DTD版本： 1.0.0
發明專利說明書
※申請案號：093108778 ※I P C 分類：
一、 發明名稱：
光纖雷射裝置
Fiber Laser Appratus
二、 中文發明摘要：
一種光纖雷射裝置，其組成元件包括：一摻鉺光纖放大器；一光循環器，上述光循環器係 用來限制並決定上述摻鉺光纖放大器所激發之光的傳輸方向；一光切換器，上述光切換器 可以切換進入該光切換器之光波長；一複數個反射光波導管，上述反射光波導管可以讓該 光切換器所傳遞之光信號中反射一固定的單一光波長，其餘的光波長均通過該反射光波導 管；一光耦合器，上述光耦合器可以用來形成一雷射共振腔以及導出所形成之雷射光；一 極化控制器，上述極化控制器係用來控制光的極化方向；以及，一複數條光纖跳接線，該 光纖跳接線係用來連接上述各個元件並形成主要的雷射共振腔。
三、 英文發明摘要：
A fiber laser appratus comprises an erbium-doped fiber amplifier(EDFA), an optical circulator(OC), an optical switch (OSW), a plurality of reflecting waveguides, a coupler, a polarization controller, and a plurality of fiber wirings. The optical circulator (OC) is used to limit and decide the
transmitting direction of the light emitted by the erbium-doped fiber
amplifier (EDFA).The optical switch(OSW) is used to switch the wavelength of light entering the optical switch(OSW).The reflecting waveguides is used to reflect a fixed single wavelength from the signal transmitted by the optical switch(OSW) and pass other wavelengths. The coupler is used to form a laser resonating cavity to lase a laser. The polarization controller is used to control the polarization direction of light. The fiber wirings are used to connect the above mentioned components to form principally laser resonating cavity.
四、 指定代表圖：
(一)本案指定代表圖為： 第一圖 (二)本代表圖之元件符號簡單說明：
100．．．摻鉺光纖放大器(EDFA) 101．．．泵激光源
102．．．分波多工器(WDM) 103．．．摻鉺光纖(EDF) 104、105．．．光隔離器(ISO) 106．．．光循環器
107．．．光耦合器 108．．．極化控制器 109．．．光耦合器 110．．．光頻譜儀(OSA) 111．．．光切換器
112、113．．．波長可調光纖光柵
五、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：
六、 發明說明：
【發明所屬之技術領域】
[n] 本發明與一種光纖雷射裝置有關，特別是一種光傳輸中藉由光循環器與波長可調光纖光 柵之反射來控制光輸出波長之波長可調式光纖雷射裝置。
【先前技術】
[n] 光纖通訊技術之發展已經影響了人類社會之生活、文化、教育、經濟等層面，其所具有 之巨大的資訊容量，提高了高效率、低維護之服務品質，成為寬頻網路之最佳利器。
[n] 而一個完善之光纖傳輸系統，除了需要發射光源、光檢測器與光纖光纜外，還必須配備 各類型之光纖光路元件，如光纖連接器、光纖耦合器、光合波分波器、光衰減器、光開關
(Optical Switch)、光隔離器等等。
[n] 近年來，一種高容量、可靠性佳與可彈性擴充之高密度分波多工(Dense wavelength division multiplexing：DWDM)之全光網路(All optical networks)系統已經受到廣泛重 視與研究。上述全光網路的結構分為光傳輸層(Transport layer)和服務層(Service layer)，其中光傳輸層能否有效地使用光纖資源是網路經營者的重要課題。
[n] 另外，光信號切換器(Optical Switch)是負責管理資料流量控制的重要元件，也是決定 資源是否有效利用的重要元件之一。另一方面，當全光網路傳輸波長愈來愈多時，波道彈 性之調度及路由之改接，也須藉由光切換器來完成此項功能。
[n] 因此，光切換器通常置於網路上重要的匯接點，在其輸入端可接收不同波長信號，經由 光信號切換器將它們指配到任一輸出端，以作資訊之重組與整理，有效擴張光纖網路規模 與管理彈性。
[n] 然而，在傳統的光纖雷射裝置中，光訊號的輸出是固定的波長。為了彈性的波長變化，
本發明提供了一個可調波長式的光纖雷射裝置來取代波長固定式之光纖雷射裝置。
【發明內容】
[n] 基於上述討論，本發明之目的在於：利用光循環器(optical circulator)、光切換器與 波長可調式光纖光柵(tunable fiber Bragg grating：TFBG)之反射來達到控制與調整輸 出光波長之目的。
[n] 本發明之另一目的在於提供一種光纖雷射裝置。
[n] 本發明之光纖雷射裝置，其組成元件包括：一摻鉺光纖放大器；一光循環器，上述光循 環器係用來限制並決定上述摻鉺光纖放大器模組所激發之光的傳輸方向；一光切換器，上 述光切換器可以切換進入該光切換器之光波長；一複數個反射光波導管，上述反射光波導 管可以讓該光切換器所傳遞之光信號中反射一固定的單一光波長，其餘的光波長均通過該 反射光波導管；一光耦合器，上述光耦合器可以用來形成一雷射共振腔以及導出所形成之 雷射光；一極化控制器，上述極化控制器係用來控制光的極化方向；以及，一複數條光纖 跳接線，該光纖跳接線係用來連接上述各個元件並形成主要的雷射共振腔。
[n] 本發明之光纖雷射裝置，其組成元件包括：一泵激光源；一分波多工器，上述分波多工 器可以讓該泵激光源所激發之泵激光和訊號光通過；一段摻鉺光纖，上述摻鉺光纖可以讓 上述分波多工器通過之泵激光轉換成訊號光；其中上述泵激光源可以用來泵激該摻鉺光 纖；一光反射器，上述光反射器係用來反射光波長；一光切換器，上述光切換器可以切換 進入該光切換器之光波長；以及，一複數個波長可調式光纖光柵，上述波長可調式光纖光 柵可以讓該光切換器所傳遞之光譜反射一固定的單一光波長，其餘的光譜均通過上述波長 可調式布拉格光纖光柵。
[n] 本發明之光纖雷射裝置，其組成元件包括：一泵激光源；一光隔離器，上述光隔離器係 用來隔離反射光訊號；一波長選擇耦合器，上述波長選擇耦合器可以讓該泵激光源所激發 之泵激光和訊號光通過；一段摻鉺光纖，上述摻鉺光纖可以讓該分波多工器進來之泵激光 和訊號光增益；一光循環器，上述光循環器係用來限制並決定該泵激光源所激發之光的傳 輸方向；一光耦合器，上述光耦合器可以分送該波長選擇耦合器所傳遞之不同波長之光；
一複數個反射光波導管元件，上述反射光波導管元件可以讓該光切換器所傳遞之光信號中 反射一固定的單一光波長，其餘的光波長均通過該反射光波導管元件；以及，一複數條光 纖跳接線，上述光纖跳接線係用來連接上述各個元件並形成主要的雷射共振腔。
【實施方式】
[n] 為使 貴審查委員能更進一步瞭解本發明之預定目的所採取之技術與方法，茲將根據本發 明之較佳實施例，並配合相關圖示，詳細說明如下。
[n] 本發明所提供一種光波長連續變化元件乃是利用光循環器(optical circulator)、光切換 器與光纖光柵(fiber Bragg grating：FBG)之反射來達到控制輸出波長之目的。
[n] 請參閱圖一，其為本發明之一實施例之光纖雷射裝置示意圖。其中摻鉺光纖放大器(EDFA) 100包括：一泵激光源101、一分波多工器(WDM)102、一段摻鉺光纖(EDF)103、光隔離器 (ISO)104與105。首先，泵激光源101激發出一光訊號而進入上述分波多工器102，接著，
透過上述摻鉺光纖103，使得上述泵激光源101所激發之泵激光和訊號光通過。上述摻鉺光 纖103可以讓上述分波多工器102通過之泵激光和訊號光增益。然後，再透過上述光隔離器 104而進入光循環器106。上述光隔離器104係用來隔離反射光之訊號。
[n] 之後，由光循環器106之埠1到埠2之光信號進入一光切換器111。上述光切換器111可以切 換進入該光切換器之光波長，因此，經過光切換器111之光訊號可以選擇進入反射光波導 管112或反射光波導管113。舉一實施例而言，上述光切換器111為一1╳N光切換器，該 1╳N光切換器是為了搭配數個反射光波導裝置，以達到涵蓋更寬的頻寬；而上述反射光波 導管112、113為一波長可調式光纖光柵。
[n] 上述反射光波導管112、113可以讓上述光切換器111所傳遞之光信號中反射一固定的單一 光波長，其餘的光譜均通過該反射光波導管。
[n] 然後，通過反射光波導管112或反射光波導管113之光訊號再透過光切換器111進入上述光 循環器106之埠2。上述光切換器111可以為液晶式、機械式、微機電式或積體光學式切換 器。之後，由光循環器106之埠2到埠3之光信號進入一光耦合器107與一極化控制器108。
上述光耦合器107可以用來形成一雷射共振腔。上述極化控制器108係用來控制光的極化方 向。舉一實施例而言，上述光耦合器107為一2╳2光耦合器，該2╳2光耦合器所形成之雷 射共振腔是為了降低所激發的雷射光之線寬。
[n] 接著，再透過另一個光耦合器109將光訊號輸出到一光檢測器(OSA)110，或者是再進入另
一個光隔離器105以完成一個循環。舉一實施例而言，上述光耦合器109為一比率式光耦合 器，其輸出比例可以為1~99百分比(%)，上述光耦合器109可以用來導出所形成之雷射光。
本發明之雷射光可以涵蓋波長1530~1610奈米(nm)之頻帶。
[n] 本發明之波長可調式光纖雷射也包括一複數條光纖跳接線(未圖示)，上述光纖跳接線係用 來連接上述各個元件並形成主要的雷射共振腔。
[n] 請參閱圖二，其為本發明之另一實施例之光纖雷射之示意圖。首先，泵激光源200激發出 一光訊號而進入上述分波多工器201，上述泵激光源200所激發之光波長為1480奈米(nm)，
該波長之光可以降低在單模光纖中之光傳輸損耗並且可以提高其效率。接著，上述光訊號 一方面透過一摻鉺光纖202，使得上述泵激光源200所激發之泵激光和訊號光作用產生增 益。然後，再透過一光反射器203將上述光訊號反射，之後，再通過摻鉺光纖202與分波多 工器201而進入一光切換器204。上述光訊號進入上述分波多工器201之後亦可直接進入光 切換器204。上述光切換器204可以為液晶式、機械式、微機電式或積體光學式切換器。上 述光反射器203亦可以一光循環器取代。
[n] 上述光切換器204可以切換進入該光切換器之光波長，因此，經過光切換器204之光訊號可 以選擇進入一可調式布拉格光纖光柵205、可調式布拉格光纖光柵206、可調式布拉格光纖 光柵207或可調式布拉格光纖光柵208。舉一實施例而言，上述光切換器204為一1╳N光切 換器，該1╳N光切換器是為了搭配上述波長可調式光纖光柵205、206、207、208，以達到 更寬的頻寬。
[n] 上述波長可調式光纖光柵205、206、207、208可以讓上述光切換器204所傳遞之光信號中 反射一固定的單一光波長，其餘的光波長均通過上述波長可調式光纖光柵。
[n] 然後，通過反射光波導管205、206、207或208之光訊號再透過光切換器再進入上述光切換 器204而輸出。本發明之雷射光可以涵蓋波長1530~1610奈米(nm)之頻帶。
[n] 本發明之波長可調式光纖雷射也包括一複數條光纖跳接線(未圖示)，上述光纖跳接線係用 來連接上述各個元件並形成主要的雷射共振腔。
[n] 請參閱圖三，其為本發明之再一具體實施例之光纖雷射裝置示意圖。首先，一泵激光源 300激發出一光訊號而進入一光隔離器301，該光隔離器301係用來引導光訊號作單向傳 輸。上述泵激光源300所激發之光波長為1480奈米(nm)，該波長之光可以降低在單模光纖 中之光傳輸損耗並且可以提高其效率。接著，上述光訊號進入一波長選擇耦合器(WSC) 302，然後，一方面透過一單模光纖(SMF)304，使得上述泵激光源300所激發之泵激光和訊 號光通過。之後，通過一段摻鉺光纖306可以讓上述波長選擇耦合器302通過之泵激光和訊 號光作用產生增益。然後，再透過一單模光纖(SMF)305而進入光循環器307。
[n] 接著，光信號分別通過上述光循環器307之埠2到埠3、埠3到埠1，再由光循環器307之埠1 到埠2而透過一單模光纖(SMF)305並經過摻鉺光纖306。然後，光信號再透過上述單模光纖 (SMF)304而回到上述波長選擇耦合器302。之後，光信號進入一光耦合器308。上述光耦合 器308可以分送上述波長選擇耦合器302所傳遞之不同波長之光，因此，經過光耦合器308 之光訊號可以選擇進入反射光波導管309、反射光波導管310、反射光波導管311或反射光 波導管312。舉一實施例而言；上述反射光波導管309、310、311、312為一波長可調式光 纖光柵。
[n] 上述反射光波導管309、310、311、312可以讓上述光耦合器308所傳遞之光信號中反射一 固定的單一光波長，其餘的光波長均通過該反射光波導管。然後，通過上述反射光波導管 之光訊號可以輸出到一光譜儀(OSA)313中檢測。另外，反射之光訊號可以再進入上述反射 光波導管309、310、311、312而繼續另一個循環。
[n] 本發明之波長可調式光纖雷射也包括一複數條光纖跳接線(未圖示)，上述光纖跳接線係用 來連接上述各個元件並形成主要的雷射共振腔。
[n] 請參閱圖四A，其為本發明之波長可調式光纖光柵之承載主體示意圖。承載主體400包括一 可移動平台404，藉由該移動平台404可以推擠置於該承載主體400上之可調式光纖光柵 401，以達到改變反射光波長之目的。上述移動平台404包括：一光學載具402、一精密平 移台403、一活動擋板405與一固定檔板406，其中上述光學載具402係用來承載上述固定擋 板406及精密平移台403。而上述精密平移403台係用來承載及移動上述活動檔板405；另 外，上述活動擋板405與固定檔板406同時使用，可以搭配精密平移台403以達到推擠承載 上述可調式光纖光柵401之目的。
[n] 此外，上述精密平移台403與固定擋板406可以利用一螺絲固定於上述光學載具402之上。
上述活動檔板405也可以利用一螺絲固定在上述精密移動台403之上。上述承載主體400可 以為一可彎曲之材質，其可以將上述波長可調式光纖光柵401固定在上述承載主體400之 上。再者，依照頻帶的需求，可以使用較多的上述可調式光纖光柵401以達到更寬的頻 寬。
[n] 上述移動平台404移動以推擠上述可調式光纖光柵401時，上述可調式光纖光柵401有二種 彎曲方式，也就是往上或往下彎曲。當上述波長可調式光纖光柵401往上彎曲時，其反射 波長係往短波長的範圍移動，請參考第四B圖；當上述可調式光纖光柵401往下彎曲時，其 反射波長係往長波長的範圍移動，請參考第四C圖。也就是說，上述波長可調式光纖光柵 401受到二種不同的彎曲而產生應變，其可增加波長可調之範圍。
[n] 本發明以較佳實施例說明如上，然其並非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利 保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離 本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變 或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
【圖式簡單說明】
[n] 本發明的較佳實施例將於往後之說明文字中輔以下列圖形做更詳細的闡述：
[n] 圖一所示為顯示本發明之光纖雷射裝置示意圖。
[n] 圖二所示為顯示本發明之另一實施例之光纖雷射裝置示意圖。
[n] 圖三所示為顯示本發明之再一實施例之光纖雷射裝置示意圖。
[n] 圖四A所示為顯示本發明之波長可調式光纖光柵之承載主體示意圖。
[n] 圖四B所示為顯示本發明之波長可調式光纖光柵之應變示意圖。
[n] 圖四C所示為顯示本發明之波長可調式光纖光柵之應變示意圖。
【主要元件符號說明】
[y] 100．．．摻鉺光纖放大器(EDFA) [y] 101、200、300．．．泵激光源 [y] 102、201．．．分波多工器(WDM) [y] 103、202、306．．．摻鉺光纖(EDF) [y] 104、105、301．．．光隔離器(ISO) [y] 106、307．．．光循環器
[y] 107．．．光耦合器 [y] 108．．．極化控制器 [y] 109、308．．．光耦合器 [y] 110、313．．．光譜儀(OSA) [y] 111、204．．．光切換器
[y] 112、113、205、206、207、208、309、310、311、312．．．波長可調式光纖光柵 [y] 203．．．光反射器
[y] 302．．．波長選擇耦合器(WSC) [y] 304、305．．．單模光纖(SMF) [y] 400．．．承載主體
[y] 401．．．波長可調式光纖光柵 [y] 402．．．光學載具
[y] 403．．．精密平移台 [y] 404．．．移動平台 [y] 405．．．活動擋板 [y] 406．．．固定擋板
七、 申請專利範圍：
1.一種光纖雷射裝置，包括：一摻鉺光纖放大器；一光循環器，該光循環器係用來限制並 決定該摻鉺光纖放大器所激發之光的傳輸方向；一光切換器，該光切換器可以切換進入該 光切換器之光波長；一複數個反射光波導管元件，該反射光波導管元件可以讓該光切換器 所傳遞之光信號中反射一固定的單一光波長，其餘的光譜均通過該反射光波導管元件；一 光耦合器，該光耦合器可以用來形、成一雷射共振腔以及導出所形成之雷射光，該雷射光 可以透過一光譜儀來進行檢測；一極化控制器，該極化控制器係用來控制光的極化方向；
以及一複數條光纖跳接線，該光纖跳接線係用來連接上述各個元件並形成主要的雷射共振 腔。
2.如申請專利範圍第1項之光纖雷射裝置，其中該雷射光可以涵蓋波長1530~1610奈米(nm) 之頻帶。
3.如申請專利範圍第1項之光纖雷射裝置，其中該光切換器為1╳N光切換器，該1╳N光切 換器是為了搭配該複數個反射光波導元件，以達到涵蓋更寬的頻寬。
4.如申請專利範圍第3項之光纖雷射裝置，其中該光切換器可以為液晶式、機械式、微機 電式或積體光學式切換器。
5.如專利申請範圍第1項之光纖雷射裝置，其中該反射光波導管元件為一波長可調式光纖 元件。
6.如專利申請範圍第5項之光纖雷射裝置，其中該波長可調式光纖元件為波長可調式光纖 光柵。
7.如申請專利範圍第1項之光纖雷射裝置，更包括一承載主體用以承載該波長可調式光纖 光柵。
8.如申請專利範圍第7項之光纖雷射裝置，其中該承載主體包括一可移動平台，藉由該移 動平台可以推擠置於該承載主體上之該波長可調式光纖光柵，以達到改變反射光波長之目 的，該移動平台包括：一光學載具、一精密平移台、一活動擋板與一固定檔板，其中該光 學載具係用來承載該固定擋板及精密平移台；而該精密平移台係用來承載及移動該活動檔 板；該活動擋板與該固定檔板同時使用，可以搭配該精密平移台以達到推擠承載該波長可 調式光纖光柵。
9.如申請專利範圍第1項之光纖雷射裝置，其中該光耦合器為一2╳2光耦合器，該2╳2光 耦合器所形成之雷射次共振腔是為了降低所激發的雷射光之線寬。
10.如申請專利範圍第1項之光纖雷射裝置，其中該光耦合器為一比率式光耦合器，其輸出 比例可以為1~99百分比(%)。
11.一種光纖雷射裝置，包括：一泵激光源；一分波多工器，該分波多工器可以讓該泵激
光源所激發之泵激光和訊號光通過；一段摻鉺光纖，該摻鉺光纖可以讓該分波多工器通過 之泵激光和訊號光作用產生增益；其中該泵激光源可以用來泵激該摻鉺光纖；一光反射 器，該光反射器係用來反射光波長；一光切換器，該光切換器可以切換進出該光切換器之 光波長；以及一複數個波長可調式光纖光柵，該波長可調式光纖光柵可以讓該光切換器所 傳遞之光信號中反射一固定的單一光波長，其餘的光波長均通過該波長可調式光纖光柵。
12.如申請專利範圍第11項之光纖雷射裝置，其中該泵激光源所激發之光波長為1480奈米 (nm)，該波長之光可以降低光傳輸損耗。
13.如申請專利範圍第11項之光纖雷射裝置，其中該光切換器為1╳N光切換器，該1╳N光 切換器是為了搭配該複數個波長可調式光纖光柵，以達到涵蓋更寬的頻寬。
14.如申請專利範圍第13項之光纖雷射裝置，其中該光切換器可以為液晶式、機械式、微 機電式或積體光學式切換器。
15.如申請專利範圍第11項之光纖雷射裝置，其中該光反射器亦可以一光循環器取代。
16.如申請專利範圍第11項之光纖雷射裝置，更包括一承載主體用以承載該波長可調式光 纖光柵。
17.如申請專利範圍第16項之光纖雷射裝置，其中該承載主體包括一可移動平台，藉由該 移動平台可以推擠置於該承載主體上之該波長可調式光纖光柵，以達到改變反射光波長之 目的，該移動平台包括：一光學載具、一精密平移台、一活動擋板與一固定檔板，其中該 光學載具係用來承載該固定擋板及精密平移台；而該精密平移台係用來承載及移動該活動 檔板；該活動擋板與該固定檔板同時使用，可以搭配該精密平移台以達到推擠承載該波長 可調式光纖光柵。
18.一種光纖雷射裝置，包括：一泵激光源；一光隔離器，該光隔離器係用來隔離反射光 訊號；一波長選擇耦合器，該波長選擇耦合器可以讓該泵激光源所激發之泵激光和訊號光 通過；一段摻鉺光纖，該滲鉺光纖可以讓該分波多工器通過之泵激光和訊號光作用產生增 益；一光循環器，該光循環器係用來限制並決定該泵激光源所激發之光的傳輸方向；一光 耦合器，該光耦合器可以分送該波長選擇耦合器所傳遞之不同波長之光；一複數個反射光 波導管元件，該反射光波導管元件可以讓該光切換器所傳遞之光信號中反射一固定的單一 光波長，其餘的光譜均通過該反射光波導管元件，通過之光訊號可以透過一光譜儀來進行 檢測；以及一複數條光纖跳接線，該光纖跳接線係用來連接上述各個元件並形成主要的雷 射共振腔。
19.如申請專利範圍第18項之光纖雷射裝置，其中該泵激光源所激發之光波長為1480奈米 (nm)，該波長之光可以降低光傳輸損耗。
20.如專利申請範圍第18項之光纖雷射裝置，其中該反射光波導管元件為一可調式光纖元 件。
21.如專利申請範圍第20項之光纖雷射裝置，其中該可調式光纖元件為波長可調式光纖光 柵。
22.如申請專利範圍第18項之光纖雷射裝置，更包括一承載主體用以承載該可調式光纖光 柵。
23.如申請專利範圍第22項之光纖雷射裝置，其中該承載主體包括一可移動平台，藉由該 移動平台可以推擠置於該承載主體上之該可調式光纖光柵，以達到改變反射光波長之目 的，該移動平台包括：一光學載具、一精密平移台、一活動擋板與一固定檔板，其中該光 學載具係用來承載該固定擋板及精密平移台；而該精密平移台係用來承載及移動該活動檔 板；該活動擋板與該固定檔板同時使用，可以搭配該精密平移台以達到推擠承載該可調式 光纖光柵
八、 圖式：
第一圖
第二圖
第三圖
第四A圖
第四B圖
第四C圖
