TWI695197B - 雙向光傳輸系統 - Google Patents

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Abstract

一種雙向光傳輸系統，係包含有一個或一個以上的節點端及光終端機，其中該節點端包含有一光發射器、一第一光接收器及一波束準直器，而該光終端機包含有一空間光調變器、一被動復歸反射器、一第二光接收器，該光終端機能夠於接收該節點端所發射之經調變帶有訊號與未經調變的入射光束後，能夠使經調變帶有訊號的入射光束讓該第二光接收器進行接收，而未經調變的入射光束則會反射朝向該空間光調變器，以調變出一帶有訊號之復歸光束，之後再平行於該入射光束的行進路徑，將該復歸光束打回該節點端，並由該第一光接收器進行接收，因此本案能夠將入射光束進行重新配置輸出波束寬度及位置，使系統得以輕量化，且減少耗能，以達到非對稱式雙向無線光通訊系統節點之目的。

Description

雙向光傳輸系統
本發明是有關一種雙向光傳輸系統，特別是一種能夠透過空間光調變器來進行波長分離以及調變，並結合分波多工及被動復歸反射技術，來實現非對稱式雙向無線光通訊之目的之系統。
無線光通訊技術發展之起源是為了支援部分對於安裝光纖、享受光纖寬頻網路有困難之地區所提出之技術與構想，即無需經由如光纖、電纜等有線介質來作為通訊之媒介，故又稱為無線光通訊(Free Space Optical Communication,FSOC)。
而不同波段之光源在傳輸通道中傳送時之傳播特性也不盡相同，故需基於不同應用及場合選用合適之光源，藉由所選用光源本身之波長特性，簡單分為可見無線光通訊系統、不可見無線光通訊系統兩大類；而傳統無線光通訊(FSOC)為對稱式，即節點端與光終端機同時都需要有光發射器、光準直系統、調變器、光接收器等設備，如此將會使得整個系統非常的耗能且龐大，致使系統難以輕量化，而由於雷射準直的問題也使得此系統不便移動，故才會發展出可調變復歸反射器(modulating Retro-reflector,MRR)，但傳統MRR僅能進行單向傳輸。
因此，為了克服前述問題，本案能夠將入射光束進行重新配置輸出波束寬度及位置，故由節點端將未經調變的光打向光終端機後，光終端機能夠再進行調變後並將資料回傳回節點端，故該光終端機並不需要設置光發射器及光準直系統，如此將使系統得以輕量化，且減少耗能，以達到非對稱式雙向無線光通訊系統節點之目的，因此本發明應為一最佳解決方案。
本發明雙向光傳輸系統，係包含：一個或一個以上的節點端，係包含：一光發射器，係能夠發射出一組或多組經調變帶有訊號及一組或多組未經調變的入射光束，其中經調變帶有訊號與未經調變的入射光束係分別具有不同波長範圍；一個或一個以上的第一光接收器，係用以接收一復歸光束，而該復歸光束係為一經調變帶有訊號的光束；一波束準直器，係設置於該光發射器一側，用以將該光發射器所發射之光束進行準直調整；一個或一個以上的光終端機，係設置於該入射光束的行進路徑上，用以接收該節點端所發射之入射光束，而該光終端機係包含：一空間光調變器，係能夠透過多像素組成的週期性結構而有不同繞射角度，以使多組的入射光束能夠被分離；一被動復歸反射器，係設置於該空間光調變器一側，而該被動復歸反射器係包含有一第一透鏡、一波長選擇單元及一繞射元件，其中入射光束能夠通過該第一透鏡進入該空間光調變器，而通過該空間光調變器被分離之入射光束，能夠進入該被動復歸反射器之波長選擇單元內，用以讓該經調變帶有訊號的入射光束通過，而未經調變的入射光束則會朝向該空間光調變器行進；一個或一個以上的第二光接收器，係設置於該被動復歸反射器一側，用以接收該經調變帶有訊號的入射光束；而該未經調變的入射光束通 過該空間光調變器後，能夠調變出一帶有訊號之復歸光束，之後再穿過該第一透鏡並平行於該入射光束的行進路徑，以將該復歸光束打回該節點端，並由該第一光接收器進行接收。
更具體的說，所述空間光調變器係為一可程式化繞射元件，而該可程式化繞射元件係能夠為一矽基液晶元件、一液晶元件或是一微機電系統。
更具體的說，所述波長選擇單元係為一分波器。
一種雙向光傳輸系統，係包含：一個或一個以上的節點端，係包含：一光發射器，係能夠發射出一組或多組經調變帶有訊號及一組或多組未經調變的入射光束，其中經調變帶有訊號與未經調變的入射光束係分別具有不同波長範圍；一個或一個以上的第一光接收器，係用以接收一復歸光束，而該復歸光束係為一經調變帶有訊號的光束；一波束準直器，係設置於該光發射器一側，用以將該光發射器所發射之光束進行準直調整；一個或一個以上的光終端機，係設置於該入射光束的行進路徑上，用以接收該節點端所發射之入射光束，而該光終端機係包含：一第二透鏡；一空間光調變器，係設置於該節點端之波束準直器與該第二透鏡之間，而該入射光束能夠通過該空間光調變器、並透過該空間光調變器將該入射光束反射穿過該第二透鏡，其中該空間光調變器能夠透過多像素組成的週期性結構而使不同波長有不同繞射角度，以使多組的入射光束能夠被分離；一被動復歸反射器，係設置於該空間光調變器一側，而該被動復歸反射器係包含有一第三透鏡及一波長選擇單元，其中通過該空間光調變器之入射光束於穿過該第三透鏡後，能夠進入該波長選擇單元內，用以讓該經調變帶有訊號的入射光束通過，而未經調變的入射光束則會朝向該空間光調變器行進；一個或一個以上的第二光接收器，係設置於該被動復歸反射器一側，用以接收該經調變帶有 訊號的入射光束；而該未經調變的入射光束通過該第三透鏡、第二透鏡、並通過該空間光調變器後，能夠調變出一帶有訊號之復歸光束，之後再穿過該第一透鏡並平行於該入射光束的行進路徑，以將該復歸光束打回該節點端，並由該第一光接收器進行接收。
更具體的說，所述空間光調變器係為一可程式化繞射元件，而該可程式化繞射元件係能夠為一矽基液晶元件、一液晶元件或是一微機電系統。
更具體的說，所述波長選擇單元係為一分波器。
1:節點端
11:光發射器
12:波束準直器
13:第一光接收器
2:光終端機
201:空間光調變器
202:被動復歸反射器
2021:第一透鏡
2022:波長選擇單元
2023:繞射元件
203:第二光接收器
204:空間光調變器
205:第二透鏡
206:被動復歸反射器
2061:第三透鏡
2062:波長選擇單元
2063:繞射元件
207:第二光接收器
[第1圖]係本發明雙向光傳輸系統之整體架構示意圖。
[第2圖]係本發明雙向光傳輸系統之第一實施之架構示意圖。
[第3圖]係本發明雙向光傳輸系統之第一實施之實際設計示意圖。
[第4圖]係本發明雙向光傳輸系統之第二實施之架構示意圖。
[第5圖]係本發明雙向光傳輸系統之第二實施之實際設計示意圖。
有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
如第1~3圖所示，本發明之雙向光傳輸系統係包含一個或一個以上的節點端1及一個或一個以上的光終端機2，其中該節點端1係包含有一光發射器11、一第一光接收器13及一波束準直器12，該光發射器11能夠發射出一組或多組 經調變帶有訊號及一組或多組未經調變的入射光束通過該波束準直器12，而經調變帶有訊號與未經調變的入射光束係分別具有不同波長範圍，且該用以將該光發射器所發射之光束能夠進行準直調整後射入該光終端機2。
其中該光終端機2係設置於該入射光束的行進路徑上，用以接收該節點端1所發射之入射光束，該光終端機2係包含有一空間光調變器201(其中該空間光調變器係為一可程式化繞射元件，該可程式化繞射元件係能夠為一矽基液晶元件、一液晶元件或是一微機電系統)、一被動復歸反射器202及一第二光接收器203，其中該被動復歸反射器202係包含有一第一透鏡2021(本案使用的透鏡係為Telecentric Lens，但亦能夠使用其他類型的透鏡)、一波長選擇單元2022(Dichroic Mirror，分波器)及一繞射元件2023(本實施例的繞射元件係為光柵)。
而前述所提及的可程式化繞射元件(矽基液晶元件、一液晶元件或是一微機電系統液晶元件)，其用途在於調整光路徑，除此之外，更能夠透過調整可程式化繞射元件之週期，使其具有多波長選擇及切換之功能。
該空間光調變器201係設置於該第一透鏡2021一側，而該入射光束能夠通過該第一透鏡2021進入該空間光調變器201，其中該空間光調變器201結合一繞射元件2023能夠透過多像素組成的週期性結構而使不同波長有不同繞射角度，以使多組的入射光束能夠被分離；其中通過該空間光調變器201被分離之入射光束，能夠進入該被動復歸反射器202之波長選擇單元2022內，用以讓該經調變帶有訊號的入射光束(波長為λ2~8)通過，而未經調變的入射光束(波長為λ1)會朝向該空間光調變器201；而經調變帶有訊號的入射光束(波長為λ2~8)進入該繞射元件2023 後，能夠透過該繞射元件2023進行分離出不同波長，再將經調變帶有訊號的入射光束(波長為λ2~8)分別射向第二光接收器203內的不同接收端；而未經調變的入射光束(波長為λ1)通過該空間光調變器201後，能夠調變出一帶有訊號之復歸光束，之後再穿過該第一透鏡2021並平行於該入射光束的行進路徑，以將該復歸光束打回該節點端1，並由該第一光接收器13進行接收；於本案中，光終端機2不須設置光發射器，而是透過節點端1發出未經調變的入射光束並進入光終端機2後，未經調變的入射光束則會反射朝向該空間光調變器，以調變出一帶有訊號之復歸光束，之後再平行於該入射光束的行進路徑，將該復歸光束打回該節點端1，以讓節點端1能夠同時具有發送與接收的功能。
另外，雖然本案的實施例中僅揭露接收單一波長(由該第一光接收器13進行接收)，但本案亦能夠多添加一個或多個光接收器，如此將能夠達到分波多工且全雙工的功能，其成本與一般習知技術(每增加一個波長就要多串聯一組MRR)相較之下，所需花費的設備能夠大幅降低。
而上述提及的第一光接收器及第二光接收器，為了能夠接收多個波長的光束，除了能夠使用多個第一光接收器及多個第二光接收器來接收多個波長之外，第一光接收器及第二光接收器亦能夠設計具有多個接收端，僅須透過單一個光接收器(第一光接收器、第二光接收器)來接收多個波長。
本案如前所述，可以依需求使用穿透式可程式化繞射元件，並藉由調整可程式化繞射元件之週期使其達到多波長選擇及切換之功能，而除了穿透式可程式化繞射元件之外，本案也能夠過反射式可程式化繞射元件來達到相 同目的，如第4~5圖所示，為第二實施例的架構圖，與前一個實施例不同之處在於該光終端機2之架構，該光終端機2係包含一空間光調變器204、一第二透鏡205、一被動復歸反射器206及一第二光接收器207，其中該空間光調變器204係為一反射式的可程式化繞射元件，因此當入射光束通過該波束準直器12後、能夠再透過該空間光調變器204將該入射光束反射穿過該第二透鏡205，而該空間光調變器204能夠透過多像素組成的週期性結構而使不同波長有不同繞射角度，以使多組的入射光束能夠被分離；之後，該被動復歸反射器206係設置於該空間光調變器204一側，而該被動復歸反射器206係包含有一第三透鏡2061(Telecentric Lens)、一波長選擇單元2062(Dichroic Mirror，分波器)及一繞射元件2063，其中通過該空間光調變器204之入射光束於穿過該第三透鏡2061後，能夠進入該波長選擇單元2062內，用以讓該經調變帶有訊號的入射光束通過，並反射使該未經調變的入射光束朝向該空間光調變器204；其中經調變帶有訊號的入射光束進入該繞射元件2063後，能夠透過該繞射元件2063進行分離出不同波長，再將經調變帶有訊號的入射光束(波長為λ2~8)分別射向第二光接收器203內的不同接收端；而未經調變的入射光束(波長為λ1)反射再往回通過該第三透鏡2061、第二透鏡205、以到達該空間光調變器204後，能夠調變出一帶有訊號之復歸光束，之後再反射穿過該波束準直器12並平行於該入射光束的行進路徑，以將該復歸光束打回該節點端1，並由該第一光接收器13進行接收。
本發明所提供之雙向光傳輸系統，與其他習用技術相互比較時，其優點如下：
(1)本發明能夠將入射光束進行重新配置輸出波束寬度及位置，故由節點端將未經調變的光打向光終端機後，光終端機能夠再進行調變後並將資料回傳回節點端並且切換接收光束的位置，故該光終端機並不需要設置光發射器及光準直系統，如此將使系統得以輕量化，且減少耗能，以達到非對稱式雙向無線光通訊系統節點之目的。
(2)本發明能夠透過空間光調變器來進行波長分離以及調變，並結合分波多工(wavelength division multiplexing，WDM)及被動復歸反射器，來實現非對稱式雙向無線光通訊之目的。
(3)本發明可以依需求使用穿透式或反射式可程式化繞射元件，並藉由調整可程式化繞射元件之週期使其達到多波長選擇及切換之功能，此為一般習技術不具有的功能。
(4)本發明只要搭配合適的閃耀式光柵及可程式化繞射元件，即可將波長間隔為0.8nm的光分波，以符合DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)的規範)。
本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。
1:節點端
2:光終端機

Claims (6)

  1. 一種雙向光傳輸系統，係包含：一個或一個以上的節點端，係包含：一光發射器，係能夠發射出一組或多組經調變帶有訊號及一組或多組未經調變的入射光束，其中經調變帶有訊號與未經調變的入射光束係分別具有不同波長範圍；一個或一個以上的第一光接收器，係用以接收一復歸光束，而該復歸光束係為一經調變帶有訊號的光束；一波束準直器，係設置於該光發射器一側，用以將該光發射器所發射之光束進行準直調整；一個或一個以上的光終端機，係設置於該入射光束的行進路徑上，用以接收該節點端所發射之入射光束，而該光終端機係包含：一空間光調變器，係能夠透過多像素組成的週期性結構而有不同繞射角度，以使多組的入射光束能夠被分離；一被動復歸反射器，係設置於該空間光調變器一側，而該被動復歸反射器係包含有一第一透鏡、一波長選擇單元及一繞射元件，其中入射光束能夠通過該第一透鏡進入該空間光調變器，而通過該空間光調變器被分離之入射光束，能夠進入該被動復歸反射器之該波長選擇單元內，用以讓該經調變帶有訊號的入射光束通過，而未經調變的入射光束則會朝向該空間光調變器行進；一個或一個以上的第二光接收器，係設置於該被動復歸反射器一側，用以接收該經調變帶有訊號的入射光束；而該未經調變的入射光束通過該空間光調變器後，能夠調變出一帶有訊號之 復歸光束，之後再穿過該第一透鏡並平行於該入射光束的行進路徑，以將該復歸光束打回該節點端，並由該第一光接收器進行接收。
  2. 如請求項1所述之雙向光傳輸系統，其中該空間光調變器係為一可程式化繞射元件，而該可程式化繞射元件係能夠為一矽基液晶元件、一液晶元件或是一微機電系統。
  3. 如請求項1所述之雙向光傳輸系統，其中該波長選擇單元係為一分波器。
  4. 一種雙向光傳輸系統，係包含：一個或一個以上的節點端，係包含：一光發射器，係能夠發射出一組或多組經調變帶有訊號及一組或多組未經調變的入射光束，其中經調變帶有訊號與未經調變的入射光束係分別具有不同波長範圍；一個或一個以上的第一光接收器，係用以接收一復歸光束，而該復歸光束係為一經調變帶有訊號的光束；一波束準直器，係設置於該光發射器一側，用以將該光發射器所發射之光束進行準直調整；一個或一個以上的光終端機，係設置於該入射光束的行進路徑上，用以接收該節點端所發射之入射光束，而該光終端機係包含：一第二透鏡；一空間光調變器，係設置於該節點端之該波束準直器與該第二透鏡之間，而該入射光束能夠通過該空間光調變器、並透過該空間光調變器將該入射光束反射穿過該第二透鏡，其中該空間光調變器能夠透過多像素組成的週期性結 構而使不同波長有不同繞射角度，以使多組的入射光束能夠被分離；一被動復歸反射器，係設置於該空間光調變器一側，而該被動復歸反射器係包含有一第三透鏡及一波長選擇單元，其中通過該空間光調變器之入射光束於穿過該第三透鏡後，能夠進入該波長選擇單元內，用以讓該經調變帶有訊號的入射光束通過，而未經調變的入射光束則會朝向該空間光調變器行進；一個或一個以上的第二光接收器，係設置於該被動復歸反射器一側，用以接收該經調變帶有訊號的入射光束；而該未經調變的入射光束通過該第三透鏡、該第二透鏡、並通過該空間光調變器後，能夠調變出一帶有訊號之復歸光束，之後再穿過該第一透鏡並平行於該入射光束的行進路徑，以將該復歸光束打回該節點端，並由該第一光接收器進行接收。
  5. 如請求項4所述之雙向光傳輸系統，其中該空間光調變器係為一可程式化繞射元件，而該可程式化繞射元件係能夠為一矽基液晶元件、一液晶元件或是一微機電系統。
  6. 如請求項4所述之雙向光傳輸系統，其中該波長選擇單元係為一分波器。
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