第一章绪论11研究起源与背景.PDFVIP

第一章 緒論 1.1 研究起源與背景 隨著網路資訊量的增加，用來擴充網路頻寬的高密度分波多工系統 (dense wavelength division multiplexing ，DWDM)波道數也日益增加，因 此開始有人構想用發光二極體(light emitting diode ，LED)與超級發光二極 體(superluminescent light diode ，SLD)的寬頻光源來取代傳統多顆雷射的 DWDM 系統[1][2] ，但是由於LED 與 SLD 的光功率太弱，無法用於高 速與長距離的通訊系統中，因此以往使用 LED 與 SLD 的系統大都用於 範圍小的區域網路中，近幾來，人們為了要解決現有光源功率不足的問 題，開始利用光放大器中常被當作雜訊的高功率自發性發射(amplified spontaneous emission ，ASE)光源[3] ，希望能開創出在分波多工系統中另 一項簡單與穩定的新光源。 近幾年來，隨著網際網路(Internet)的快速成長、上網人口的急遽增 加、網路多媒體互動視訊(數據、語音、影像整合)服務的成熟發展，使 得網際網路上的資訊流通量呈現爆炸性的快速增加，現階段鋪放的通訊 網路無法滿足日益增加的流量，而造成嚴重的網路塞車情況。而且根據 統計，現今網路資料傳輸量仍以每個月 7 % ~ 20 %的成長率高速成長。 因此積極提升光纖網路的傳輸容量已是刻不容緩之事。 如何在既有的光纖網路提升其傳送頻寬及容量，並保持資料在網路 間能高速正常運轉，使網路用戶能在最短的時間內自網路上擷取所需要 的資訊，是目前網路研究發展中最重要的課題，其最有效而根本的解決 方法就是努力提升網路的頻寬，使目前的通信網路同時具備高效能、高 速率、高可靠度與經濟實惠各項優點，而要達到克服目前網際網路壅塞 的問題，其解決方法有三種，分別為：(1)重新鋪設新的光纖網路 ，(2) 現有網路中使用分時多工(time division multiplexing ，TDM)的傳輸技術， (3)現有網路中使用分波多工(wavelength division multiplexing ，WDM)的 傳輸技術。若使用第一種方式重新鋪設光纖網路，技術方面已經發展得 相當成熟，但是鋪設光纜相當耗時與費用昂貴，若使用第二種方式分時 多工的傳輸技術，一般而言，分時多工的目的是要把比較低速的信號， 經過電或光的方式，將信號載到更高速的時鐘信號上去，以提高傳輸幹 線中的傳輸速率。傳統電分時多工的方式可以相當程度的提升每一波長 通道的傳輸速率，如有些商業系統即是利用 16 倍的分時多工技術將傳輸 速率由 622 Mb/s (OC-12)大幅提升至 10 Gb/s (OC-192) 。然而，由於高速 電子電路技術的限制，電分時多工技術要突破 40 Gb/s 相當困難。TDM 1 在高速傳輸時，容易在光纖中產生非線性效應對於長距離的系統傳輸影 響甚大，高速的 TDM 系統其製作技術難度高、問題多、適應性低且價 格驚人，被採用的可能性極低，因此第三種分波多工(WDM)的技術脫穎 而出，成為目前擴充網際網路頻寬的新寵。 所謂分波多工技術是指不同的資料分別利用不同的光波長在同一根 光纖中載送，如此一來，單一根光纖所能提供的系統傳輸容量將可被大 幅度的提高。舉個例子來說，單一波長在一根光纖之最大通信量為 10 Gb/s ，若使用1 ×8 分波多工(WDM)傳輸技術，同時將 8 個波長打入光 纖中，就可將其通信容量擴展 8 倍到 80 Gb/s 。綜合以上所說，分波多工 系統較之於單波長傳輸之優點乃是提升單位時間傳輸資料之速率，同時 節省光纖、光元件與光放大器，並可同時傳輸數位/類比之不同調變格式 (modulation formats) ，但在WDM 所需諸多元件中，多波長光源是第一 個重要關鍵，隨著科技的進步，WDM 頻道數目(channel number)越增加 越多，相對的就需要越來越多個分立的通訊半導體雷射，如此一來，不 僅系統的價格提高，對於雷射波長的選擇與雷射性能的挑選，更增加其 複雜度與困難度 ，隨著頻道數的增加，伴隨的是頻道間隔(channel spacing) 的越來越小，因此 WDM 通訊雷射的各波長必須能長久處於穩定狀態， 否則容易因雷射波長的漂移而造成系統性能的劣化，再加上 WDM 系統 上各顆雷射的製造與封裝均不是同時同狀況完成的，要找到對