
7．．．光柵光纖
8．．．連接器

Claims (7)

  1. 一種光收發模組，具有發送或接收特定使用波長的光信號的發送/接收模組、光學連接於上述發送/接收模組並傳送光信號的光纖，在上述使用波長附近必須有穿透阻止波長範圍，上述光收發模組包括：傾斜光柵光纖部分(15，17a，18a，18b)，具有對傳送方向的垂直線傾斜的光柵，使得在上述穿透阻止波長範圍的穿透損失在既定值以上，反射強度在既定值以下；雜光衰減用光纖部分(16)，用來衰減傳送於上述光纖的外殼的雜光，其中上述光收發模組由上述傾斜光柵光纖部分與上述雜光衰減用光纖部分光學連接而成，上述傾斜光柵光纖部分形成於穿透光的入射端，上述雜光衰減用光纖部分形成於穿透光的射出端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光收發模組，上述光纖更包括光學連接於上述傾斜光柵光纖部分與上述雜光衰減用光纖部分之間，並具有大致垂直於傳送方向的光柵的垂直光柵光纖部(17b)。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光收發模組，上述傾斜光柵光纖部分由啁啾光柵形成，其中上述垂直光柵光纖部分具有布拉格反射形成的穿透損失波長帶，將包含於上述穿透損失波長帶的上述穿透阻止波長範圍設於比上述傾斜光柵光纖的布拉格波長帶短的波長端，使得在比上述傾斜光柵光纖部分的布拉格波長帶長的波長端不會產生布拉格反射。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之光收發模組，上述傾斜光柵光纖部分由穿透光入射端以第1傾斜光柵光纖部分、第2傾斜光柵光纖部分(18a，18b)的順序形成，其中上述第1傾斜光柵光纖部分的每單位長度之啁啾量比上述第2傾斜光柵光纖部分的每單位長度之啁啾量大，並且上述第1傾斜光柵光纖部分的穿透損失波長帶包含上述第2傾斜光柵光纖部分的反射波長帶。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之光收發模組，上述光柵的傾斜角度、週期、及上述雜光衰減用光纖部分的長度會以達成下列條件來做調整，包括：在上述穿透阻止波長範圍，上述傾斜光柵光纖部分的光穿透損失與上述垂直光柵光纖部分的光穿透損失分別以L1(dB)、L2(dB)表示時，滿足「，」，在上述穿透阻止波長範圍與在上述傾斜光柵光纖部分的布拉格波長帶中，上述傾斜光柵光纖部分的反射率分別以R1(dB)、R2(dB)表示，在上述穿透阻止波長範圍的上述垂直光柵光纖部分的反射率以R0(dB)表示時，滿足以下第(1)式。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之光收發模組，上述光柵的傾斜角度、週期、啁啾量、及上述雜光衰減用光纖部分長度會以達成下列條件來做調整，包括：在上述穿透阻止波長範圍內，上述第1傾斜光柵光纖部分的的光穿透損失、上述第2傾斜光柵光纖部分的光穿透損失及上述垂直光柵光纖部分的光穿透損失分別以L11(dB)、L21(dB)、L2(dB)表示時，滿足「，，」，在上述穿透阻止波長範圍與在上述第1傾斜光柵光纖部分的布拉格波長帶的上述第1傾斜光柵光纖部分的光反射率分別以R11(dB)、R12(dB)表示；在上述垂直光柵光纖部分的布拉格反射形成的穿透損失波長帶與在上述第1及第2傾斜光柵光纖部分的布拉格波長帶的上述第2傾斜光柵光纖部分的光反射率分別以R21(dB)、R22(dB)表示時，必須滿足以下第(2)式及第(3)式。
  7. 一種光收發模組，具有發送或接收特定使用波長的光信號的發送/接收模組、光學連接於上述發送/接收模組並傳送光信號的光纖，在上述使用波長附近必須有穿透阻止波長範圍，上述光收發模組包括：至少一個光柵光纖部分(15，17a，17b，18a，18b)，具有光柵，使得在上述穿透阻止波長範圍的穿透損失在既定值以上；雜光衰減用光纖部分(16)，用來衰減傳送於上述光纖的外殼的雜光，其中上述光收發模組由上述光柵光纖部分與上述雜光衰減用光纖部分光學連接而成，上述光柵光纖部分形成於穿透光的入射端，上述雜光衰減用光纖部分形成於穿透光的射出端。
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