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光通讯词典*光纤种类*光纤之基本构造包括纤芯(core)，增加全反射作用强度之包层(cladding)，而最外层则为保护外皮(ProtectiveSheath)。光纤以传输模态可分单膜及多膜，若将纤核直径大小限制在10m左右，在1300nm传输波长中，便仅有一个传输模态在光纤中传输，即为单膜，若将纤核直径加大，光纤内有多种路径供传递，则称为多膜。单膜主要用在长途通信（须与半导体雷射配合），因此产品要求较严苛，而全球光纤使用量目前仍以单膜为主。单、多膜使用量约10:1，而多膜则适用在智慧型大楼内部及区域性的光纤网路铺设，在全球光纤到家的趋势发展中，未来多膜光纤的成长性高，极被看好。从生产的角度而言，虽单膜要求较高，但多膜的生产流程却较复杂，且产品单价约是单膜的23倍。全球光纤1999年的市场占有率如下:康宁30、Lucent15、Alcatel13、Sumitomo（住友电工）7、Furukawa（古河电工）、Fujikura（藤仓）各占7。*光纤生产流程*光纤生产方式为，先作预型体（preform），采用汽相沈积法，可分为垂直沈积式（VAD，由日本NTT开发）、外部沈积式（OVD，由康宁开发）及内部沈积式（MCVD，由BellLab开发）等方式，目前光纤业者大多采用MCVD制作多膜光纤。在石英管中加氧气及高纯度的卤化物，加热长成多层折射率不同的玻璃，玻璃再收缩变成实心棒，即为预型体，用此法很容易控制预型体的形状及大小，预型体成形後，先作量测，再移到石墨炉中加热抽丝成为光纤，为保护其强度，避免受潮及污染，必须在裸光纤表面镀上保护层，整个生产流程须45天（作预型体则须12天）。*石英玻璃纤维为制造光纤的最理想材料，主要原因是通过气相沉积方法，很容易从卤化物原料得到高纯度玻璃，且其折射率的控制或掺杂浓度的控制比其他方法更容易。光纤的抽丝速率主要受限于镀膜过程，因必须考虑保护层的均匀度及材料的烘干，目前抽丝速率可达300-600米/分。而其外围保护层的材料亦可分为两大类:1.利用紫外线烘干材料，如高分子环氧基丙烯酸纸、2.利用加热烘干的材料，如矽树脂及各种高分子材料。*光纤耦合器*光纤耦合器（Coupler）又称分歧器（Splitter），是将光讯号从一条光纤中分至多条光纤中的元件，属於光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到，与光纤连接器分列被动元件中使用最大项的（根据ElectroniCat资料，两者市场金额在2003年约达25亿美元）。光纤耦合器可分标准耦合器（双分支，单位12，亦即将光讯号分成两个功率）、星状树状耦合器、以及波长多工器（WDM，若波长属高密度分出，即波长间距窄，则属於DWDM），制作方式则有烧结（Fuse）、微光学式（MicroOptics）、光波导式（WaveGuide）三种，而以烧结式方法生产占多数（约有90）。烧结方式的制作法，是将两条光纤并在一起烧融拉伸，使核芯聚合一起，以达光耦合作用，而其中最重要的生产设备是融烧机，也是其中的重要步骤，虽然重要步骤部份可由机器代工，但烧结之後，仍须人工作检测封装，因此人工成本约占1015左右，再者采用人工检测封装须保品质的一致性，这也是量产时所必须克服的，但技术困难度不若DWDMmodule及光主动元件高，因此初期想进入光纤产业的厂商，大部分会从光耦合器切入，毛利则在2030。国外业者有JDS、E-Tek、Oplink、Gould等，目前都已直接在大陆设厂生产耦合器。*高密度波长多工分工器*为解决频宽的需求，除了铺设新的光缆等方法外，就是在现有的传输网路上架设分波多工器（WDM），若分出的光波长密度甚高，即是高密度波长多工分工器（DWDM；DenseWavelengthDivisionMultiplexer）。DWDM的概念就是将光纤中传输资料的光讯号加以分解，如我们所知，阳光至少可分解出7种纯色光，因此DWDM内的滤镜最主要的用途即在此:析出纯色的光，因此我们在谈DWDM时，会说到4or8or16channels的东西，其实说穿了那就是指滤镜的精密程度，能析出多少种不同波长的光，若为8种，则光纤的可使用频宽就可以提升8倍，因此DWDM可以大幅降低频宽的建置成本。其基本原理就和彩虹一样，依照光的不同波长分出，进而把多个不同波长的光讯号在同一根光纤中传输，提升传输容量。传输过程中，为怕光讯号衰减必须经由放大，因此DWDM配合掺铒光纤放大器（EDFA）则可充分利用光传输的高频宽特性，使几百个不同波长的光信号在1.5m波长絛围同时传播於同一条光纤，增加了光传输速率。DWDM可用3种方式作到:*滤波器（Filter），以二氧化矽为镀膜材料，依设计差异，约需经80100多层以上的镀膜，由於均匀度要求严谨，及镀膜层数高达百层以上，需耗时910个小时，OCLI的filter镀膜技术在业界享有一定知名度，OCLI的镀膜设备几乎可以自定规格，再委由设备厂依规格生产设备提供给OCLI，即便如此，OCLI的良率也仅能控制在67成左右。用filter方式作出的DWDM系统其温度特性较好，因此如用在室外或海底有温度顾虑之处，就会用filter，不超过16个通道（channel）几乎都用此方式，但到高channel时，最後一个channel的损失会随之增大，用filter作DWDM较简单，且适用於长途传输上。*阵列式波导光栅（arraywaveguide；AWG），近似半导体制程（采用4或6晶圆，尽管近似半导体制程，但仍有些许差异，例如AWG强调蚀刻的深度，而光罩数则不若一般逻辑多，约23道光罩即可），在晶圆上作氧化沈积，再用光蚀刻法做出复杂的光波导，可以作到32个以上的channel数，AWG会有慢慢增加的趋势，适用於人口稠密的大都会区，由於对温度控制较不如filter，因此必须有温度控制器（如powersupply）以便作温度补偿，因此在海底电缆系统中，如何提供电源将成为一大问题，较不适用於海底电缆的长途通信，约在温度70度上下才可以运作，目前Lucent、Pirelli（已被康宁购并）有用AWG方式作DWDM，且有专利。*Fiberbragggratting，利用雷射照在相位光罩上，产生干涉条纹，在一对光感应的光纤上，产生不同折射率的规律性光纤而成为bragg光栅，此种方式较少用，理由是难量产、且多channel时较不适用。*目前filter的专利不多，而AWG专利较多。部份厂商认为虽然AWG可以作到高channel数目的DWDM，但以filter方式组装的DWDM并不会被淘汰，毕竟AWG仍有温度上的问题亟待克服。*DWDM是目前国内外厂商在光通讯领域最热门的投资产品之一，不过在另外的领域，如光开关（opticalswitch）也开始策划，据说是可以完全取代DWDM的先进技术，值得密切观察！*光收发模组*光收发模组中的零组件包含:发光源（半导体雷射LD或LED）或受光检光器（PINAPD二极体）、驱动电路、放大电路、连接器及外壳，因此牵涉的技术包含光学、电子、机械等领域。其中的LD又可分为3类:分布回馈型、F-P型、及垂直共振腔面射型（VerticalCavitySurfaceEmittingLaserDiode；就是VCSEL），前两类的雷射皆由晶粒的侧面发光，VCSEL则由晶粒的表面发光。LD输出功率较高、速度快、发光度集中，但成本却较高，较适合配合单膜光纤用在长途通信上。*在检光器部份，PIN二极体的成本比APD低廉，但灵敏度高、反应迅速。适用于短波长的PIN多用Silicon为材料，而长波通讯或高频操作时，就须用InGaAs或GaAs为材料；而APD二极体的增益受温度影响极大，因此常必须在电路设计时，作温度补偿，反而增加系统设计的复杂度。*另外发光及受光元件的晶粒大小仅约0.5mm0.5mm，为便于与光纤耦合，须将晶粒作适当的构装，由于LD对温度的变化相当敏感，因此构装时必须考虑散热或温度控制的问题。若以传输速率来分，光收发模组的规格以1.25Gbps为目前主流，售价约在100多美元左右（另有低速的155Mbps及高速的10Gbps）。另一个区分光收发模组产品规格，则是功率大小及接收灵敏度的高低，但这部份并无统一规格，而是次系统厂商依据其产品所订。*光收发模组的生产无法完全自动化生产，人工比重高。全球知名的光收发模组厂商有HP、Lucent、Infineon等。另外，为配合光纤到桌及光纤区域网路的发展趋势，市场上也出现SmallFormFactor（SFF）的光收发模组，较有名的有Lucent的LC、3M阵营的VF45（3M、Infineon等发起）、AMP阵营的MTRJ（HP、AMP等发起）。*垂直共振腔面射型雷射*在光收发模组中，曾经谈过发光源中的雷射二极管，可分为:F-P型、分布回馈型（DFB）、VCSEL三类。DFBLD适用于长途通讯或骨干通讯上，而F-P型则较适用于中距离通讯，而目前将要形成趋势的光纤区域网路，则有可能让VCSEL（VerticalCavitySurfaceEmittingLaserDiode）崭露头角。VCSEL的共振腔正好垂直与晶片表面，因此让激发出的雷射光也垂直与晶片表面，与一般由侧面发光的雷射二极体不同，另外VCSEL先天上的特性（垂直腔）让其在晶圆阶段就可以整片地进行测试，不像其他边射型LD或LED必须等到制成二极体时，才能一个一个测试，因此VCSEL可以有压低成本的优势。再者，一般LD（因从侧边发光）须复杂精准的镜头（lens）去与其他光学元件耦合，无形中增加了生产光收发模组时的困难度，而VCSEL的雷射光呈圆锥状，不须复杂的光学设计就可进行光耦合动作，也让光收发模组的生产流程更加简单。*目前区域网路的主流是FastEthernet（125Mbps）及GigabitEthernet（1.25Gbps），在GigabitEthernet的传送标准中，多膜光纤使用的是850nm及1.3m的波长，而在单膜则是1.3m的波长，而在FastEthernet多膜光纤系统中，多使用1.3m的LED，但LED反应速度慢，不利于将传输速度提升至Gigabit级，因此给了VCSEL很大的发挥空间。*目前，已知HP（即独立出去的Agilent）、Honeywell、AMP等已经推出采用850nmVCSEL设计的光纤收发器。而国外VCSEL磊晶片的提供者包含:Honeywell、EPI、Infineon等，用VCSEL设计的光收发模组则有Agilent、AMP、Honeywell等。*AWG阵列波导光栅*AWG是作成DWDM中的另一种方式。一组特定长度排列的光波导形成的光栅，使用具有分波的能力。主要用在高密度波长多工解多工器（DWDM）的制作上。其原理为:先将光源（含多种波长之光调变讯号）经由分波元件分成数个至数十个振幅大致相等的子光源，再将这些子光源依序导入事先设计好长度的阵列波导中，使其各自拥有特定的输出相位，再经由多重输出耦合元件后，对于特定波长的光源将会在特定的位置形成建设性干涉而输出。如此即可将不同波长之光源（讯号）分配或撷取出来，而达到波长多工解多工之目的。*AWG是第一个将平面波导线路（PlanarLightwaveCircuit）技术应用于商品化的元件。其做法为在矽晶圆上沉积二氧化矽（SiO2）膜层，再利用微影制程（Photolithography）及反应式离子蚀刻法（ReactiveIonEtch）定义出阵列波导及分光元件等，接著在最上层覆以保护层即可完成。由于AWG使用与一般半导体相同的制程，在多通道数的制作成本与低通道数相差不多，但更适合量产，而且整合度（integration）较高，因此在多通道元件及日后发展上具有相当的潜力。*光放大器*光讯号在长距离通讯时必然会产生讯号衰减，因此在适当的距离必须加装光放大器或中继器，将讯号加以放大并继续传输。光放大器的使用原理是讯号在不经光电讯号转换下，直接将讯号加以放大。相较于中继器（regenerator），光放大器在网路升级时不必更换全部的系统，仅需作部份设备（通常是在terminal端）的更换即可，而且光放大器可以作多通道（multi-channel）的讯号放大，刚好可以配合DWDM系统使用。*光放大器主要分为:光纤放大器、半导体光放大器、拉曼放大器。光纤放大器利用掺稀土离子玻璃（石英等介质）的增益特性，在光纤中将光讯号直接放大，因其增益与讯号的偏极化无关，且具有极高的放大频宽，因此应用架构较简单。与中继器相比，光纤放大器让系统的升级更加简化，且可以配合WDM（分波多工器）的应用，来增加传输容量及距离。*掺稀土光纤放大器主要产品则有掺铒光纤放大器（EDFA）、掺镨光纤放大器（PDFA）。EDFA主要应用在1550nm频带上（光讯号在玻璃光纤内的传输，大多使用13101550nm的波段），由于其放大波段正处于单膜光纤的低损耗窗口，与现有光通讯系统的波长可相匹配，且EDFA具大输出功率、增益高、频带宽、杂讯低、对偏振不敏感、结构简单等特点，也是目前商业化极成功的光放大器产品，已经广泛应用于长途高速光纤系统、有线电视（cableTV）、海底光缆传输系统上。*PDFA则用于1310nm的频带，采用掺谱氟化光纤为放大介质，由于氟化光纤有易碎、水溶性的特点，必须克服材料上的问题，因此商业化进程较缓慢，使用也较有限。*EDFA国际大厂有Pirelli、Lucent、Nortel、NEC、JDS等。*光纤放大器主要由几个元件组成:掺稀土元素光纤（如掺铒或掺镨光纤）、分波多工器（WDM）、高功率泵激半导体雷射（pumplaser）、光隔绝器、光耦合器等。其原理是掺铒或掺镨光纤外加