TWI719870B - 用於大容量光傳輸的分波多工裝置 - Google Patents

用於大容量光傳輸的分波多工裝置 Download PDF

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Abstract

一種用於大容量光傳輸的分波多工裝置，用於將輸入的多道m種波長、共m×n道的光彙整成n道後輸出，包含晶片本體、光輸入結構、濾波篩選結構，及光輸出結構，光輸入結構包括m×n條成陣列的波導，該等波導的一端部沿晶片本體側邊間隔整齊排列，另一端部彙整成束，濾波篩選結構與該等波導成束的端部連接而使經由該等波導傳輸的m×n道光產生預設光程變化而匯聚成n道，光輸出結構包括n條成陣列的波導，該等波導的一端部彙整成束並與濾波篩選結構連接，以供n道光對應進入，另一端部沿晶片本體側邊依序間隔整齊排列用以供n道光輸出。

Description

用於大容量光傳輸的分波多工裝置
本發明是有關於一種光多工裝置，特別是指一種包含光波導的光多工裝置。
分波多工器是應用廣泛的光通訊元件之一，其工作原理是當分別有多道不同波長的光通過時，該些不同波長的光會因行進路程的差異在彼此之間而產生光程差，並基於光相互干涉不同波長的原理，使該些不同波長的光耦合成一道具有不同波長的光，從而以一道光向外傳輸多個分別搭載於該些不同波長的光的訊號。
但，隨著所需傳輸的訊號的數量愈形增加、種類愈形複雜，現有的分波多工器需要改善，用以將多道不同波長的光整合成多道個別具有預設波長的光，以因應當前光通訊技術的發展。
因此，本發明的目的，即在提供一種用於大容量光傳輸的分波多工裝置，能將多道具有不同波長的訊號光分配並耦合成個 別具有多種訊號的光。
於是，本發明用於大容量光傳輸的分波多工裝置，用於將輸入的m×n道訊號輸入光彙整成n道訊號輸出光後輸出，其中，m、n分別是大於2的整數。該分波多工裝置包含一個晶片本體、一個光輸入結構、一個濾波篩選結構，及一個光輸出結構。
該光輸入結構設置於該晶片本體並包括m×n條排設成陣列的輸入波導，該等輸入波導的m×n個端部沿該晶片本體的一側邊依序間隔整齊排列，相反的另一端部彙整成束。
該濾波篩選結構設置於該晶片本體並與該等輸入波導彙整成束的端部光連接，用以令分別沿該m×n條輸入波導進入的m×n道訊號輸入光的光程產生預設變化而匯聚成n道光。
該光輸出結構設置於該晶片本體並包括n條排設成陣列的輸出波導，該等輸出波導的一端部彙整成束並與該濾波篩選結構光連接，供n道光對應進入該n條輸出波導中，該n條輸出波導的另一遠離該濾波篩選結構的端部沿該晶片本體的另一側邊依序間隔整齊排列，用以供於該n條輸出波導中的n道光成該n道訊號輸出光向外輸出。
本發明的功效在於：由分別以成陣列排設的波導構成的光輸入結構設置和光輸出結構，配合讓光於行進時產生預設光程差變化而可被匯聚的濾波輸出結構，將m×n道分別具有m種波長的光 依預定需要匯聚成n道光，而依序於n個輸出端向外輸出。
2:晶片本體
3:光輸入結構
31:輸入波導
4:濾波篩選結構
41:第一平板波導陣列
42:第二平板波導陣列
43:通道波導陣列
5:光輸出結構
51:輸出波導
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明用於大容量光傳輸的分波多工裝置的一實施例；圖2是一示意圖，說明該實施例的一濾波篩選結構；圖3是一示意圖，輔助圖2說明該實施例的該濾波篩選結構；及圖4是一光譜圖，說明該實施例的實驗驗證結果。
參閱圖1與圖2，本發明用於大容量光傳輸的分波多工裝置的一實施例，包含一晶片本體2、一光輸入結構3、一濾波篩選結構4，及一光輸出結構5，用於供多道具有不同波長的光進入彙整成多數個別包括有不同波長的光以傳輸信號。
為說明清楚起見，定義進入該分波多工裝置的光為m×n道、波長有m種的訊號輸入光，波長分別以λ11、λ12、......、λm(n-1)、λmn的形式表達，其中，m、n為大於2的整數。
該光輸入結構3設置該晶片本體2並包括m×n條組成陣列 的輸入波導31，該等輸入波導31的其中一端部整齊地沿該晶片本體2的一側邊間隔排列，也就是依序有m×n個分別依序供λ11、λ12、......、λm(n-1)、λmn的訊號輸入光進入的輸入端，相反的另一端部則彙整成束用以和該濾波篩選結構4光連接。
該濾波篩選結構4設置於該晶片本體2，包括一第一平板波導陣列41、一與該第一平板波導陣列41相間隔設置的第二平板波導陣列42，及一光連接該第一平板波導陣列41與該第二平板波導陣列42的通道波導陣列43，該第一平板波導陣列41與該m×n條輸入波導31光連接，用以讓λ11、λ12、......、λm(n-1)、λmn的訊號輸入光以自由傳播的方式的發散；該等訊號輸入光進入該陣列波導通道行進時因陣列波導的設置而產生光程差；隨後，該等產生光程差的m×n道訊號輸入光導入該第二平板波導陣列42，基於波的多狹縫繞射原理而分別在預定的n個位置得到最大的建設性干涉後經分配匯聚形成n道個別具有m種不同波長的光，也就是，波長為λ11、λ21、……、λ(m-1)1、λm1匯聚成一道光、波長為λ1n、λ2n、……、λ(m-1)n、λmn匯聚成另一道光，以此類推。
該光輸出結構5設置於該晶片本體2，由n條輸出波導51排設成陣列，該等輸出波導51的其中一端部彙整成束而與該第二平板波導陣列42光連接，用以供該n道光進入，另一端部沿著該晶片本體2遠離該光輸入結構3的一側依序整齊地間隔排列，用於與後續 光元件(圖未示出)光連接而將由該n道光形成的n道訊號輸出光向外輸出。
在本實施例中，該第一平板波導陣列41、該第二平板波導陣列42彼此成幾何結構對稱，且，該第一平板波導陣列41、該第二平板波導陣列42使光發散分開，及匯聚成束的過程滿足
Figure 109110987-A0305-02-0006-1
，△f ch 為訊號輸入光的頻道間距，f c 為訊號輸入光的中心頻率，r為該第一平板波導陣列41、及/或該第二平板波導陣列42的折射率，D為該輸入波導31陣列，及/或該輸出波導51陣列連接平板波導陣列處的間距，d為該通道波導陣列43連接平板波導陣列處的間距，f為該第一平板波導陣列41，及/或該第二平板波導陣列42的曲率半徑，△p為光程差；該等訊號輸入光進入該陣列波導通道行進時產生光程差需滿足
Figure 109110987-A0305-02-0006-2
，△f FSR 為訊號輸入光的自由光譜範圍，c為光速，△p為光程差。
當m×n道供包括m種波長的訊號輸入光各自沿著該m×n條輸入波導31進入後，透過該第一平板波導陣列41以自由傳播的方式均勻的發散，隨後於該通道波導陣列43中出現光程改變，再於該第二平板波導陣列42中因光干涉而由m×n道訊號輸入光分配並匯聚成n道光；最後，n道光再個別地經由該n條輸出波導51向外輸出，藉此，達到將m×n道分別具有m種波長的訊號輸入光依預定需 要匯聚成n道，且有序地n個輸出端向外輸出的目的，從而能應用於光通訊中，藉以將多種個別來自不同輸入端的信號，配合用最少數量的光纖傳輸至預定的接收端後還原，滿足需傳輸的訊號的數量愈形增加、種類愈形複雜的光通訊技術發展需求。
以下以四組光信號產生器個別產生波長分別為1270nm、1290nm、1310nm及1330nm的基礎光，通入上述本發明之實施例後，再配合四條單模光纖傳輸至四個解光多工器後，由四個解光多工器得到的光的波長組成作驗證。特別地，本發明之實施例的光輸入結構以共十六個供光進入的輸入端，及四個供光輸出並與該四單模光纖光連接的輸出端作說明。
參閱圖3、圖4，該第一組光信號產生器產生四道波長為1270nm的光、第二組光信號產生器產生四道波長為1290nm的光、第三組光信號產生器產生四道波長為1310nm的光，及第四組光信號產生器產生四道波長為1330nm的光，亦即共十六道光依序自該光輸入結構的十六個的輸入端傳輸進入該濾波篩選結構。
四道1270nm的光、四道波長為1290nm的光、四道波長為1310nm的光，及四道波長為1330nm的光通過該濾波篩選結構時，因相鄰的平板波導列設計而產生光程差後再被匯聚成四道輸出光，且分別對應於該四個輸出端離開分波多工裝置，並再藉該四條單模光纖傳輸至四個解光多工器(依序命名為第一解光多工器、第 二解光多工器、第三解光多工器、第四解光多工器)進行後續。
由光譜圖可知，第一解光多工器中還原解得的光共有四種波長，分別是1270nm、1290nm、1310nm，及1330nm，同樣地，第二解光多工器、第三解光多工器、第四解光多工器還原解得的光皆各自有1270nm、1290nm、1310nm，及1330nm等四種波長的光，證明本發明之實施例確實將該四組光信號產生器的十六道、包括四種波長的光，個別匯聚成四道個別均包括有1270nm、1290nm、1310nm及1330nm的光後由四個輸出端向外輸出，且實驗曲線看出光強度並未減少，進一步驗證本發明之實施例並未於處理光的過程中造成較大的光損耗，而能實際應用於光通訊技術中。
綜上所述，本發明用於大容量光傳輸的分波多工裝置，能將該m×n道、波長m種的訊號輸入光經過濾波篩選匯聚成n道分別具有m種波長的光，確實能達成後續配合用最少數量的光纖傳輸至預定的接收端後還原，而滿足需傳輸的訊號數量愈形增加、種類愈形複雜的光通訊技術發展需求，達成本發明的創作目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
2:晶片本體
3:光輸入結構
4:濾波篩選結構
5:光輸出結構

Claims (5)

  1. 一種用於大容量光傳輸的分波多工裝置，用於將輸入的m×n道訊號輸入光彙整成n道訊號輸出光後輸出，其中，m、n分別是大於2的整數，該分波多工裝置包含：一個晶片本體；一個光輸入結構，設置於該晶片本體並包括m×n條排設成陣列的輸入波導，該等輸入波導的m×n個端部沿該晶片本體的一側邊依序間隔整齊排列，相反的另一端部彙整成束；一個濾波篩選結構，設置於該晶片本體並與該等輸入波導彙整成束的端部光連接，用以令分別沿該m×n條輸入波導進入的m×n道訊號輸入光的光程產生預設變化而匯聚成n道光；及一個光輸出結構，設置於該晶片本體並包括n條排設成陣列的輸出波導，該等輸出波導的一端部彙整成束並與該濾波篩選結構光連接，供n道光對應進入該n條輸出波導中，該n條輸出波導的另一遠離該濾波篩選結構的端部沿該晶片本體的另一側邊依序間隔整齊排列，用以供於該n條輸出波導中的n道光成該n道訊號輸出光向外輸出。
  2. 如請求項1所述的用於大容量光傳輸的分波多工裝置，其中，該濾波篩選結構包括一第一平板波導陣列、一第二平板波導陣列，及一光連接該第一平板波導陣列和該第二平板波導陣列的通道波導陣列，該第一平板波導陣列與該等輸入波導彙整成束的端部光連接，將該m×n道訊號輸入光 發散，該通道波導陣列於發散的m×n道訊號輸入光通過時產生光程差，該第二平板波導陣列匯聚產生光程差後的該m×n道訊號輸入光成n道光。
  3. 如請求項2所述的用於大容量光傳輸的分波多工裝置，其中，該第一平板波導陣列及該第二平板波導陣列為幾何結構對稱。
  4. 如請求項2所述的用於大容量光傳輸的分波多工裝置，其中，該m×n道訊號輸入光產生的光程差滿足於
    Figure 109110987-A0305-02-0011-3
    ，△f FSR 為訊號輸入光的自由光譜範圍，c為光速，△p為光程差。
  5. 如請求項4所述的用於大容量光傳輸的分波多工裝置，其中，該平板波導陣列滿足
    Figure 109110987-A0305-02-0011-4
    ，△f ch 為訊號輸入光的頻道間距，f c 為訊號輸入光的中心頻率，r為該平板波導陣列的折射率，D為該輸入波導陣列或該輸出波導陣列連接該平板波導陣列處的間距，d為該通道波導陣列連接該平板波導陣列處的間距，f為該平板波導陣列的曲率半徑，△p為光程差。
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