TWI785634B - 光多工器記錄裝置、光解多光器記錄裝置及全光位置多工光纖資料傳輸系統 - Google Patents

Abstract

一種全光位置多工光纖資料傳輸系統，其包括複數個光源、多模光纖、具有全像片的光多光器和光解多工器、複數個光感測器以及電子裝置。各光源所發出的具有部分通訊信號的頻道光束經過光多工器的繞射，經過光多工器後的各頻道光束耦合聚焦至多模光纖的輸入端的不同入射位置上，每個入射位置對應一個通訊頻道，各頻道光束從多模光纖的輸出端發出具有不同光斑圖案的出射光束，將各出射光束導入至光解多工器分離解析，分離解析後各出射光束耦合至對應的光感測器接收，電子裝置收集整合部分通訊信號為通訊信號而取得其內的傳輸資料。藉由本發明的設置，以單波長光源、單一光纖建構完整的多頻道光纖資料傳輸系統，可藉位置多工方式幾何倍增傳輸頻寬，具備最經濟且最佳擴充性的優點。

Description

光多工器記錄裝置、光解多光器記錄裝置及全光位置多 工光纖資料傳輸系統

本發明關於一種光資料傳輸領域的裝置和其系統，特別是，一種利用全像術改善網路傳輸速率之全光位置多工光纖資料傳輸系統，以及其光多工器、光解多光器之記錄裝置。

為了建構更高速的網路，在長距離通訊應用上，已研發出許多工技術來提高光纖的使用效率，在一條單模光纖中產生更多的「頻道」來傳輸資料，讓傳輸資料量能呈倍數的成長。這些多工技術可大致被分為以下種類：波長分波多工、時域多工以及近來發展迅速的模態分波多工、多核心空間多工等技術，將網路的速度推到100Gb/s的能力。

而在資料中心等短距離資料傳輸使用時，借用長距離的觀念，以光纖來進行寬頻寬的資料傳播，以及多工技術進一步倍增傳輸頻寬。現行技術由於距離較短，多採用多模光纖來當傳輸介質，而多工技術則以面射性雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)陣列與偵測器陣列配合，來組成多埠的方式(陣列光源與接收器之間分別以光纖束中不同光纖連接)平行傳輸 資料，可視為多埠多工；近年來為趕上資料存取速度的需求，也在多埠系統上開出以雙波長多工的規格，使資料存取速度能成倍增加達到400Gb/s的要求。然而，上述兩種多工技術，若要進一步提升資料傳輸速度，一則當埠數很大時，陣列光源需同時耦合至陣列光纖，光學對光困難性很高，二則波長數目增加時，會大幅提升VCSEL陣列光源之製程難度。若要改善前述缺失，則需發展一種只需單波長、單光纖的新穎多工技術。

綜觀前所述，本發明之發明者思索並設計一種光多工器、光解多光器及全光位置多工光纖資料傳輸系統，以期針對習知技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。

有鑑於上述習知之問題，本發明的目的在於提供一種光多工器記錄裝置、光解多光器記錄裝置及全光位置多工多模光纖資料傳輸系統，以單波長光源、單一光纖建構完整的多頻道光纖資料傳輸系統，可藉位置多工方式幾何倍增傳輸頻寬，具備經濟且最佳擴充性的優點；因此，本發明為引領短距離超高速資料傳輸所需的研發關鍵。

基於上述目的，本發明提供一種全光位置多工光纖資料傳輸系統，其包括複數個光源、光多工器、多模光纖、光解多工器、複數個光感測器以及電子裝置。複數個光源對應複數個通訊頻道，各光源彼此間隔設置以代表各通訊頻道，分別調制攜帶部份通訊信號，而形成多工資訊傳輸。光多工器設置於各頻道光束的行進路線上以接收複數道頻道光束，光多工器包括第一全像片，各頻道光束經過第一全像片的繞射而聚焦至多模光纖輸入端入射面不同位 置，進行資訊傳輸。多模光纖為資訊傳輸之媒介，設置於經過光多工器後複數道頻道光束的行進路線上並包括輸入端和輸出端，經過光多工器後各頻道光束耦合聚焦至輸入端的入射面的入射位置上，每個入射位置對應一個通訊頻道，各頻道光束耦合至不同的入射位置上並從輸入端入射，而從輸出端發出出射光束，各通訊頻道所對應之出射光束的行進方向相同但攜帶不同的光斑圖案。光解多工器設置於各出射光束的行進路線上並包括第二全像片與透鏡，各通訊頻道對應之出射光束透過第二全像片的繞射而分離解析，分離解析後各出射光束由透鏡聚焦至其焦平面的聚焦位置上。複數個光感測器分別設置於分離解析後各出射光束的行進路線上且分別位於焦平面的不同聚焦位置，各光感測器擷取分離後之各出射光束。電子裝置電性連接複數個光感測器，電子裝置收集各出射光束所攜帶之部分通訊信號，整合成完整的通訊信號。

可選地，各光源光束的發光波段為相同。

可選地，光多工器鄰近設置於輸入端且設置於光源和多模光纖之間，光解多工器鄰近設置於輸出端。

可選地，本發明進一步包括匯聚透鏡組，匯聚透鏡組設置於光解多工器和輸出端之間，以匯聚各出射光束。

基於上述目的所需之光多工器，本發明提供一種光多工器記錄裝置，其包括光源、分光鏡、第一可平移光欄模組、轉向面鏡組、第二可平移光欄模組以及第一全像片。光源發射光束。分光鏡設置於光束的行進路線上，並將光束分為信號光束和參考光束。第一可平移光欄模組，設置於信號光束的行進路線上，第一可平移光欄模組在第一方向移動來產生複數道頻道光束，第一方向垂直於信號光束的光軸。轉向面鏡組設置於參考光束的行進路線上，並轉 向參考光束。第二可平移光欄模組設置於轉向後參考光束的行進路線上，第二可平移光欄模組在第二方向移動來產生複數道入射光束，第二方向垂直於轉向後參考光束的光軸。第一全像片設置於複數道入射光束和複數道頻道光束的交會點上，各道入射光束和各道頻道光束於第一全像片干涉且記錄在全像光柵，具有記錄複數個全像光柵的第一全像片作為光多工器。

可選地，本發明進一步包括多模光纖，多模光纖鄰近設置於第一全像片，並作為各道頻道光束的參考面。

可選地，第一可平移光欄模組在第一方向移動至第一位置而使信號光束變為頻道光束，進而調整該頻道光束入射於第一全像片的位置。

可選地，第二可平移光欄模組在第二方向移動至第二位置而使參考光束變為入射光束，進而調整入射光束入射於第一全像片的位置。

可選地，各全像光柵對照相應的第一位置或第二位置。

可選地，本發明進一步包括擴束器，擴束器設置於光源和分光鏡之間，擴束器將光束擴束為平行光。

基於上述目的所需之光解多工器，本發明提供一種光解多光器記錄裝置，其包括光源、分光鏡、第三可平移光欄模組、多模光纖、轉向面鏡組、匯聚透鏡組、第二全像片以及透鏡。光源發射光束。分光鏡設置於光束的行進路線上，並將光束分為信號光束和參考光束。第三可平移光欄模組設置於參考光束的行進路線上，第三可平移光欄模組在第三方向移動來產生複數道物體光束，第三方向垂直於參考光束的光軸。多模光纖設置於複數道物體光束的行進路線上並包括輸入端和輸出端，輸入端接收複數道物體光束，輸出端輸出複數道出射光束，各複數道出射光束具有對應不同之光斑圖案。轉向面鏡組設置於 信號光束的行進路線上，轉向面鏡組以轉向角度逐漸轉向至第三位置而轉向信號光束，並產生複數道頻道光束。匯聚透鏡組設置於複數道出射光束的行進路線上。第二全像片設置於複數道頻道光束和複數道出射光束的交會點上，匯聚透鏡組將複數道出射光束聚焦於第二全像片。透鏡鄰近設置於第二全像片並將各該複數道頻道光束聚焦於光感測器。其中，各道頻道光束和各道出射光束干涉且記錄在全像光柵，具有記錄後複數個全像光柵的第二全像片、匯聚透鏡組和透鏡作為光解多工器。

可選地，本發明進一步包括擴束器，擴束器設置於光源和分光鏡之間，擴束器將光束擴束為平行光。

可選地，複數道頻道光束入射於第二全像片的入射角度彼此相異。

承上所述，本發明之全光位置多工多模光纖資料傳輸系統，以單波長光源、單一光纖建構完整的多頻道光纖資料傳輸系統，可藉位置多工方式幾何倍增傳輸頻寬，具備經濟且最佳擴充性的優點；因此，本發明為引領短距離超高速資料傳輸所需的研發關鍵。

承上所述，本發明之光多工器記錄裝置，透過第一可平移光欄模組和第二可平移光欄模組，產生入射不同位置的複數道頻道光束和複數道入射光束，藉此模擬多個通訊頻道入射，並將各道頻道光束和各道入射光束交會於第一全像片而產生干涉並記錄在全像光柵，使用時則將有記錄複數個全像光柵的第一全像片作為光多工器。

承上所述，本發明之光解多工器記錄裝置，透過第三可平移光欄模組使複數道物體光束分別入射於多模光纖的輸入端的不同入射位置上，進而 激發多重傳播模態的光波，使複數道物體光束在多模光纖內彼此干涉而在輸出端形成具有光斑圖案的複數道出射光束，各道出射光束和各道頻道光束交會於第二全像片而產生干涉並記錄在全像光柵，完成可多工記錄的複數個全像光柵，使用時則將有記錄複數個全像光柵的第二全像片作為光解多工器。

10,L₁₁~L_mn:光源

20:擴束器

21,22:鏡片

30:分光鏡

40:第一全像片

50:第一可平移光欄模組

51,61,71:光欄

52,62,72:凸透鏡

60:第二可平移光欄模組

70:第三可平移光欄模組

80:第二全像片

90:電子裝置

CL:頻道光束

C1~C5、C10~C50:行電線

DA:感測器陣列

D1:第一方向

D2:第二方向

D3:第三方向

DT₁₁~DT_mn:光感測器

EL:出射光束

GL:匯聚透鏡組

IN:輸入端

IL:入射光束

L:光束

LA:面射型雷射陣列

L1:透鏡

MMF:多模光纖

M1,M2:面鏡

OUT:輸出端

OM:光多工器

ODM:光解多工器

OL:物體光束

RL:參考光束

RML:轉向面鏡組

R1~R5、R10~R50:列電線

SL:信號光束

t:時間

V(t):電壓

第1A圖為本發明之光多工器記錄裝置的配置圖。

第1B圖為本發明之光多工器於使用時的示意圖。

第2A圖為本發明之光解多工器記錄裝置的配置圖。

的2B圖為本發明之光解多工器記錄裝置於使用時的示意圖。

第3A圖為本發明之全光位置多工多模光纖資料傳輸系統的配置圖。

第3B圖為本發明之全光位置多工多模光纖資料傳輸系統的實際使用狀況圖。

第3C圖為本發明之光源和光感測器的配置圖。

本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明可以不同形式來實現，故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。

另外，術語「包括」及/或「包含」指所述特徵、區域、整體、步驟、操作、元件及/或部件的存在，但不排除一個或多個其他特徵、區域、整體、步驟、操作、元件、部件及/或其組合的存在或添加。

除非另有定義，本發明所使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。將進一步理解的是，諸如在通常使用的字典中定義的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術和本發明的上下文中的含義一致的定義，並且將不被解釋為理想化或過度正式的意義，除非本文中明確地這樣定義。

本發明的主要概念為，當光束聚焦在多模光纖入射面上不同空間位置形成以點光源輸入光纖時，會誘發不同的多模光纖的模態線性組合傳播，而在輸出端產生不同的光場分佈，若多模光纖的核心半徑夠大，足以支持大量數目的模態，則光纖可視為高度散射之介質，穿透後的光場分佈會變成一個亂相位與強度分佈的光斑，不同位置點光源所對應的輸出光斑分佈將會有極大差異，甚至正交，若同時有多個以上的點光源照射時，這些正交的光斑圖案會重疊在輸出端出現，經光解多工器之相干作用，即可區分各頻道信號，如此，每一個輸入點光源的位置則可作為一個光傳輸頻道傳遞資訊，而我們以全光學的方式架構整個資料傳輸系統。

請參閱第1A圖，其為本發明之光多工器記錄裝置的配置圖。如第1A圖所示，本發明之光多工器記錄裝置，其包括光源10、擴束器20、分光鏡30、第一可平移光欄模組50、轉向面鏡組RML、第二可平移光欄模組60以及第一全像片40。光源10發射光束，光束經過擴束器20擴大其光束直徑且變為平行光的光束L。分光鏡30設置於光束L的行進路線上，光束L因入射於分光鏡30而分為信 號光束SL和參考光束RL。第一可平移光欄模組50設置於信號光束SL的行進路線上，第一可平移光欄模組50在第一方向D1移動來產生複數道頻道光束CL，第一方向D1垂直於信號光束SL的光軸；亦即，第一可平移光欄模組50透過橫向位移的方式來產生複數道頻道光束CL，各道頻道光束CL入射於第一全像片40的位置彼此相異，此動作相當於調整光束聚焦在多模光纖MMF的輸入端IN的入射位置(如第1B圖所示)，第一可平移光欄模組50在第一方向D1的一個單位第一移動量即產生一道頻道光束CL。轉向面鏡組RML設置於參考光束RL的行進路線上且包括面鏡M1和M2，面鏡M1和M2將參考光束RL轉向至第二可平移光欄模組60。第二可平移光欄模組60設置於轉向後參考光束RL的行進路線上，第二可平移光欄模組60在第二方向D2移動來產生複數道入射光束IL，第二方向D2垂直於轉向後參考光束RL的光軸；亦即，第二可平移光欄模組60透過橫向位移的方式來產生複數道入射光束IL，第二可平移光欄模組60在第二方向D2的一個單位第二移動量即產生一道入射光束IL，藉此模擬複數個通訊頻道所需之光源。第一全像片40設置於複數道入射光束IL和複數道頻道光束CL的交會點上，透過第一可平移光欄模組50和第二可平移光欄模組60的橫向移動，各道入射光束IL和各道頻道光束CL於第一全像片40干涉且記錄在全像光柵，多工記錄複數個全像光柵於第一全像片40，具有記錄複數個全像光柵的第一全像片40作為光多工器OM(如第1B圖所示)。

在一實施例中，各全像光柵對照相應的第一位置。在另一實施例中，各全像光柵對照相應的第二位置。又另一實施例中，各全像光柵對照相應的第一位置和第二位置。

在本實施例中，面鏡M1與M2可調整參考光束RL入射於第一全像片40之入射角度，方便工程師或操作者進行參考光束RL的變化；舉例來說，面鏡M1與M2結合使各入射光束IL入射於全像片40與各頻道光束CL之夾角為90度，則從理論可得最密頻道之安排。又，光源10可為半導體雷射或其他各種雷射(例如氣體雷射)，以及其發光波段可為可見光波段、近紅外光波段或遠紅外光波段。前述夾角90度與光源10的種類僅為例舉而非限制性說明，其未侷限於本發明所列舉的範圍。

在本實施例中，擴束器20包括鏡片21和22，舉例來說，鏡片21和22為凸透鏡，鏡片21使光源10發出的光束聚焦，鏡片22使聚焦後光束變為平行光。當然也能根據實際狀況，增加鏡片的數量，而未侷限於本發明所闡述的範圍。

在本實施例中，第一可平移光欄模組50包括光欄51和凸透鏡52，光欄51和凸透鏡52為安座於平移台上，光欄51的穿透孔徑可小於信號光束SL的光束直徑，第二可平移光欄模組60包括光欄61和凸透鏡62，光欄61和凸透鏡62為安座於平移台上，光欄61的穿透孔徑可小於轉向後參考光束RL的光束直徑，凸透鏡52和62為聚焦透鏡。當然也能根據實際狀況，增加凸透鏡的數量，而未侷限於本發明所陳述的範圍。

請參閱第1B圖，其為本發明之光多工器於使用時的示意圖。如第1B圖所示，在將具有記錄複數個全像光柵的第一全像片40作為光多工器OM使用時，複數個光源L₁₁~L_mn(其相當於複數個通訊頻道所需之光源，且各光源為雷射光)依序間隔設置且位於凸透鏡62的焦平面，各光源L₁₁~L_mn的間隔為前述的第二移動量，光源L₁₁~L_mn出光發散的角度需與複數道入射光束IL的發散角度相同， 如此，點亮各光源L₁₁~L_mn將可依設計讀取光多工器OM內對應之複數個全像光柵，耦合到多模光纖MMF之輸入端IN的入射面的不同位置，完成位置多工。

請參閱第2A圖，其為本發明之光解多工器記錄裝置的配置圖。如第2A圖所示，本發明之光解多工器記錄裝置，其包括光源10、擴束器20、分光鏡30、第三可平移光欄模組70、多模光纖MMF、轉向面鏡組RML、匯聚透鏡組GL、第二全像片80以及透鏡L1。光源10發射光束，光束經過擴束器20擴大其光束直徑且變為平行光的光束L。分光鏡30設置於光束L的行進路線上，光束L因入射於分光鏡30而分為信號光束SL和參考光束RL。第三可平移光欄模組70設置於參考光束RL的行進路線上，第三可平移光欄模組70在第三方向D3移動來產生複數道物體光束OL，第三方向D3垂直於參考光束RL的光軸；亦即，第三可平移光欄模組70透過橫向位移的方式來產生複數道物體光束OL，第三可平移光欄模組70在第三方向D3的一個單位第二移動量即產生一道物體光束OL，第三可平移光欄模組70調整各道物體光束OL入射於多模光纖MMF的輸入端IN的入射面的入射位置，模擬多個通訊頻道傳輸資料的功能。多模光纖MMF設置於複數道物體光束OL的行進路線上並包括輸入端IN和輸出端OUT，輸入端IN接收複數道物體光束OL，輸出端OUT輸出複數道出射光束EL，各複數道出射光束EL具有對應不同之光斑圖案。轉向面鏡組RML設置於信號光束SL的行進路線上並包括面鏡M1與M2，面鏡M1的位置為固定而將信號光束SL反射而行進至面鏡M2，面鏡M2接著將反射後信號光束SL以轉向角度逐漸轉向至第三位置而轉向信號光束SL至全像片80，並產生複數道頻道光束CL；亦即，面鏡M2從初始點以一單位的轉向角度至轉向位置而產生一道頻道光束CL，面鏡M2從初始點轉向至第三位置時而產生複數道頻道光束CL，每道頻道光束CL入射於第二全像片80的入射角度彼此 相異，使各頻道光束CL和各道物體光束OL進行干涉。匯聚透鏡組GL設置於複數道出射光束EL的行進路線上，匯聚透鏡組GL將複數道出射光束EL聚焦於第二全像片80。第二全像片80設置於複數道頻道光束CL和複數道出射光束EL的交會點上，即可以不同入射位置的複數道出射光束EL和不同入射角度的複數道頻道光束CL在全像片80干涉。透鏡L1鄰近設置於第二全像片80並將複數道頻道光束聚焦於複數個光感測器DT₁₁~DT_mn。其中，各道頻道光束CL和各道出射光束EL干涉且多工記錄在全像光柵，具有記錄後複數個全像光柵的第二全像片80、匯聚透鏡組GL和透鏡L1作為光解多工器。

在本實施例中，擴束器20包括鏡片21和22，舉例來說，鏡片21和22為凸透鏡，鏡片21使光源10發出的光束聚焦，鏡片22使聚焦後光束變為平行光；當然也能根據實際狀況，增加鏡片的數量，而未侷限於本發明所闡述的範圍。第三可平移光欄模組70包括光欄71和凸透鏡72，光欄71和凸透鏡72為安座於平移台上，光欄71的穿透孔徑可小於參考光束RL的光束直徑。

在本實施例中，匯聚透鏡組GL設置於輸出端OUT和全像片80之間，匯聚透鏡GL匯聚出射光束EL聚焦於全像片80。透鏡L1設置於複數個光感測器DT₁₁~DT_mn和全像片40之間，透鏡L1的焦平面為各光感測器DT₁₁~DT_mn的光感測面，透鏡L1收集經過全像片80干涉後各道頻道光束CL而使其入射置各光感測器DT₁₁~DT_mn的光感測面，相干亮點形成於各光感測器DT₁₁~DT_mn的光感測面上，使用時，各光感測器DT₁₁~DT_mn擷取相干亮點而轉換成多個信號，再經電子裝置70(如第3A圖所示)收集多個信號組合成傳輸信號。為簡化圖式的繪製，前述之透鏡L1和匯聚透鏡組GL都以單透鏡表示，也能根據實際狀況，增加鏡片的數量，而未侷限於本發明所闡述的範圍。

請參閱第2B圖，其為本發明之光解多工器記錄裝置於使用時的示意圖。如第2B圖所示，在使用時，把複數個光感測器DT₁₁~DT_mn置於透鏡L1的焦平面上，複數個光感測器DT₁₁~DT_mn依序間隔放置，各光感測器DT₁₁~DT_mn的間隔為轉向面鏡組RML的轉向角度在透鏡L1的焦平面上焦點位置改變之間隔，如此，點亮各頻道雷射光源的光束，將可依設計在多模光纖MMF的輸出端OUT產生具有對應光斑圖案的光束，而依據光斑圖案的特徵，光解多工器可將各頻道之光束耦合聚焦至對應之各光感測器DT₁₁~DT_mn，完成位置多工。

在另一實施例中，本發明之光解多工器可導入無透鏡光學相關器(Lens-less optical correlator)之概念。製作時，將透鏡L1移至面鏡M2與全像片80之間，改變焦距使其焦平面仍保持在各光感測器DT₁₁~DT_mn的光感測面上，但前述之設定讓不同的光斑圖案與不同角度的光進行干涉記錄，依序改變角度記錄各頻道之全像光柵。如此，使用時，則不須另在系統中置入透鏡L1，亦可讓不同頻道之信號導入不同光感測器。

在另一實施例中，本發明之光解多工器可導入隨機相位(random phase)之概念。製作時，移開匯聚透鏡GL直接記錄從多模光纖MMF的輸出端OUT發出之出射光束EL的發散光斑，並將其視為記錄全像片80之多工參考光，讓不同的光斑圖案與不同角度的光進行干涉記錄，如此亦可讓不同頻道之信號導入不同光感測器。

請參閱第3A圖，其為本發明之全光位置多工多模光纖資料傳輸系統的配置圖。如第3A圖所示，本發明之全光位置多工光纖資料傳輸系統，其包括複數個光源L₁₁~L_mn、光多工器OM、多模光纖MMF、光解多工器ODM、複數個光感測器DT₁₁~DT_mn、匯聚透鏡組GL以及電子裝置90。複數個光源L₁₁~L_mn對 應複數個通訊頻道，各通訊頻道分別調制攜帶部份通訊信號，各光源L₁₁~L_mn彼此間隔設置並發出複數道頻道光束CL，各道頻道光束CL攜帶部分通訊信號；其中，複數個光源L₁₁~L_mn的發光波段相同，舉例來說，複數個光源L₁₁~L_mn的發光波段可為近紅外光波段。光多工器OM設置於各頻道光束CL的行進路線上以接收複數道頻道光束CL，光多工器OM鄰近設置於多模光纖MMF的輸入端IN且設置於複數個光源L₁₁~L_mn和多模光纖MMF之間，光多工器OM包括第一全像片40(如第1B圖所示)，各頻道光束經過第一全像片40的繞射。多模光纖MMF設置於經過光多工器OM後複數道頻道光束CL的行進路線上並包括輸入端IN和輸出端OUT，經過光多工器OM後各頻道光束CL耦合聚焦至輸入端IN的入射面的入射位置上，每個入射位置對應一個通訊頻道，各頻道光束CL耦合至不同的入射位置上並從輸入端IN入射，而從輸出端OUT發出出射光束EL，各通訊頻道所對應之出射光束EL的行進方向相同但攜帶不同的光斑圖案。匯聚透鏡組GL設置於光解多工器ODM和輸出端OUT之間，以匯聚解析後各出射光束EL。光解多工器ODM設置於各出射光束EL的行進路線上並包括第二全像片80與透鏡L1(如第2B圖所示)，光解多工器ODM鄰近設置於輸出端OUT，各通訊頻道對應之出射光束EL透過第二全像片80的繞射而分離解析，分離解析後各出射光束EL由透鏡L1聚焦至其焦平面的聚焦位置上。複數個光感測器DT₁₁~DT_mn分別設置於分離解析後各出射光束EL的行進路線上且分別位於焦平面的聚焦位置，各光感測器DT₁₁~DT_mn擷取分離後之各出射光束EL。電子裝置90電性連接複數個光感測器DT₁₁~DT_mn，電子裝置90收集各出射光束EL所攜帶之部分通訊信號，整合成完整的通訊信號(其可如第3A圖所示的電壓V(t)對時間t的波形圖)；其中，電子裝置90 可為電腦、筆記型電腦或超級電腦，當然其也可為其他具有數據處理功能的較佳電子裝置，而未侷限於本發明所列舉的範圍。

請參閱第3B圖，其為本發明之全光位置多工多模光纖資料傳輸系統的實際使用狀況圖。如第3B圖所示，設計複數個通訊頻道的個數為25個而標示為Ch1~Ch25，複數個光源標示為L₁₁~L₅₅，複數個光感測器標示為DT₁₁~DT₅₅，圖中第一欄、第二欄為多模光纖MMF的輸入端IN的入射面上光強度分佈照片。第一欄為記錄製作光多工器OM(如第1A圖)時，透過第一可平移光欄模組50和第二可平移光欄模組60，各光源L₁₁~L₅₅在光多工器OM干涉且記錄在全像光柵，經過光多工器OM後的光束於多模光纖MMF的輸入端IN的入射面產生諸多亮點；第二欄為光多工器OM於通訊使用時(如第1B圖)，各光源L₁₁~L₅₅入射光多工器OM而於多模光纖MMF的輸入端IN的入射面產生諸多亮點；第三欄為各光感測器DT₁₁~DT_mn的光感測面上的光強度分佈照片，每個亮點可視為一個通訊頻道輸出。圖中顯示，對三個不同頻道，皆為一對一的亮點之對應，表示各頻道均能適當被被耦合至輸出光感測器上，完成多工傳輸。

請參閱第3C圖，其為本發明之光源和光感測器的配置圖。如第3C圖所示，複數個光源L₁₁~L_mn可整合為面射型雷射陣列LA，面射型雷射陣列LA由行電線C1~C5和列電線R1~R5所控制，面射型雷射陣列LA可如圖所示包括25個光源L₁₁~L₅₅；相應地，複數個光感測器DT₁₁~DT_mn也可整合為感測器陣列DA，感測器陣列DA由行電線C10~C50和列電線R10~R50所控制，感測器陣列可如圖所示包括25個感測器DT₁₁~DT₅₅，各感測器DT₁₁~DT₅₅對應各光源L₁₁~L₅₅，舉例來說，感測器DT₁₁對應光源L₁₁。

若多模光纖MMF有些微移動或彎折，相同入射點經過多模光纖MMF後所發出的光斑圖案將與彎折前不同，意味原先記錄好的解多工器OM將無法正常運作。為了處理前述可能缺失，導入機器學習(machine learning)進入電子裝置90，事先輸入大量正常的光斑圖案及可容忍的多模光纖MMF的彎折量進入電子裝置90，電子裝置90開始學習辨識正常的光斑圖案，電子裝置90進而能識別出正常的光斑圖案和多模光纖MMF彎折後的光斑圖案之間的差異，以取得補償量補償多模光纖MMF彎折後的光斑圖案。

承上所述，本發明之全光位置多工多模光纖資料傳輸系統，以單波長光源、單一光纖建構完整的多頻道光纖資料傳輸系統，可藉位置多工方式幾何倍增傳輸頻寬，具備經濟且最佳擴充性的優點；因此，本發明為引領短距離超高速資料傳輸所需的研發關鍵。

承上所述，本發明之光多工器記錄裝置，透過第一可平移光欄模組50和第二可平移光欄模組60，產生入射不同位置的複數道頻道光束CL和複數道入射光束IL，藉此模擬多個通訊頻道入射，並將各道頻道光束CL和各道入射光束IL交會於第一全像片40而產生干涉並記錄在全像光柵，使用時則將有記錄複數個全像光柵的第一全像片作為光多工器OM。

承上所述，本發明之光解多工器記錄裝置，透過第三可平移光欄模組70使複數道物體光束OL分別入射於多模光纖MMF的輸入端IN的不同入射位置上，進而激發多重傳播模態的光波，使複數道物體光束OL在多模光纖MMF內彼此干涉而在輸出端OL形成具有光斑圖案的複數道出射光束EL，各道出射光束EL和各道頻道光束CL交會於第二全像片80而產生干涉並記錄在全像 光柵，完成可多工記錄的複數個全像光柵，使用時則將有記錄複數個全像光柵的第二全像片80作為光解多工器ODM。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

CL:頻道光束

DT₁₁~DT_mn:光感測器

EL:出射光束

GL:匯聚透鏡組

IN:輸入端

L₁₁~L_mn:光源

L1:透鏡

MMF:多模光纖

OUT:輸出端

OM:光多工器

ODM:光解多工器

90:電子裝置

Claims (13)

1. 一種全光位置多工光纖資料傳輸系統，其包括：複數個光源，對應複數個通訊頻道，各該通訊頻道分別調制攜帶一部份通訊信號，各該光源彼此間隔設置並發出複數道頻道光束，各該道頻道光束攜帶該部分通訊信號；一光多工器，設置於各該道頻道光束的行進路線上以接收該複數道頻道光束，該光多工器包括一第一全像片，各該頻道光束經過該第一全像片的繞射；一多模光纖，為資料傳輸媒介，設置於經過該光多工器後該複數道頻道光束的行進路線上並包括一輸入端和一輸出端，經過該光多工器後各該道頻道光束耦合聚焦至該輸入端的一入射面的一入射位置上，每個該入射位置對應該通訊頻道，各該複數道頻道光束耦合至不同的該入射位置上並從該輸入端入射，而從該輸出端發出對應之一出射光束，各該通訊頻道所對應之該出射光束的行進方向相同但攜帶不同的一光斑圖案；一光解多工器，設置於各出射光束的行進路線上並包括一第二全像片與一透鏡，各該通訊頻道對應之該出射光束透過該第二全像片的繞射而分離解析，分離解析後各該出射光束由該透鏡聚焦至其一焦平面的一聚焦位置上；複數個光感測器，分別設置於分離解析後各該出射光束的行進路線上且分別位於該焦平面的該聚焦位置上，各該光感測器擷取分離後之各該出射光束；以及一電子裝置，電性連接該複數個光感測器，該電子裝置收集各該出射光束所攜帶之該部分通訊信號，整合成完整的一通訊信號； 其中，該第一全像片記錄有複數個第一全像光柵，該複數個第一全像光柵受該複數道頻道光束所讀取，並將該複數道頻道光束耦合到該多模光纖之該輸入端的該入射面上不同之複數個該入射位置；其中，該第二全像片記錄有複數個第二全像光柵，該複數個第二全像光柵配置以將具有不同特徵之複數個該光斑圖案，分離解析出複數道該出射光束。
2. 如請求項1所述之全光位置多工光纖資料傳輸系統，其中各該光源光束的發光波段為相同。
3. 如請求項1所述之全光位置多工光纖資料傳輸系統，其中該光多工器鄰近設置於該輸入端且設置於該複數個光源和該多模光纖之間，該光解多工器鄰近設置於該輸出端。
4. 如請求項1所述之全光位置多工光纖資料傳輸系統，進一步包括一匯聚透鏡組，該匯聚透鏡組設置於該光解多工器和該輸出端之間，以匯聚各該出射光束。
5. 一種光多工器記錄裝置，其包括：一光源，發射一光束；一分光鏡，設置於該光束的行進路線上，並將該光束分為一信號光束和一參考光束；一第一可平移光欄模組，設置於該信號光束的行進路線上，該第一可平移光欄模組在一第一方向移動來產生複數道頻道光束，該第一方向垂直於該信號光束的光軸；一轉向面鏡組，設置於該參考光束的行進路線上，並轉向該參考光束； 一第二可平移光欄模組，設置於轉向後該參考光束的行進路線上，該第二可平移光欄模組在一第二方向移動來產生複數道入射光束，該第二方向垂直於轉向後該參考光束的光軸；一第一全像片，設置於該複數道入射光束和該複數道頻道光束的交會點上，各該道入射光束和各該道頻道光束於該第一全像片干涉且記錄在一全像光柵，具有記錄複數個全像光柵的該第一全像片作為如請求項1~4中任一項之全光位置多工光纖資料傳輸系統中之該光多工器；其中，當該第一全像片作為該光多工器時，該複數個全像光柵受複數道頻道光束所讀取，並將該複數道頻道光束耦合到一多模光纖之一輸入端的一入射面上不同之複數個入射位置，各該複數道頻道光束攜帶一完整通訊信號中之一部分通訊信號，執行多工傳輸。
6. 如請求項5所述之光多工器記錄裝置，進一步包括一多模光纖，該多模光纖鄰近設置於該第一全像片，並作為各該道頻道光束的一參考面。
7. 如請求項5所述之光多工器記錄裝置，其中該第一可平移光欄模組在該第一方向移動至一第一位置而使該信號光束變為該頻道光束，進而調整該頻道光束入射於該第一全像片的位置。
8. 如請求項7所述之光多工器記錄裝置，其中該第二可平移光欄模組在該第二方向移動至一第二位置而使該參考光束變為該入射光束，進而調整該入射光束入射於該第一全像片的位置。
9. 如請求項8所述之光多工器記錄裝置，其中各該全像光柵對照相應的該第一位置或該第二位置。
10. 如請求項5所述之光多工器記錄裝置，進一步包括一擴束器，該 擴束器設置於該光源和該分光鏡之間，該擴束器將該光束擴束為平行光。
11. 一種光解多工器記錄裝置，其包括：一光源，發射一光束；一分光鏡，設置於該光束的行進路線上，並將該光束分為一信號光束和一參考光束；一第三可平移光欄模組，設置於該參考光束的行進路線上，該第三可平移光欄模組在一第三方向移動來產生複數道物體光束，該第三方向垂直於該參考光束的光軸；一多模光纖，設置於該複數道物體光束的行進路線上並包括一輸入端和一輸出端，該輸入端接收該複數道物體光束，該輸出端輸出複數道出射光束，各該複數道出射光束具有對應不同之一光斑圖案；一轉向面鏡組，設置於該信號光束的行進路線上，該轉向面鏡組以一轉向角度逐漸轉向至一第三位置而轉向該信號光束，並產生複數道頻道光束；一匯聚透鏡組，設置於該複數道出射光束的行進路線上；一第二全像片，設置於該複數道頻道光束和該複數道出射光束的交會點上，該匯聚透鏡組將該複數道出射光束聚焦於該第二全像片；以及一透鏡，鄰近設置於該第二全像片並將各該複數道頻道光束聚焦於一光感測器；其中，各該道頻道光束和各該道出射光束干涉且記錄在一全像光 柵，具有記錄後該複數個全像光柵的該第二全像片、該匯聚透鏡組和該透鏡作為如請求項1~4中任一項之全光位置多工光纖資料傳輸系統中之該光解多工器；其中，該複數個第二全像光柵配置以將具有不同特徵之複數個該光斑圖案，分離解析出複數道出射光束，各該複數道出射光束攜帶一完整通訊信號中之一部分通訊信號，執行多工傳輸。
12. 如請求項11所述之光解多工器記錄裝置，進一步包括一擴束器，該擴束器設置於該光源和該分光鏡之間，該擴束器將該光束擴束為平行光。
13. 如請求項11所述之光解多工器記錄裝置，其中該複數道頻道光束入射於該第二全像片的入射角度彼此相異。

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