提升宽频通讯基础教育计画分项计画三高速光纤通信执行成

提升寬頻通訊基礎教育計畫

分項計畫三：高速光纖通信

執行成果簡

報分項計畫主持人：李三良參與教授:廖顯奎、劉政光、黃忠偉、張嘉男臺灣科技大學電子工程系2004/6/161分項計畫三計畫目標提昇實習課程的內容與教學水準；訓練學生光纖網路系統的能力，培養光電科技人才；整合本系相關師資和設備，發揮集體力量，並增加設備的使用效益；尋求與產業界的合作，以促進相關產業發展。2004/6/162分項計畫三計畫領域單模長波長及全波長光纖通信高容量數位傳輸技術光纖通信元件技術DWDM光纖網路系統光放大及光收發等技術2004/6/163分項計畫三參與師資劉政光教授美國紐約市立大學物理博士高等光纖傳輸實習軟体模擬、光纖網頁課程資訊張嘉男教授國立台灣大學電機博士光纖感測實習、纖維光學導論黃忠偉副教授美國普渡大學電機博士光電應用、光電應用實習及網站設計

李三良教授美國加州大學電機博士協調分項計畫之進行、光通訊導論、光纖傳輸實務與實習。廖顯奎副教授國立交通大學光電博士分波多工光通訊元件製作與應用、光纖感測實習2004/6/164分項計畫三學校現有的基礎及績效

光電實驗室兩間，現支援大學部「纖維感測實習」、「光電應用實習」、及「實務專題」等課程光纖網路實驗室，現支援研究所「光纖傳輸實務與實習」及「實務專題」等課程開授有光纖課程，包括：大學部：纖維光學導論、光通訊導論、光電應用研究所：光纖通訊、光纖原理與應用、高速光學網路設計2004/6/165分項計畫三光纖通訊相關課程流程2004/6/166分項計畫三經費來源學年度校方配合經費教育部補助經費總計經常門資本門小計經常門資本門小計90209009201021022011409120900920102102201140922002010320330350932002010440450470小計801800188040118012203100(單位：仟元)設備費：35萬元經常費：3萬元2004/6/167分項計畫三預期成效

編輯兼具啟發性與時效性的光纖通訊系統教學課程內容，包括基礎學理課程、實習課程及專題電腦模擬課程。每年約有修習新課程之大學部學生100人外，另可培育具光纖通訊系統實務之大學部專題學生約30人及碩士、博士研究生約20人投入業界。充實光纖通訊基礎教學實驗室，與國內研發單位資源共享，提供廠商技術服務，提昇建教合作成效。加強光纖通訊網站教學資訊，建立網路互動式相關教學課程，以普及光纖通訊教育。加強學術界與產業界的互動，進而將本校實務專題必修課程與產業界結合，以加強學生的實務經驗。辦理技職校院教師的光纖通訊在職進修，培育職校種子教師。2004/6/168分項計畫三執行成果本年度計畫在延續並加強落實上年度之目標，建立整合性的光纖通訊以及光電相關應用原理之基礎教學課程，以加速培育光通訊人才。本年度主要工作為修訂下列課程部分之教材內容，已經順利完成教材編撰工作，部分已於課程中使用。光纖光學實習纖維光學導論光纖傳輸實務與實習完成實習設備採購2004/6/169分項計畫三成果一：設備採購帶通濾波器光交換開關

共35萬元2004/6/1610分項計畫三成果(二):更新『光纖光學實習』實驗單元

更新4個實驗單元實驗四光纖耦合器與光纖分歧器實驗九

光隔離器與光循環器實驗十一光纖感測器--溫度與濕度測試實驗十二光纖感測器--拉力與電場測試

電子系大四必選課程,共12單元執行教授：廖顯奎2004/6/1611分項計畫三實驗四

光纖耦合器與光纖分歧器光功率計耦合器雷射或ASEP1P2P3P4目的：量測光纖耦合器與分歧器器特性。光纖耦合器(OpticalFiberCoupler)：利用模態耦合原理製成之元件，可將光信號耦合至另一路傳播路徑的光纖內。我們探討兩個議題:光纖分歧器

(OpticalFiber

Splitter)：光纖分歧器與光纖耦合器工作原作原理亦同，我們實驗探討光纖分歧器之插入損耗(insertionloss)效應與分光率定義問題與討論：1試解釋何謂光的指向性（Directivity）？2如何設計光纖耦合器之耦合比率（couplingratio）？指向性(directivity)=10log(P1/P3)超量損失(excessloss)=10log[(P4+P2)/P1]分光率(splittingratio)=10log(out1/In)2004/6/1612分項計畫三目的：了解光隔離器與光循環器特性與應用。實驗九光纖耦合器與光纖分歧器光隔離器(OpticalIsolator)：利用法拉第旋轉(Faradayrotation)效應製成之光纖元件，可以降低光纖系統或元件之反射，提高系統品質，或降低光放大器之雜訊指數。本實驗探討光隔離器的插入損耗(Insertionloss)以及光隔離度(Isolation)插入損耗=-10log(Pt/Pi)dB光隔離度

=10log(Pt’/Pi’)法拉第效應

θ=VBL

光循環器

(OpticalCirculator)：光循環器為一個3埠的架構，光傳導路徑在埠1輸入將在埠2輸出，在埠2輸入將在埠3輸出。這樣形成單向循環性的傳遞作用稱之為光循環器。本實驗探討雷利背向反射及插入損耗(insertionloss)效應Tunablelaser光功率計插入損耗=-10log(Pt/Pi)dB背向反射10log(P3/P1)~-40dBPiPtPi’Pt’123問題與討論：1.比較光隔離器順接與逆接時的差異?2.如何利用多個3port光循環器，設計成4port光循環器?2004/6/1613分項計畫三實驗十一光纖感測器--溫度與濕度測試目的：了解溫度和溼度對光柵的影響以及如何量測其變化布拉格光纖光柵(FiberBraggGrating):光柵是一個光纖纖核(core)折射率週期性變化的光學元件，本實驗將會介紹光纖光柵的基本原理以及應用於感測器的優勢。溫度影響(Temperatureinfluence)：由於光纖光柵是一個正溫度係數的物品，光柵上的週期會隨著溫度變化而改變，本實驗將會探討溫度變化時，對光纖光柵中心波長的影響。:布拉格光纖光柵的反射波長

:光纖光柵上的週期

:光纖的有效折射率

:熱膨脹係數

:楊式係數:光彈力係數問題與討論：

1.討論是否有其他利用光纖量測溫度的方法2.探討光纖感測元件是否有其他應用?3.光纖光柵對溼度的變化似乎沒有什麼影響是否有其他的方法來測量溼度?

123EDFAOSA3dBcoupler烤箱光纖光柵2004/6/1614分項計畫三實驗十二光纖感測器--拉力與電場測試

目的：利用光纖感測技術檢測拉力與電磁場

光纖光柵感測器之優點:於同一條線路同時量測數點的應變，是為WDM光纖感測，光纖之優點為徑細質輕、體積小、柔軟性高、傳輸損失低、傳輸頻帶寬、介電係數低、靈敏度高、可撓性高、抗蝕性佳、耐高溫及輻射…等。此外，光纖感測器易於埋入結構體，並有以波長作為編碼的優點。實驗方法:

利用外加的拉力去改變光纖光柵的週期，藉由波長的漂移，達到感測的目的原理:決定光纖光柵反射波長因素之一是光纖光柵上的週期性結構，在週期性結構中，每個週期相隔的距離相當小，如果外在環境的應力、都足以讓光纖光柵中的週期性結構發生改變，而使光纖光柵的反射波長漂移，即可以偵測反射波長的方式來精密的判定環境中欲偵測的物理量的變化程度。

問題與討論1.舉例說明三個可以應用光纖拉力感測器來作感測的例子。2.有關電磁光纖感測器所需要的電磁材料，需要之特性實驗架構圖2004/6/1615分項計畫三成果(三):光學纖維導論教材編寫全新編訂教材內容，以符合快速發展中的光纖通訊技術趨勢IntroductionOpticsandlightwavefundamentalsFibercharacteristicsOpticalsourcesandtransmittersPhotodetectorsandreceiversOpticalamplifiersPassivefibercomponents2004/6/1616分項計畫三Chapter6OpticalcouplersOpticalsplitterOpticalcombinerStarcouplerWavelengthSelectiveandRoutingDevicesOpticalfiltersWavelengthMux/DemuxOpticaladd/drop(OADM)WavelengthrouterOtherPassiveDevicesOpticalisolatorsOpticalcirculatorsOpticalSwitches2004/6/1617分項計畫三OpticalIsolatorsForwardBackwardForreduceoreliminatebackreflection2004/6/1618分項計畫三成果(四):光纖傳輸實務與實習教材增加兩項實習教材PON傳輸系統的規劃與量測可調光濾波器的控制與應用2004/6/1619分項計畫三PON傳輸系統的規劃與量測目的：了解PON(PassiveOpticalNetwork)的原理與功能。學習PON(PassiveOpticalNetwork)系統實際傳輸的情況與如何量測其性能。增進學生對於光纖傳輸系統的規劃能力。2004/6/1620分項計畫三實驗光學濾波器的設計與量測本實驗所用濾波器為JDSUniphaseVCF光濾波器，利用步進馬達轉動步數，進而調