TWI493897B - 光通訊裝置及光通訊方法 - Google Patents

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Description

光通訊裝置及光通訊方法
本發明涉及光通訊裝置及光通訊方法。
現有的光通訊裝置的光源數量和光電轉換元件的數量相同，然，此種結構已經不能適應未來多核心處理器之超高數據傳輸需求，及電腦與其他電子裝置間收發光資訊所要求的體積更小、價格更具優勢，且更易於使用的需求。
有鑒於此，提供一種雷射光源數量更少，體積更小的的光通訊裝置及相應的光通訊方法實為必要。
一種光通訊裝置，包括一個發射模組和一個接收模組，該發射模組包括一個第一雷射光源，一個第二雷射光源，一個與該第一雷射光源光學耦合的第一光調變器，一個與該第二雷射光源光學耦合的第二光調變器，一個光耦合器，一個半導體光放大器，四組光帶通濾波器或一個第一解多工器，一個多工器。該第一雷射光源用於發出中心波長為λ 1的第一雷射光束，該第二雷射光源用於發出中心波長為λ 2的第二雷射光束，λ 2≠λ 1。該第一光調變器用於調變該第一雷射光束，該第二光調變器用於調變該第二雷射光束。該光耦合器用於耦合該第一、第二雷射光束。該半導 體光放大器與該光耦合器相連，用於使耦合後的該一、第二雷射光束經過該半導體光放大器後發生四波混頻效應。該四組光帶通濾波器或該第一解多工器與該半導體光放大器相連，用於對發生四波混頻效應的雷射光束濾波或分離以產生四束中心波長不同的雷射光。該多工器與該四組光帶通濾波器相連，用於接收該四束雷射光並向該接收模組發出一束雷射光束。該接收模組包括一個第二解多工器以及四個光電轉換單元。該第二解多工器用於接收來自該發射模組的雷射光並將該雷射光分為該四束中心波長不同的雷射光。該四個光電轉換單元分別接收該四束中心波長不同的雷射光並轉換為電訊號。
一種實現光通訊的方法，其包括以下步驟：提供一個第一雷射光源，使其發出中心波長為λ 1的第一雷射光束；提供一個第二雷射光源，使其發出中心波長為λ 2的第二雷射光束，λ 2≠λ 1；提供一個第一光調變器與該第一雷射光源光學耦合，以調變該第一雷射光束；提供一個第二光調變器與該第一雷射光源光學耦合，以調變該第二雷射光束；提供一個光耦合器以耦合調變後的第一、第二雷射光束；提供一個半導體光放大器與該光耦合器相連，並使耦合後的第一、第二雷射光束經過該半導體光放大器後發生四波混頻效應；提供四組光帶通濾波器或一個第一解多工器以對發生四波混頻效應的雷射光束濾波或分離以產生四束中心波長不同的雷射光；以及提供一個多工器與該四組光帶通濾波器或該第一解多工器相連，用於接收該四束雷射光並向該接收模組發出一束雷射光束；提供一個第二解多工器以接收來自該發射模組的雷射光並將該雷射光分為該四束中心波長不同的雷射光；以及提供四個光電轉換單元，分別接收該四束中心波長不同的雷射光並 轉換為電訊號。
相對於先前技術，本發明提供的光通訊裝置藉由四波混頻技術利用兩顆雷射光源，便可以獲得四組雷射光，大幅價低成本與體積，提升效率，且易於利用，對於模組化更具優勢，同時於製程上並無較繁複之工序，可提供未來高數據與高頻寬積體光通訊模組之傳輸。
100‧‧‧光通訊裝置
10‧‧‧發射模組
11‧‧‧第一雷射光源
12‧‧‧第二雷射光源
21‧‧‧第一光調變器
22‧‧‧第二光調變器
30‧‧‧光耦合器
40‧‧‧半導體光放大器
50‧‧‧光帶通濾波器
60‧‧‧多工器
31，41，61‧‧‧光纖
70‧‧‧解多工器
81，82，83，84‧‧‧光電轉換單元
90‧‧‧接收模組
圖1係本發明實施例提供的光通訊裝置的示意圖。
以下將結合圖式對本發明作進一步詳細說明。
請參閱圖1，本發明提供的光通訊裝置100包括一個發射模組10和一個接收模組90。
該發射模組10包括一個第一雷射光源11和一個第二雷射光源12，該第一雷射光源11用於發出中心波長為λ 1的第一雷射光束，該第二雷射光源12用於發出中心波長為λ 2的第二雷射光束，而且，λ 2≠λ 1。該發射模組10還包括第一光調變器21，第二光調變器22，一個光耦合器30，一個半導體光放大器40(Semiconductor Optical amplifier,SOA)，四組光帶通濾波器50(Optical Band-Pass Filter，OBPF)或一個解多工器，以及一個多工器60(multiplexer)等。該發射模組10先將待傳輸的電訊號轉換成光訊號，可以採用直接調變光源(例如調變該第一雷射光源11和該第二雷射光源12的偏置電流)或通過外調變器的方法來實現這一轉換。
本實施例中，該第一雷射光源11和該第二雷射光源12均為雷射二極體(laser diode，LD)。
該第一光調變器21與該第一雷射光源11光學耦合，例如通過光纖接收該第一雷射光束，接收後根據待傳輸的電訊號對該第一雷射光束的振幅、頻率、位元相或偏振態等參數進行調變。類似地，該第二光調變器22接收並調變該第二雷射光束。該第一光調變器21和第二光調變器22可以為馬赫-曾特爾調變器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)或電吸收調變器(Electro-Absorption Modulator，EAM)。
該第一光調變器21和第二光調變器22用於載入電訊號進行光調變，提升頻率響應與雷射頻寬(Enhance laser bandwidth)、降低啁啾效應(Reduce chirp for direct current digital modulation)、增加產品的使用頻寬(Increase of the bandwidth-distance product)，且利於調整光增益，從而可以使光束進入半導體光放大器40後發生四波混頻效應(Four-Wave Mixing effect)。
該光耦合器30用於耦合該第一、第二雷射光束，使得該第一雷射光束和該第二雷射光束進入同一根光纖31中。
該光纖31與該半導體光放大器40相連，耦合後的該第一、第二雷射光束經過該半導體光放大器40時，發生四波混頻效應，即兩個輸入訊號波產生四個輸出訊號波。輸入功率越高，非線性效應越大，半導體光放大器40在此處起到了提升光功率的效果，並且當光纖31中的光進入該半導體光放大器40的主動區(Active Region)(圖未示)時，主動區的載流子密度將受到這兩束雷射光 的干涉項的調制，被調制的載流子密度反過來又會產生附加訊號，從而新增兩路訊號光波。假設同一根光纖中有兩個同方向行進的不同頻率光波，其中一個光波(中心波長為λ 1)的頻率為f1，另一個光波(中心波長為λ 2)頻率為f2，則藉由四波混頻效應會產生出頻率分別為2f1-f2與2f2-f1的光功率(optical power)較高的光波。
自該半導體光放大器40出射的四束雷射光通過一根光纖41進入四組光帶通濾波器50。該四組光帶通濾波器50並聯。由於各個波長周圍存在雜訊(光功率相對上述四束光波的光功率低的波長)，因此利用該四組光帶通濾波器50對光纖41中的雷射光束進行濾波，將雜訊濾掉。效果為中心波長為λ 1，λ 2，λ 3，λ 4(中心頻率對應為f1，f2，2f1-f2，2f2-f1)的雷射光束分別進入一根光纖。
在其他實施例中，可以用一個解多工器(de-multiplexer)來代替該四組光帶通過濾波器50將光纖41中的光波分離成四束光功率校高的光波。
該四束雷射光分別進入該多工器60後，被該多工器60整合為一束雷射光後通過一根光纖61向該接收模組90傳輸。
該接收模組90包括一個解多工器70和四個光電轉換單元81，82，83，84。由於在光發射模組10端，該四束雷射光被整合在一根光纖61中傳輸，因此需要通過該解多工器70分離光纖61中的光束得到四束中心波長不同的雷射光，並且每束雷射光對應一根光纖傳輸，每根光纖的末端設有一個光電轉換單元以接收一束雷射光並轉換成電訊號。
該四個光電轉換單元(Photo Detector)可以是PIN光電二極體或雪崩光電二極體(APD)等。
本發明提供的光通訊裝置藉由四波混頻技術僅利用兩個光源便可以獲得四組雷射光進入四個光電轉換元件，無須採用四個光源，大幅價低成本與體積，提升效率，且易於利用，對於模組化更具優勢，同時於製程上並無較繁複之工序，可提供未來高數據與高頻寬積體光通訊模組之傳輸。
另外，該光通訊裝置100還可以裝置成獨立之擴充卡，插入擴充卡槽，或直接模組化裝置於電腦之主機板或筆記型電腦/平板電腦/數位相機/DV數位攝影機/電玩遊戲器裡的電路板裡，在發射模組10和接收模組90之間設有光循環器(optical circulator)，在光循環器上設有一光纖孔位，使用者僅需利用光纖，例如塑膠光纖(Plastic Optical Fiber)，標準單模光纖(POF/Standard Single Mode Fiber/Multimode Fiber)，多模光纖等常見之光纖，便可進行高速高容量傳輸。例如由電腦直接將電訊號傳送給發射模組10，當使用者將光纖插入光纖孔位，便可進行傳輸，反之當光訊號從光纖進入接收模組90，便將解調後之電訊號，送至電腦。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧光通訊裝置
10‧‧‧發射模組
11‧‧‧第一雷射光源
12‧‧‧第二雷射光源
21‧‧‧第一光調變器
22‧‧‧第二光調變器
30‧‧‧光耦合器
40‧‧‧半導體光放大器
50‧‧‧光帶通濾波器
60‧‧‧多工器
31，41，61‧‧‧光纖
70‧‧‧解多工器
81，82，83，84‧‧‧光電轉換單元
90‧‧‧接收模組

Claims (8)

  1. 一種光通訊裝置，包括一個發射模組和一個接收模組，其改良在於：該發射模組包括：一個第一雷射光源，用於發出中心波長為λ 1的第一雷射光束；一個第二雷射光源，用於發出中心波長為λ 2的第二雷射光束，λ 2≠λ 1；一個第一光調變器，與該第一雷射光源光學耦合，用於調變該第一雷射光束；一個第二光調變器，與該第二雷射光源光學耦合，用於調變該第二雷射光束；一個光耦合器，用於耦合該第一、第二雷射光束；一個半導體光放大器，與該光耦合器相連，用於使耦合後的該一、第二雷射光束經過該半導體光放大器後發生四波混頻效應；四組光帶通濾波器或一個第一解多工器，與該半導體光放大器相連，用於對發生四波混頻效應的雷射光束濾波或分離以得到四束中心波長不同的雷射光；以及一個多工器，與該四組光帶通濾波器或該第一解多工器相連，用於接收該四束雷射光並使該四束雷射光在同一根光纖中傳輸；該接收模組包括：一個第二解多工器，用於將來自該發射模組的雷射光分離為該四束中心波長不同的雷射光；以及四個光電轉換單元，分別接收該四束中心波長不同的雷射光並轉換為電訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光通訊裝置，其中：該第一、第二光調變器均為馬赫-曾特爾調變器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光通訊裝置，其中：該第一、第二光調變器均為電吸收調變器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光通訊裝置，其中：該四組光帶通濾波器為一並聯方式連接。
  5. 一種光通訊方法，其包括以下步驟：提供一個第一雷射光源，使其發出中心波長為λ 1的第一雷射光束；提供一個第二雷射光源，使其發出中心波長為λ 2的第二雷射光束，λ 2≠λ 1；提供一個第一光調變器與該第一雷射光源光學耦合，以調變該第一雷射光束；提供一個第二光調變器與該第一雷射光源光學耦合，以調變該第二雷射光束；提供一個光耦合器以耦合調變後的第一、第二雷射光束；提供一個半導體光放大器，該半導體光放大器與該光耦合器相連，並使耦合後的第一、第二雷射光束經過該半導體光放大器後發生四波混頻效應；提供四組光帶通濾波器或一個第一解多工器以對發生四波混頻效應的雷射光束濾波或分離以得到四束中心波長不同的雷射光；以及提供一個多工器與該四組光帶通濾波器或該第一解多工器相連，用於接收該四束雷射光並向該接收模組發出一束雷射光束；提供一個第二解多工器以將來自該發射模組的雷射光分離為該四束中心波長不同的雷射光；以及提供四個光電轉換單元，分別接收該四束中心波長不同的雷射光並轉換 為電訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的光通訊方法，其中：該第一、第二光調變器均為馬赫-曾特爾調變器。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的光通訊方法，其中：該第一、第二光調變器均為電吸收調變器。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的光通訊方法，其中：該四組光帶通濾波器為一並聯方式連接。
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