TWI420849B - 多模多工器及光纖傳輸系統之傳送端 - Google Patents

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Yi Jen Chiu
Hidenori Taga
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Univ Nat Sun Yat Sen
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多模多工器及光纖傳輸系統之傳送端
本發明係關於一種光纖通訊元件，特別係關於一種用於多輸入輸出光纖傳輸系統之多模多工器及包含該多模多工器之傳送端。
歸因於針對高頻寬應用的爆發性需求，光纖傳輸系統已成為區域網路系統中的重要技術，而如何有效持續提升系統之傳輸容量乃為光纖傳輸系統的一個重要且不變的課題；其中，分波多工(WDM)傳輸系統為習知的一種可有效提升系統傳輸容量的方式。
一分波多工傳輸系統，其包含一傳送端(transmitting end)及一接收端(receiving end)。該傳送端中使用多個光源分別產生不同波長之光載波以形成多個頻道，並透過一陣列波導光柵(AWG)或者一光耦合器(optical coupler)將所有頻道耦合至單一光纖以進行傳輸。該接收端同樣需使用一陣列波導光柵或者一濾光器選擇特定波長的頻道，以接收所欲接收的頻道。藉此，可形成一多輸入多輸出(MIMO)之光纖傳輸系統。
一分波多工傳輸系統中，只要增加頻道的數目，則能夠以倍數增加傳輸容量，且每一頻道的位元率(bit rate)可以不必隨著總傳輸率而增加，藉以維持系統傳輸效能並有效降低系統成本。
然而，由於每一頻道均需使用一獨立光源及一濾光器，因此整體成本較高，當系統的總傳輸容量隨著頻道數目增加時，系統成本亦同時快速的增加，對於推動光纖傳輸系統具有負面影響。
故，有必要提供一種不需使用多個光源產生光載波的光纖傳輸系統，以解決習知技術所存在的問題。
本發明之一目的在於提供一種多模多工器，其係應用於一光纖傳輸系統的傳送端，以達成單一多模波導中多頻道的平行傳輸，以增加光纖傳輸系統之傳輸容量。
本發明之另一目的在於提供一種光纖傳輸系統之傳送端，其僅需使用單一光源即可達成多頻道的平行傳輸，藉以降低系統之整體成本。
為達上述之目的，本發明提供一種多模多工器，其包含一多模波導及兩組單模波導。該多模波導具有一橫切面。該等單模波導透過該橫切面直接耦接於該多模波導，且每組單模波導輸入相位彼此相差180度之兩光載波至該多模波導。
本發明另提供一種光纖傳輸系統之傳送端，其包含一光源、一多模波導、兩組單模波導、一第一光耦合器、一第二光耦合器、一第一調相器、一第三光耦合器以及一第二調相器。該光源用以產生一光載波。該多模波導包含一高折射率區並具有一橫切面。該等單模波導透過 該橫切面直接耦接於該多模波導之該高折射率區。該第一光耦合器將該光載波分為一第一光載波及一第二光載波。該第二光耦合器將該第一光載波分為一第三光載波及一第四光載波。該第一調相器用以將該第三光載波之相位調整為與該第四光載波之相位相差180度，其中該第四光載波及調相後之該第三光載波分別被輸入至一組單模波導。該第三光耦合器將該第二光載波分為一第五光載波及一第六光載波。該第二調相器用以將該第五光載波之相位調整為與該第六光載波之相位相差180度，其中該第六光載波及調相後之該第五光載波分別被輸入至另一組單模波導。
本發明之多模多工器及包含該多模多工器之傳送端中，每組單模波導輸出之光載波係為該多模波導的一組LP11 模態(線性極化11 模態)。藉此，可於該多模波導中同時傳輸相互獨立的兩個頻道，以增加系統之整體傳輸容量。此外，由於傳送端僅需使用單一光源即可達成多頻道的平行傳輸，可有效降低系統成本。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
此外，本發明之各圖示及說明中，相同的構件係以相同的標號表示，於此合先述明。
請參照第1及2圖所示，第1圖顯示本發明實施例之多模多工器之立體圖；第2圖顯示第1圖之多模多工器中沿2-2' 線之剖視圖。本發明之多模多工器1係應用於一多輸入輸出(multi-input multi-output,MIMO)之光纖傳輸系統之傳送端，其包含一多模波導11及兩組單模波導12及12' (第2圖)，每一組單模波導12包含兩單模波導。一種實施例中，該多模波導11可為一商用多模光纖而該單模波導12及12' 可為商用單模光纖。
該多模波導11具有一高折射率區111及一低折射率區112，其中該低折射率區112沿該多模波導11的長度方向包覆於該高折射率區111外周。例如，當該多模波導11為一多模光纖時，該高折射率區111為一纖心而該低折射率區112為一纖衣112，並形成一步階式折射率光纖(step-index fiber)。一種實施例中，該多模波導11之高折射率區111的截面呈圓形且直徑DMC 例如可為50微米或62.5微米；該高折射率區111之折射率例如可為1.486而該低折射率區112之折射率例如可為1.461。該多模波導11另具有一橫切面。
每一單模波導12或12' 具有一高折射率區121及一低折射率區122，其中該低折射率區122沿該單模波導12或12' 的長度方向包覆於該高折射率區121外周。例如，當該等單模波導12及12' 為一單模光纖時，例如可為將保護層去除之裸光纖；每一單模波導12及12' 包含一纖心121及一纖衣122沿該單模波導12及12' 的長度方向包覆於該纖心121外周，以形成一步階式折射率光纖(step-index fiber)；其中，該單模波導12及12' 之高折射率區121的截面呈圓形且直徑DSC 例如可為8.25?微米；該高折射率區121之折射率例如可為1.4677而該低折射率區122之折射率例如可為1.4624。該等單模波導12及12' 例如經過研磨後，利用熔接(fusing)的方式或利用透明黏膠(例如相對光纖傳輸中使用的光頻譜為透明之黏膠)透過該橫切面直接耦接於該多模波導11之高折射率區111。每組單模波導12或12' 用以輸入相位彼此相差180度且能量相同之兩光載波(optical carrier)至該多模波導11以輸入該多模波導11之一組LP11 模態。藉此，兩組單模波導12及12' 則可同時輸入該多模波導11兩組相互正交之LP11 模態，以達成同時傳輸兩個頻道之目的。
必須說明的是，雖然第2圖中顯示該等單模波導12及12' 均配置於該多模波導11之高折射率區111的截面範圍內，但其並非用以限定本發明。只要該等單模波導12及12' 之高折射率區121配置於該多模波導11之高折射率區111範圍內即可，該等單模波導12及12' 之低折射率區122尺寸並無特定限制。此外，上述實施例中，該多模波導11及單模波導12之各數值僅為例示性，並非用以限定本發明。
請參照第3圖所示，其顯示輸入至該多模波導11之LP11 模態之光載波的能量分布及相位之示意圖，其為每組單模波導12或12' 輸入至該多模波導11之兩光載波的能量分布及相位。從第3圖可知，本實施例中每一組單模波導12或12' 係輸入相同能量但相位相差180度之兩光載波，以輸入該多模波導11之一組LP11 模態，且兩組單模波導12及12' 輸入兩組相互正交之LP11 模態。
請參照第4圖所示，其顯示本發明實施例之光纖傳輸系統之傳送端之示意圖。本發明之傳送端包含該多模多工器1、一光源30、一第一光耦合器41、一第二光耦合器42、一第三光耦合器43、一第一調相器51及一第二調相器52；其中，為了簡化圖示，第4圖之多模多工器1中僅繪示該多模波導11之高折射率區111及該單模波導12之高折射率區121，且其比例亦做了適當的調整。此外，第4圖各元件間之連接線例如可為單模波導或跳線(patch cord)。
該光源30係為一雷射光源，其用以產生一光載波L且其波長可為光纖傳輸系統所使用之任意波長。該第一光耦合器(optical coupler)41用以將該光載波L分為一第一光載波L1 及一第二光載波L2 ，為了使該第一光載波L1 及第二光載波L2 具有相同能量，該第一光耦合器41較佳為50%：50%之光耦合器。
該第二光耦合器42用以將該第一光載波L1 分為一第三光載波L3 及一第四光載波L4 。該第一調相器(phase modifier)51則用以使該第三光載波L3 及該第四光載波L4 間之相位差大致相差180度(如第3圖所示)以輸入該多模波導11之一組LP11 模態；其中，該第一調相器51例如可為一相位調變器(phase modulator)或其他用以使光載波的相位落後180度的調相器。為了使一組單模波導12之高折射率區121輸入相同能量之兩光載波至該多模波導11之高折射率區111，當該第一調相器51設置於一組單模波導12其中之一時，另一未設置該第一調相器51之單模波導12則可另設置光衰減器(未繪示)以衰減光載波之能量，且所使用之衰減器的衰減量係大致等於該第一調相器51之差入損失(insertion loss)。可以了解的是，該第一調相器51可設置於該第三光載波L3 或該第四光載波L4 其中之一的光路上。
同理，該第三光耦合器43用以將該第二光載波L2 分為一第五光載波L5 及一第六光載波L6 。該第二調相器52則用以使該第五光載波L5 及該第六光載波L6 間之相位差大致相差180度以輸入該多模波導11之一組LP11 模態；其中，該第二調相器52例如可為一相位調變器或其他用以使光載波的相位落後180度的調相器。為了使一組單模波導12之高折射率區121輸入相同能量之兩光載波至該多模波導11之高折射率區111，當該第二調相器52設置於一組單模波導12'其中之一時，另一未設置該第二調相器52之單模波導12'同樣可另設置光衰減器以衰減光載波之能量，且所使用之衰減器之衰減量係大致等於該第二調相器52之差入損失。可以了解的是，該第二調相器52可設置於該第五光載波L5 或該第六光載波L6 其中之一的光路上，並不限於第4圖所繪示者。
透過上述設置，該傳送端可透過該兩組單模波導12及12' 同時輸入該多模波導11之兩相互正交的模態以作為兩傳輸頻道(channel)，以平行傳輸兩頻道的資訊。此外，每一頻道的資訊則可透過於該第一光載波L1 或該第四光載波L4 的光路上加入一第一調變器61以載入所欲傳輸的資訊至該第一光載波L1 或該第四光載波L4 ；並透過於該第二光載波L2 或該第六光載波L6 的光路上加入一第二調變器62以載入所欲傳輸的資訊至該第二光載波L2 或該第六光載波L6 ；其中該第一調變器61及第二調變器62該例如可為振幅移位鍵控調變器(ASK modulator)，但本發明並不限於此，所欲使用之調變器係根據所使用之調變技術而決定。
如上所述，相較於習知分波多工傳輸方式，其雖能增加系統傳輸容量，卻必須使用多個不同波長之獨立光源，而具有無法有效降低系統成本等缺點。第1圖之本發明藉由在單一多模波導中同時傳輸相互正交之兩模態以作為兩傳輸頻道，其確實可以有效增加傳輸量，進而可有效降低系統成本。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．多模多工器
11．．．多模波導
111．．．多模波導高折射率區
112．．．多模波導低折射率區
12、12' ．．．單模波導
121．．．單模波導高折射率區
122．．．單模波導低折射率區
30．．．光源
41．．．第一光耦合器
42．．．第二光耦合器
43．．．第三光耦合器
51．．．第一調相器
52．．．第二調相器
61．．．第一調變器
62．．．第二調變器
L、L1 ~L6 ．．．光載波
DMC ．．．多模波導高折射率區之直徑
DSC ．．．單模波導高折射率區之直徑
第1圖：本發明實施例之多模多工器之立體圖。
第2圖：第1圖之多模多工器中沿2-2' 線的剖視圖。
第3圖：一組單模波導輸入至多模波導之兩光載波的能量分布以及相位之示意圖。
第4圖：本發明實施例之光纖傳輸系統之傳送端之示意圖。
1．．．多模多工器
11．．．多模波導
111．．．多模波導高折射率區
112．．．多模波導低折射率區
12．．．單模波導

Claims (5)

  1. 一種光纖傳輸系統之傳送端，其包含：一多模波導，其包含一高折射率區並具有一橫切面；兩組單模波導，該等單模波導透過該橫切面直接耦接於該多模波導之該高折射率區；一光源，用以產生一光載波；一第一光耦合器，將該光載波分為一第一光載波及一第二光載波；一第二光耦合器，將該第一光載波分為一第三光載波及一第四光載波；一第一調相器，用以將該第三光載波之相位調整為與該第四光載波之相位相差180度，其中該第四光載波及調相後之該第三光載波分別被輸入至一組單模波導；一第三光耦合器，將該第二光載波分為一第五光載波及一第六光載波；以及一第二調相器，用以將該第五光載波之相位調整為與該第六光載波之相位相差180度，其中該第六光載波及調相後之該第五光載波分別被輸入至另一組單模波導。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之傳送端，其中該多模波導為一多模光纖而該等單模波導為單模光纖。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之傳送端，其中該第一調相器及該第二調相器為相位調變器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之傳送端，另包含一第一調變器用以調變該第一光載波或該第四光載波，以及一 第二調變器用以調變該第二光載波或該第六光載波。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之傳送端，其中該多模波導另包含一低折射率區包覆於該高折射率外以形成一步階式折射率多模光纖。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20050025416A1 (en) * 2003-08-01 2005-02-03 Optium Corporation Optical fiber transmission system with increased effective modal bandwidth transmission

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