专利名称：矩阵式光切换器结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一光通信技术，特别涉及一种光切换器(opticalswitch)，它具有空间补偿的特征。
随着光通信负载和宽频需求的增加，如何有效的管理波长便成为一个棘手的问题。光切换器是目前用来控管波长及流量的关键性元件，光切换器的形态有很多种，其中利用微机电技术(Micro-Electro-Mechanical System Technology)来生产光切换器将是未来可能技术之一。利用微机电技术生产光切换器的几何架构有很多种，其中又以矩阵的架构最被广泛使用。矩阵型的光切换器早在1986年就已经被提出。传统的矩阵型光切换器的架构如
图1所示。
在光通信的机制中，一般电子信号，特别是数字电子信号被转换成光信号，而光信号通过光纤传递。而光信号要传递到另一光纤时，一般需经光切换器，进行交换。图1中，一光信号传输元件14可包括一光纤10及一折射率渐变型透镜12(Gradient-Index Lens，GRINLens)。另外矩阵型光切换器的的本体如虚线所示的矩阵，例如4×4的矩阵。矩阵型光切换器有一光入射边与一光出射边，其每一矩阵单元一些光信号传输元件14，依序排列，且附于编号G1-G8。图中例如，光信号传输元件G1-G4，位于光入射边，而光信号传输元件G5-G8位于光出射边。光入射边与光出射边相邻。在矩阵的每一方形单元，具有一反射镜20。以图1为例，其有16面反射镜20。反射镜20是可升降的。一般反射镜20是处于下降位置，即是OFF状态。当入射光信息要从一光信号传输元件14切换到另一光信号传输元件14时，其对应的一反射镜20可升起，即是ON状态，将光信号反射，做90度偏折。例如由传输元件G1入射的光信号，经(X3，Y1)ON状态的反射镜20而被切换到传输元件G7。另外，传输元件G4入射的光信号也可经不同路径，切换到传输元件G5。
上述图1的矩阵型光切换器，是传统的安排方式，其光信号在光切换器中所行经的光程会因路径不同而长短不一。特别例如是，由传输元件G1到传输元件G8的光程，远比由传输元件G4到传输元件G5的光程较长。每个光路因光路径不同所造成的光损耗，会提高系统控管的复杂度。
将图1的光程简化成如图2所示的结构。于图2中，光切换时，其间行经一光程，又称为工作距离(working distance)。光信号行经工作距离会损耗，当被右边的传输元件10+12接收时，其接收到的光强度会不同。图3所示是，以工作距离为10mm的光准值器(collimator)为例，因工作距离的变化，所产生的光损耗变化。由图3的曲线明显看出，光损耗明显不一致。这也表示，在图1中，不同的路径，其接收到的光强度也不同。
若是将侦测0/1的临界值(Threshold)设定为一固定值，则其侦测到的光强度因不同路径而有不同强度，将会提高误码率的发生。若是将临界值设定为可变动的方式，其会增加系统的复杂性。因此光损耗不一致对整个通信系统而言是一件相当棘手的问题，即使在出口光纤处加装可调变衰减器也无法解决光损耗不一致的问题，因为光信号可能由G1进G5出，也可能由G2进G5出，因此即使在G5出口处加装衰减器也无法有效解决上述的问题。
有鉴于此，本发明提供一种矩阵式光切换器结构，具有一阶梯式补偿结构分别于光入射边与光出射边，以补偿不同路径的光程。光切换器。对于一N×N的方形矩阵，其阶梯式补偿结构为一N-1阶的阶梯，而光程经补偿后，每一光切换路径的光程为2N-1个基本单元。在切换时，每一光切换路径有均匀的光路径光程及衰减量。
上述的阶梯式补偿结构也可适用于双向的光切换器结构，其包括复数个方形单元构成一阵列式本体，其中此本体具有相对称的一第一边及一第二边。位于第一边及第二边的一些矩形单元，构成一阶梯结构。另外又包括复数个可升降反射镜，位于一部分的矩形单元，可将由一入射边入射的一光信息反射至一出射边，其中入射边为其第一边及其第二边二者之一，而出射边为入射边的一对边。
本发明另外提供一种矩阵式光切换器光程补偿方法，包括提供一矩阵式光切换器本体，其由复数个方形单元构成一N×N矩阵。光切换器本体有相邻的一光输入边与一光输出边。接着，补偿由光输入边到光输出边的一光程。其中以光输入边与光输出边所夹的一中心线的一些方形单元为一基准，向光输入边与光输出边的方向，补偿光程使各具有N个方形单元。而每一该光程总共具有2N-1个方形单元。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图作详细说明如下图面说明图1是一传统矩阵型光切换器；图2是一光切换器的一路径与工作距离的关系；图3是一光损耗随工作距离的变化曲线；图4a是依据本发明，一单向光切换器；图4b是依据本发明，一双向光切换器。
附图标记说明；
10 光纤12 折射率渐变型透镜(Gradient-Index Lens)14 光信号传输元件20 反射镜31、32、33、34 阶梯式光补偿结构实施例本发明的特征之一是利用一阶梯式的光补偿结构，使得每一路径的光程皆为等长，因此光损耗有一稳定值。
本发明针对前面，图1所示的传统结构，其产生的问题提出适当的光程补偿方法。图4a是依据本发明，一单向光切换器。虚线部分的矩阵结构与前述相同，其有一光入射边与一光出射边。例如由传输元件G2到传输元件G7所示的光程，其经一反射镜反射偏折。
而架构在矩阵结构光切换器上，本发明提出一阶梯式的光补偿结构31位于矩阵结构的光入射边，而光补偿结构32位于矩阵结构的光出射边。就以N×N矩阵结构的本体而言，光补偿结构31、32是一N-1阶的阶梯结构。其最高阶的位置互相邻近，由(X1，Y4)的单元向外补偿。因为光补偿结构比N少一阶，传输元件G1与G8仍座落于矩阵结构本体的(X1，Y1)及(X4，Y4)方形单元上。因此经补偿后，每一光路径的总光程为2N-1个单元。这使得每一光路径的光损耗有一稳定值。如此本发明的光切换器，可避免引起因路径不同，产生光强度的偏差(bias)。
依相同上述本发明提出的补偿原则，其也可适用于双向的光切换器。图4b是依据本发明，一双向光切换器。在图4b中，反射镜20具有可双面反射的功能，例如当反射镜20在(X3，Y2)升起时，其可将由传输元件G2输入的光信号反射到传输元件G7上。此时反射镜20也可例如将由传输元件G11输入的光信号反射到传输元件G15上。反之，也可将由传输元件G15输入的光信号反射到传输元件G11上，其路径相同，仅是传输方向的不同。
为了补偿光路径的光程，另外两个光补偿结构33、34也置放在Y1列与X4行上。其原理仍维持，使得到2N-1的总光程。因此由另一个角度而言，光补偿的原则就是，以(X1，Y4)到(X4，Y1)的斜角单元而言，使其两个方向都有等数的单元。以图4b中的(X3，Y2)而言，其两边经补偿后皆有三个单元。因此每一光路径的总光程都有七个单元。
另外若是不以N×N矩阵结构的本体而言，本发明的光切换器，可视为由一些方形单元构成的一阵列本体。如图4b所示，此阵列本体具有相对称的两对边，位于两对边上的方形单元，构成一阶梯结构。传输元件置于两边的方形单元上。此时，反射镜的位置，仅安排在一些方形单元上，使得传输元件得以互相通信。反射镜的位置可依设计上的要求而选定。本发明的光切换器，允许所建立的光路径，有相同的光程。
因此本发明利用一阶梯结构，补偿于光切换器中的光路径，使每一光路径皆有相同的光程。这使得光信号在光切换器中的光损耗，有一稳定值。光信号的光强度不会因不同行进路径而有不同。
本发明的光补偿阶梯结构，事实上是一空间补偿，就以方法的观点而言，只要将传输元件适当依上述原则增加光程即可。
本发明配合传统的N×N矩阵式光切换器，利用两个N-1阶的阶梯式补偿结构，不需经复杂的过程即可达到相同光程的特征。
综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何热习此技术的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更新与改进。但本发明的保护范围应以权利要求书限定的范围为准。
权利要求
1.一种矩阵式光切换器结构，其特征在于它包括一N阶矩阵切换器本体，其有一光入射边，及邻近的一光出射边；一第一阶梯结构，具有N-I阶，位于该光入射边，其中该第一阶梯结构的一最高阶，位于该N阶矩阵切换器本体的一角落；一第二阶梯结构，具有N-1阶，位于该光出射边，其中该第二阶梯结构的一最高阶也位于该角落。
2.根据权利要求1所述的矩阵式光切换器结构，其特征在于它还包括复数个光学输出/输入元件，位于该第一阶梯结构与该第二阶梯结构的每一阶，及在该光入射边与该光出射边未被覆盖的该切换器本体上。
3.根据权利要求1所述的矩阵式光切换器结构，其特征在于由该光入射边到该光出射边的每一光切换光程，经该第一阶梯结构与该第二阶梯结构的补偿，该每一光切换光程为2N-1个单位。
4.根据权利要求1所述的矩阵式光切换器结构，其特征在于该切换器本体包括一反射镜，可将由该光入射边的一入射光反射至该光出射边。
5.一种双向矩阵式光切换器结构，其特征在于它包括一N阶矩阵切换器本体，依序有一第一光入射边、一第二光出射边、一第二光入射边及一第一光出射边，其中该第一光入射边与该第一光出射边在一第一角落相邻，而该第二光入射边与该第二光出射边在一第二角落相邻；一第一阶梯结构，一第二阶梯结构，一第三阶梯结构，及一第四阶梯结构，各具有N-1阶，依序位于该第一光入射边，该第二光出射边，该第二光入射边及该第一光出射边，其中该第一阶梯结构及该第四阶梯结构的最高阶在该第一角落相互邻近，而该第一阶梯结构及该第三阶梯结构的最高阶在该第二角落相互邻近。
6.根据权利要求5所述的双向矩阵式光切换器结构，其特征在于它还包括复数个光学输出/输入元件，位于该第一阶梯结构、该第二阶梯结构、该第三阶梯结构与该第四阶梯结构的每一阶，及未被覆盖的该切换器本体上。
7.根据权利要求5所述的双向矩阵式光切换器结构，其特征在于所建立的每一光切换光程为2N-1单位。
8.根据权利要求5所述的双向矩阵式光切换器结构，其特征在于该切换器本体包括一反射镜，可将由该第一光入射边及该第二光入射边二者之一入射的一入射光，反射至该第一光出射边及该第二光出射边。
9.一种双向矩阵式光切换器结构，其特征在于它包括一N阶矩阵切换器本体，依序有一第一光入射边、一第二光入射边、一第二光出射边及一第一光出射边，其中该第一光入射边与该第一光出射边在一第一角落相邻，而该第二光入射边与该第二光出射边在一第二角落相邻；一第一阶梯结构，一第二阶梯结构，一第三阶梯结构及一第四阶梯结构，各具有N-I阶，依序位于该第一光入射边、该第二光入射边、该第二光出射边及该第一光出射边，其中该第一阶梯结构及该第四阶梯结构的最高阶在该第一角落相互邻近，而该第一阶梯结构及该第三阶梯结构的最高阶在该第二角落相互邻近。
10.根据权利要求9所述的双向矩阵式光切换器结构，其特征在于它还包括复数个光学输出/输入元件，位于该第一阶梯结构、该第二阶梯结构、该第三阶梯结构与该第四阶梯结构的每一阶，及未被覆盖的该切换器本体上。
11.根据权利要求9所述的双向矩阵式光切换器结构，其特征在于所建立的每一光切换光程为2N-1个单位。
12.根据权利要求9所述的双向矩阵式光切换器结构，其特征在于该切换器本体包括一反射镜，可将由该第一光入射边及该第二光入射边二者之一入射的一入射光，反射至该第一光出射边及该第二光出射边。
13.一种光切换器结构，其特征在于它包括复数个方形单元构成一阵列本体，其中该阵列本体具有相对称的一第一边及一第二边，位于该第一边及该第二边的这些方形单元，构成一阶梯结构；复数个可升降反射镜，位于一部分的这些矩形单元，可将由一入射边入射的一光信息反射至一出射边，其中该入射边为该第一边及该第二边二者之一，而该出射边为该入射边的一对边。
14.根据权利要求13所述的光切换器结构，其特征在于这些反射镜为一单向反射镜。
15.根据权利要求13所述的光切换器结构，其特征在于这些反射镜为一双向反射镜。
16.根据权利要求13所述的光切换器结构，其特征在于该阶梯结构为一N阶梯结构，所形成的每一切换光程具有N个这些矩形单元。
17.一种矩阵式光切换器光程补偿方法，该光程补偿方法包括提供一矩阵式光切换器本体，其由复数个方形单元构成一N×N矩阵，该光切换器本体有相邻的一光输入边与一光输出边，以及补偿由该光输入边到该光输出边的一光程，其特征在于以该光输入边与该光输出边所夹一中心线的这些方形单元为一基准，向该光输入边与该光输出边的方向，补偿该光程，使各具有N个方形单元，而每一该光程总共具有2N-1方形单元。
全文摘要
一种矩阵式光切换器结构,是分别于光入射边和光出射边设一阶梯式补偿结构,用来补偿不同路径的光程。光切换器,对于一N×N的方形矩阵,其阶梯式补偿结构为N－1阶的阶梯,而光程经补偿后,每一光切换路径的光程均为2N－1个单元。因此,在切换时,每一光切换路经都有均匀的光衰减量。
文档编号G02B6/26GK1374538SQ01109410
公开日2002年10月16日 申请日期2001年3月8日 优先权日2001年3月8日
发明者林士强, 邱和风, 董尚仪, 吴俊雄 申请人:台研光电科技股份有限公司