TWI408912B - Optical fiber communication method and transmitting device - Google Patents

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Description

光纖通訊方法及發射裝置
本發明是有關於一種光纖通訊方法及發射裝置，特別是指一種使用第二階布拉格光纖光柵的光纖通訊方法及發射裝置。
參閱圖1，一習知的光纖通訊系統包括一發射裝置11、一接收裝置12，及一光纖13。光纖13耦接在發射裝置11與接收裝置12之間，用於將發射裝置11輸出的光信號傳送到接收裝置12。因此，光纖13的習知應用是以有線的方式傳送光信號。
因此，本發明之目的即在提供一種光纖通訊方法，其使用一光纖來以無線的方式傳送光信號。
於是，本發明光纖通訊方法用於在一發射端及一接收端之間進行通訊，且包含以下步驟：提供一光纖，該光纖耦接到該發射端，且包括形成有至少一第二階布拉格光柵的一纖芯，及包覆該纖芯的一包覆層；使該發射端輸出一光信號到該光纖的纖芯的一端，該光信號載有一資料且具有一特定波長，因此，該光信號在該光纖的纖芯中傳播，且從該光纖的第二階布拉格光柵輻射出去；及使該接收端接收從該光纖的第二階布拉格光柵輻射出去的該光信號。
而本發明之另一目的即在提供一種發射裝置，其使用一光纖來以無線的方式傳送光信號。
於是，本發明發射裝置包含一第一光纖及一電至光轉換單元。該第一光纖包括形成有至少一第二階布拉格光柵的一纖芯，及包覆該纖芯的一包覆層。該電至光轉換單元耦接到該第一光纖，用於將載有一資料的一電信號轉換成具有一第一波長的一第一光信號，並將該第一光信號輸出到該第一光纖的纖芯的一端。其中，該第一光信號在該第一光纖的纖芯中傳播，並從該第一光纖的第二階布拉格光柵輻射出去。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。
I.布拉格光纖光柵
布拉格光纖光柵(fiber Bragg grating，FBG)是一種形成在光纖的纖芯中的布拉格光柵，且是藉由在光纖的纖芯中加入週期性的折射率變化來實現。目前所見的布拉格光纖光柵都是第一階布拉格光柵，其具有波長選擇特性，也就是說反射一布拉格波長的光，並傳送其它波長的光。布拉格波長如下式所示：
λ B =2n eff ‧Λ，
其中，λ B 是布拉格波長，n eff 是第一階布拉格光柵的有效折射率，Λ是第一階布拉格光柵的光柵週期。
參閱圖2，本申請案的發明人製作了一種光纖2，其包括一纖芯21，及包覆纖芯21的一包覆層22(圖2並未按實際比例繪製)。纖芯21形成有至少一第二階布拉格光柵23。本申請案的發明人更利用一量測系統證實了：光纖2的第二階布拉格光柵23除了波長選擇特性之外，還具有垂直表面輻射特性，也就是說輻射一特定波長的光。特定波長如下式所示：
其中，λ 是特定波長，λ B 是布拉格波長，n eff 是第二階布拉格光纖光柵23的有效折射率，Λ是第二階布拉格光纖光柵23的光柵週期。
當第二階布拉格光柵23的折射率變化方向與纖芯21的延伸方向之夾角為0度，也就是說第二階布拉格光柵23的傾斜角度為0度時，特定波長的光會約垂直於光纖2的表面輻射出去。當光纖2是一光感光纖時，輻射能量會較高。
參閱圖3，量測系統包括一光發射端3及一光接收端4。光發射端3包括一可調式雷射光源31，及耦接到可調式雷射光源31與光纖2的一摻鉺光纖放大器(Erbium doped fiber amplifier，EDFA)32。可調式雷射光源31用於輸出光，光可以是單頻或寬頻的。摻鉺光纖放大器32用於放大從可調式雷射光源31輸出之光的功率，並將已放大的光輸出到光纖2的纖芯21的一端。因此，光在光纖2的纖芯21中傳播，且其特定波長的成分從光纖2的第二階布拉格光柵23輻射出去。
光接收端4包括一多模光纖(multi-mode fiber)41、耦接到多模光纖41的一功率計(power meter)42，及一光場形狀分析儀(beam profiler)43。多模光纖41用於接收從光纖2的第二階布拉格光柵23輻射出去的光。功率計42用於量測多模光纖41接收到之光的功率，也就是輻射功率。光場形狀分析儀43用於量測從光纖2的第二階布拉格光柵23輻射出去之光的遠場分佈圖(far field pattern)。
當光纖2的第二階布拉格光柵23的光柵週期及光柵長度分別為1.0625μm及2cm時，功率計42量測到的輻射功率51如圖4所示，其中更顯示由其它量測系統量測到的傳送功率52。由圖4可知，布拉格波長為1539.22nm，最大的輻射功率為-23.5dB，且發生在波長為1539.34nm之處，此波長不同於但非常接近布拉格波長。光場形狀分析儀43在波長為1539.34nm之處量測到的二維遠場分佈圖如附件1所示，且量測到的輻射功率為0.012mW。
II.本發明之較佳實施例
參閱圖2與圖5，基於上述的輻射特性，本發明光纖通訊方法之較佳實施例用於在一發射端(圖未示)及一接收端(圖未示)之間進行通訊，且包含以下步驟：
步驟61是提供上述光纖2，此光纖2耦接到發射端。
步驟62是使發射端輸出一光信號到光纖2的纖芯21的一端，此光訊號載有一資料且具有一特定波長。特定波長實質上等於光纖2的第二階布拉格光柵23的光柵週期與有效折射率的乘積，因此，光信號在光纖2的纖芯21中傳播，且從光纖2的第二階布拉格光柵23輻射出去。
步驟63是使接收端接收從光纖2的第二階布拉格光柵23輻射出去的光信號。
參閱圖6與圖7，本發明發送裝置7之較佳實施例包含一電至光轉換單元71、一第一光纖72、一第二光纖73、一第一光導單元74及一第二光導單元75。
每一光纖72、73如上所述地包括一纖芯721、731，及包覆纖芯721、731的一包覆層722、732。每一纖芯721、731形成有至少一第二階布拉格光柵723、733。第二光纖73的第二階布拉格光柵733的光柵週期與有效折射率的乘積不同於第一光纖72的第二階布拉格光柵723的光柵週期與有效折射率的乘積。
電至光轉換單元71耦接到第一及第二光纖72、73，用於將載有一資料的一電信號轉換成具有一第一波長λ 1 的一第一光信號，及具有一第二波長λ 2 的一第二光信號，並將第一光信號輸出到第一光纖72的纖芯721的一端，將第二光信號輸出到第二光纖73的纖芯731的一端。
第一波長λ 1 實質上等於第一光纖72的第二階布拉格光柵723的光柵週期與有效折射率的乘積，因此，第一光信號會在第一光纖72的纖芯721中傳播，並從第一光纖72的第二階布拉格光柵723輻射出去。第二波長λ 2 實質上等於第二光纖73的第二階布拉格光柵733的光柵週期與有效折射率的乘積，因此，第二光信號會在第二光纖73的纖芯731中傳播，並從第二光纖73的第二階布拉格光柵733輻射出去。
第一光導單元74包括至少一光導741，設置在第一光纖72的外側對應第二階布拉格光柵723的位置，用於引導從第一光纖72輻射出來的第一光信號之傳播方向，例如散射。第二光導單元75包括至少一光導751，設置在第二光纖73的外側對應第二階布拉格光柵733的位置，用於引導從第二光纖73輻射出來的第二光信號之傳播方向，例如散射。光導741、751是以透鏡來實現。
如此一來，一接收裝置8能以無線的方式接收從第一及第二光纖72、73中的至少一者輻射出來並經散射的光信號。
在應用上，第一及第二光纖72、73可以是佈設在一房間或一辦公室的天花板上，使用者可以在房間或辦公室內的任一位置，利用接收裝置8來接收第一及第二光信號中的至少一者。
綜上所述，藉由在光纖的纖芯中形成至少一第二階布拉格光柵，光纖就能以無線的方式傳送光信號，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
11．．．發射裝置
12．．．接收裝置
13．．．光纖
2．．．光纖
21．．．纖芯
22．．．包覆層
23．．．第二階布拉格光柵
3．．．光發射端
31．．．可調式雷射光源
32．．．摻鉺光纖放大器
4．．．光接收端
41．．．多模光纖
42．．．功率計
43．．．光場形狀分析儀
51．．．輻射功率
52．．．傳送功率
53．．．反射功率
61~63．．．步驟
7．．．發射裝置
71．．．電至光轉換單元
72．．．第一光纖
721．．．纖芯
722．．．包覆層
723．．．第二階布拉格光柵
73．．．第二光纖
731．．．纖芯
732．．．包覆層
733．．．第二階布拉格光柵
74．．．第一光導單元
741．．．光導
75．．．第二光導單元
751．．．光導
8．．．接收裝置
圖1是一示意圖，說明一習知的光纖通訊系統；
圖2是一部分剖視圖，說明本發明所使用的形成有至少一第二階布拉格光柵的一光纖；
圖3是一示意圖，說明用於量測圖2所示光纖的輻射功率的一量測系統；
圖4是一量測圖，說明圖3所示量測系統量測出的輻射功率；
圖5是一流程圖，說明本發明光纖通訊方法的較佳實施例；
圖6是一示意圖，說明本發明發射裝置的較佳實施例；
圖7是一示意圖，說明圖6所示較佳實施例的一種應用；及
附件1是一量測圖，說明圖3所示量測系統量測出的遠場分佈圖。
61~63．．．步驟

Claims (11)

  1. 一種光纖通訊方法，用於在一發射端及一接收端之間進行通訊，且包含以下步驟：提供一光纖，該光纖耦接到該發射端，且包括形成有至少一第二階布拉格光柵的一纖芯，及包覆該纖芯的一包覆層；使該發射端輸出一光信號到該光纖的纖芯的一端，該光信號載有一資料且具有一特定波長，因此，該光信號在該光纖的纖芯中傳播，且從該光纖的第二階布拉格光柵輻射出去；及使該接收端接收從該光纖的第二階布拉格光柵輻射出去的該光信號。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之光纖通訊方法，其中，該特定波長實質上等於該光纖的第二階布拉格光柵的光柵週期與有效折射率的乘積。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之光纖通訊方法，其中，該光纖的第二階布拉格光柵的折射率變化方向與該光纖的纖芯的延伸方向之夾角實質上為0度。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之光纖通訊方法，其中，該光纖是一光感光纖。
  5. 一種發射裝置，包含：一第一光纖，包括形成有至少一第二階布拉格光柵的一纖芯，及包覆該纖芯的一包覆層；及一電至光轉換單元，耦接到該第一光纖，用於將載 有一資料的一電信號轉換成具有一第一波長的一第一光信號，並將該第一光信號輸出到該第一光纖的纖芯的一端；其中，該第一光信號在該第一光纖的纖芯中傳播，並從該第一光纖的第二階布拉格光柵輻射出去。
  6. 依據申請專利範圍第5項所述之發射裝置，其中，該第一波長實質上等於該第一光纖的第二階布拉格光柵的光柵週期與有效折射率的乘積。
  7. 依據申請專利範圍第5項所述之發射裝置，其中，該第一光纖的第二階布拉格光柵的折射率變化方向與該第一光纖的纖芯的延伸方向之夾角實質上為0度。
  8. 依據申請專利範圍第5項所述之發射裝置，其中，該第一光纖是一光感光纖。
  9. 依據申請專利範圍第5項所述之發射裝置，更包含一光導單元，用於導引從該第一光纖的第二階布拉格光柵輻射出去之該第一光信號的傳播方向。
  10. 依據申請專利範圍第5項所述之發射裝置，更包含：一第二光纖，包括形成有至少一第二階布拉格光柵的一纖芯，及包覆該第二光纖之纖芯的一包覆層，該第二光纖的第二階布拉格光柵的光柵週期與有效折射率的乘積不同於該第一光纖的第二階布拉格光柵的光柵週期與有效折射率的乘積；其中，該電至光轉換單元更耦接到該第二光纖，用於將該電信號轉換成具有一第二波長的一第二光信號，並將該第二光信號輸出到該第二光纖的纖芯的一端；其中，該第二光信號在該第二光纖的纖芯中傳播，並從該第二光纖的第二階布拉格光柵輻射出去。
  11. 依據申請專利範圍第10項所述之發射裝置，其中，該第一波長實質上等於該第一光纖的第二階布拉格光柵的光柵週期與有效折射率的乘積，該第二波長實質上等於該第二光纖的第二階布拉格光柵的光柵週期與有效折射率的乘積。
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