TWI240794B - Wavelength meter - Google Patents

Description

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【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種光波長量測器，應用於可 M 'nr 」兩雙雷 町先源、可調變光電轉換器、一般光源波長量測、 : 波長鎖定器等光訊號收發系統，特別是一種體積小/周欠 光學元件結合之光波長量測器。 、]而可與 【先前技術】 隨著電子 應用對頻寬的 道通訊（CWDM) 來見頻通訊的 隨時量測光波 需 化把介的术臨，線上購物、線上遊戲等網路 求逐漸增大，光纖到家（FTTH)、多頻多通 高密度多頻多通道通訊（DWDM)勢將成為^ 主流。而在多頻多通道通訊的應用裡，能夠 通訊之 重，益 ~通訊 的商業 a 式』、 光式』 同波長 來感測 式可量 用。而 基本架 光’靠 一個重 法與光 波道， 推廣及 前現有 『麥克 ，如「 之光線 ，或由 測的光 『麥克 構，其 著步進 長=確定或改變通訊頻道，實為多頻多通道 大而求。而現有的光波長量測器不是體積笨 ，發器（transceiver)整合，就是侷限於單 ，法辨識任意波長，阻礙了多頻多通道通訊 家庭運用。 =光^長的量測主要以『繞射光柵式分光 Ϊ二f式』方式最為常見。『繞射光柵式分 八Μ β不’主要利用光栅11分光以將不 牛 向’再由不同位置的光感測器 ‘异二Ϊ帶動光栅旋轉來選擇波長，此種方 遜干涉1 T 4田速度快，故為最多人使 工作1(見第16圖），以麥克遜干涉儀為 馬達;、圖=測，分光鏡12分成兩道 不）f動反射鏡13、14來調整 1240794 五、發明說明（2) 兩道光之光程差’藉以於螢幕15上產生不同的干涉條紋 16丄如此可偵測入射光的波長”匕方式可藉由-穩Ϊ之内 建通常為氣體雷射）來調整量測誤差，故可得到較精 密的波長。然@ ’以上兩種方式由於皆需要精密的 制與適當的光程空間，故體積難以縮小，難以與現有 通訊元件整合，應用上相當不方便。 “ 之光 另一方面，如1 9 98年JDSU之專利US5, 798, 859，其 利用『費比波羅（Fabry-Perot)干涉』應用於光通訊^件 光波長鎖疋為』’即將光波長固定於一個事先設定之 長，以『Fabry —Perot干涉』的方式將波長鎖定Λ使光波 長於凡件劣化或溫度漂移時得以固定於原先 而，發生改變；請參閱「第2Α、2Β圖」，; 刀反射鏡21而一部分反射至第一光檢測器22，而另—八 則穿透部分反射鏡21而通過干涉器23的濾波’並由第 ==24接收，且該干涉器23係具有波長相依的特性，根 據不同光訊唬的波長，而會輸出不同功率的光訊號，复 ^線請見「第2Β圖」，圖中光線LI、L2、㈣有相同白"; :率立故…光檢測器24中接收到的會判定為相同，』 而，其部然法正確的判斷出光線之波: 波長量測器。 贡故然法應用於光 【發明内容】 有鑑於上述問題，本發明提出一種光 ， 合，使原有之通訊元件得以得知光通：元件整 卞 "H月、〗通訊所使用之波

第7頁 供一微小體積之光波長量測器， 右 、、 1240794 五、發明說明（3) 長，進而得以調整其波長以更換通訊頻道，如此可增進原 有之通訊元件運用的彈性。

根據本發明所揭露之光波長量測器，包含有分光元 件、兩干涉器及兩光檢測器，藉由分光元件將待測之入射 光分光為兩光線，並分別傳送至干涉器；而干涉器係具有 波長相依的特性，會依照輸入光訊號的波長不同而有不同 的光功率強度輸出，且兩干涉器不同的特性曲線，分別為 大波長範圍低敏感度及小波長範圍高敏感度，比對通過大 波長範圍低敏感度的干涉器之光線的功率與相對應之干涉 器的特性曲線而決定光訊號之波長的概略範圍，再配合比 對通過小波長範圍高敏感度的干涉器之光線的功率與相對 應之干涉器之特性曲線而決定該光訊號之波長。故可精準 的量測或鎖定入射光之波長，且具有小體積、大量測範 圍、高精準度的特性。 【實施方式】 本發明所揭露之光波長量測器，請參閱「第3圖」， 係包含有分光元件3 0、第一干涉器4 1、第二干涉器4 2以及 相對應之第一光檢測器5 1、第二光檢測器5 2，待測的入射 光70入射至分光元件30，受到其分光而·分為兩光線71、

7 2，而分別進入第一干涉器4 1與第二干涉器4 2，其中，第 一干涉器4 1與第二干涉器42係具有波長相依的特性，也就 是說，會依照輸入光線7 1、7 2的波長不同而有不同的光功 率強度輸出，然後分別輸出耦合至第一光檢測器5 1及第二 光檢測器5 2，藉由其比對所量測到的光線7 1、7 2之功率與

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五、發明說明（4) 第—干涉器4 1 、第—不、丰口口 / 〇 光70的波長。 干涉州的特性曲線，來決^出入射 有鏗於習知『古、士 g 器相互配合來决定出器』的缺失，故利用兩干涉 :4;具有大範圏利干涉 41之光線71，由第错由通過通過第一干涉器 涉器41之特性4比；得到的功率與第-干 然後配合通過第二平哭于射光7 〇的概略波長範圍， !測得到的功率盥第一二=光線72，由第二光感測器52 精確的波長。一 干涉為、42之特性曲線比對而能得到 :nr:r線概=斜第 (圖中之^:;步)器42=，曲線概略為-週期性的波形 果通過第二干涉哭42、, ：：1來說。皮長為又1或又2的光線女 皆為P3，但是，卩J：先感測器52所量測到的功率 的功率卻分別為由第一感測器52量得 得正確的入射光i長一由兩個干涉器來獲 干涉器可為眚卜卜、、Γ ΐ 、般5兄末，具有斜線之特性曲線的 柵等（et al η /維干涉益、薄膜濾波器或布拉格光纖光 Grattlng.FBG °； thln fUm fllt- 〇Γ F.ber Bragg 越低（亦’即，必=變^涵蓋越大則敏感度 1240794 五、發明說明（5) 別:P;與匕:：兩=】亡::1與Aa所對應的功率分 器的的最小鑑別量或㈣所;;起二：差甚；會小於光感測 個千、乎哭康七甘此X _桌所引起的决差，故無法由此單一 線的ΐ ;哭可為：確的ΐ長、。：具有週期性波形之特性曲 壚光柵ΐ的二二甘比波羅干涉器、薄膜濾波器或布拉格光 、，滅光拇寺’儘管：Μι料十人I# $說，# + 圍有較南的敏感度（換句 ^僅而要波長稍有變化，輸出功率就會跟著變化）， 但是因為是週期性的_ 故# 日]又化敌母週期都會有重複的情況 發生’也！法單獨傕用·故，以、須监 认μ 一工止 吏用’文义須將具有大波長感測範圍 的弟:干=器41與小波長感測範圍的第二干涉器42相互搭 配，言如第一干涉器41跨越較大的波長範圍（例如：1 4 5 0〜 l，0nm、1 250nm〜1 45 0nm、800nm〜1 2 5 0nm、38〇nm〜8 0 0nm 等 4)用來確遇入射光7 0波長的大略位置，第二干涉器4 2 之自由頻a晋範圍（free spectrai range ;fsr)較小 (如：1· 6nm、〇· 8nm、〇· 4nm、〇· 2nm、〇· ln 合來精準的量測或鎖定入射光波長。年) 當然’其第一干涉器41之特性曲線也可以變化為『v 或U』子型（見第4 b圖），但是可將其中心對稱線與第二 干涉器42之週期性波形的原點重疊。舉例來說，波長為 λ 3、人4都具有相同的功率p4，但是由第二干涉器42看來， 卻分別具有功率P5及P6 (由波形來看，恰為一正、一 負）’因此仍可加以使用，相同的變化也可將其特性曲線 加以顛倒（見第4 C圖）。 另一方面，第一干涉器4丨的特性曲線也可以設計為週

第10頁 1240794 五、發明說明（6) 期性的波形（見第4D圖），但是為了達到較大波長範圍的 要求，則必須滿足 FSRl=2*n*FSR2+△或 FSR1=2* (n + 1/2 ) *FSR2+△，其中FSR1係為第一干涉器41的自由頻^ 範圍（free spectral range ) 、FSR2 係為第二干涉器42 的自由頻譜範圍（free spectral range )而^為任意整 數。△為微調係數，使第一干涉器與第二干涉器之頻级穿 透相等處能有高低差，以避免實用上產生頻譜^孔現^牙 實際修正值需視實作時所量測到之干涉器之精細产 (finesse)值決定，此乃因實務上製作時°，干胃涉器^必缺合 有一定的誤差存在，故需要導入微調係數來使 曰 確的特性曲線。 Ώ t 實際應用於光波長量測時，光訊號70通過本發明之弁 有時必須能夠向外傳輸才能與其他光學ΐ 統結合，故將入射光7〇分光兩次， 千-、牛哭41乃笛-;使入射光70得分光至第— 干以抑4 1及弟一干涉器4 2，而其餘 (當然依照使用狀態，可以利用其他、;件取二）余測器53 Γ多卜種:ίΓ:3:的實施態樣也可以配合實際使用而有相 二：Π將「第5圖」中的兩組分光鏡整合為 件33 (見第^圖），或是使用方型 二：（見第 6Β、_)，而「第 6D、6E 36」ί 來組成一個雙重分光鏡作為分光元件 用空間。而「㈣圖」將原丄C，;=f， 刀纜以一個二角柱晶體

第11頁 當然， 第6G、 閱「第 光模组 發出的 以利用 與接收 由驅動 模、纟且8 4 測器6 1 出的光 界的光 樣才進 之波長 本發明 施範圍 飾，皆 〜、發明說明（7) 八代作為分光元件3 8， 乃光凡件3 9，請參閱「 及、、應用上來說，請參 =领恣6 0結合於雷射發 「三而可隨時監控其所 6第7B圖」所示，也可 1、62配合發射模組83 應用於光收發模組；藉 射光訊號、或是由接^ 號，且分別由光波長量 疋說，發射模組83發射 測為、61部分取樣，而外 光波長量測器6 2部分取 量測其所傳輸的光訊號 以上所述者，僅為 非用來限定本發明的實 圍所作的均等變化與修 也可以梯形晶體取代而作為 6 Η圖」。 7Α圖」，將本發明之光波長 ，配合發光雷射8 1及準直器 雷射波長。另一方面，如 本發明之兩組光波長量測器 模組84、驅動電路85，而可 電路8 5來控制發射模組㈡發 來接收外界傳輪進入的光^ 、6 2裝設於其光路上，也就 戒號會先經過或由光波長量 訊號進入，也會先經過或^ 入接收模組84，因此，得以 〇 其中的較佳貫施例而已，並 、；即凡依本發明申請專利範 為本發明專利範圍所涵蓋。 1240794 圖式間早說明 第1A、1 B圖係為習知光波長量測器之示意圖； 第2A、2B圖係為習知光波長鎖定器之示意圖； 第3圖係為本發明之示意圖； 第4A〜4D圖係為本發明干涉器之特性曲線示意圖 第5圖係為本發明應用於光通訊之示意圖； 第6A〜6H圖係為本發明第5圖之變化例圖；及 第7A、7B圖係為本發明之應用例圖。 【圖式符號說明】 11 光栅 12 13 14 15 16 2〇 2 1 2 2 2 3 2 4 3〇 3 1 4 1 4 2 3 分光鏡 反射鏡 反射鏡 螢幕 干涉條紋 入射光 部分反射鏡 第一光檢測器 干涉器 第二光檢測器 分光元件 分光元件 第一干涉器 第二干涉器 第一光檢測器

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Claims (1)

1240794 六、_請專利範圍 1 · 禮光波長量 含有： 一分光元件， 為兩光線； 兩干涉器，係 線’並使該 率，且該兩 大波長範圍 兩光檢测器， 線’藉由比 率與相對應 波長的概略 涉器之光線 決定該入射 2 ·如申請專利範 波長範圍之干 度。 3·如申請專利範 性曲線係為週 4·如申請專利範 波長範圍敏感 膜濾波器及布 5·如申請專利範 波長範圍敏感 波長，係包 入射光分光 收該兩光 不同之功 分別為一較 該干涉之光 之光線的功 该光訊號之 長範圍的干 特性曲線而 其中該小 波長敏感 其中該特 其中該小 干涉器、薄 1其中該大 干 測器，係用以量測一 八射光之 係用以接收該入射 射先，並將該 具有波長相依之特性，八 兩光線依據其波I 刀別接 千、、牛哭目古τ 向外傳輪 干涉為具有不同之特性:彻 及一小波長範圍；及 、"’ 分別耦合於該兩干涉 對通過該大波長範圍以； 之該干涉器之特性曲線而^ g 範圍，再配合比對通過該二 的功率與相對應之該 / 山 丁沙态之 光之波長。 圍第1項所述之光波長量測器， 涉器的特性曲線係具有較高的’ 圍第2項所述之光波長量測器， 期性之波形。 圍第2項所述之光波長量測器， 度之干涉器係選自由費比波羅 拉格光纖光柵所構成組合中白勺 圍第1項所述之光波長量測器， 度之干涉器係選自由費比波羅 1240794