分波多工-基础科学教育改进计画.docVIP

教育部顧問室「教育改進計畫」中華民國九十年月教育部顧問室「教育改進計畫」光纖通訊簡介中華民國九十年月光纖通訊簡介 光纖通訊是光纖(optical)作為傳輸介質將資訊傳遞至遠方，載波(arrier)傳播資訊。若是把銅質的同軸電纜(oaxial cable)與光纖做一比較，同軸電纜搭配電磁波MHz至數GHz頻率，配合類比調變方式來傳遞訊息，但載波頻率會受到20GHz理論值的限制若以長距離的光纖通訊而言，光的載波頻率可達到193,000GHz。資料傳輸的頻寬是取決於載波頻率，同軸電纜的最大上限可以傳輸兩個10GHz的頻道相對光纖則可以傳輸數以千計的10GHz頻道。除此之外，光纖還具有質量輕、體積小、絕緣性等優點，在光纜鋪設過程中可以省空間，再加上訊號在光纖中傳輸時的的衰減比在銅線低，以單模光纖，每公里衰減約為0.2dB~0.5dB，再加上對電磁波的絕性(solation)，因此適合高容量以及長距離通訊。 光纖通訊的基本架構 下圖為光纖通訊中點對點的基本架構，光收發模組及光纖組合而成先利用數位或類比調變方式將資訊傳遞發射機上，以雷射光為載波透過光纖傳遠方若距離較長，可透過連接器(onnector)或接合器(plice)延長光纖傳送距離，最後光感測器，把光訊號轉變回電訊號，傳送資訊解調回來。 分波多工(Wavelength Division Multiplex: WDM) 傳統的光纖通訊，是採用單一傳輸資料因為的一條光纖內傳遞資訊，波多工系統。 主動元件扮演收發以訊號的工作，圖中Tx為發送器(ransmitter)，Rx為接收器(eceiver)，利用多工器 (ultiplexer)，將載波匯入同一條光纖傳輸，再利用解多工器(emultiplexer)將光纖中的載波還原成訊號。 傳統的WDM是1310nm與1550nm兩波段，但對於都會型網路(etropolitan area network )而言，因考慮到架構成本與實用問題因此多數採用低密度分波多工系統CWDM(oarse Wavelength Division Multiplexing)。，主要以20nm為間距(hannel space)，每一個通頻(pass band bandwith)為13nm從1470nm延伸到1610nm，總共有8個通道使用。 長距離通訊的高密度分波多工(ense Wavelength Division Multiplexing)系統，ITU(International Telecommunication Union)所制定的。因為配合光纖放大器( amplifier)的操作目前主頻帶C-Band和L-Band其中C-Band的波長範圍在1520nm~1570nm，L-Band的波長範圍在1570~1610nm將頻寬發揮到最大效用，並且適用不同系統業者，因此光元件有共通的，以。各通道的波長都有定義，通道之間的間距也都有所規定，ITU規定，193.1THz(1552.52nm)為第一個通道，間距分別200GHz(約1.6nm)、100GHz(約0.8nm)及50GHz(約0.4nm)。 薄膜濾光片(Thin film filter) 這種光濾波器是利用光在多層薄膜內部產生的干涉(nterference)效應，可以讓特定波長範圍的光反射或穿透。 如果每一層膜的厚度是λ/4，當波長為λ的光垂直入射，在每一薄膜層內經歷反射後會有的相位移，因此產生破壞性干涉(estructive interference)而互相抵消。因此除了波長為的光之外，其他波長的光會被反射。層數更多的多層膜結構會增強這種效應，使濾波效果更理想。這項技術已被使用多年，例如用在數位相機眼鏡抗反射層若每層薄膜的厚度為則反射光波產生建設性干涉(onstructive interference)，形成高反射率的鏡。 布拉格光纖光柵( Bragg Grating , FBG) 布拉格光柵的製作是利用週期性結構圖案的光罩置於光纖上，再利用高能量短波長的紫外線照射後，可在光纖核心(ore)部份產生干涉條紋，並永久地改變其折射率。 當一個包含多個波長的光束經過FBG時，大部份波長的訊號只有微損耗。但波長恰為光柵週期兩倍的光訊號會被反射回來。例如若反射波的波長是1550nm，光纖週期就是775nmFBG的特性與三項因素有關:1.折射率差距，2.光柵部份的長度，3.製作的精密度。而其他波長的光幾乎沒有任何損耗，穿透損耗約為-50dB。 因為FBG可精確地過濾特定頻率的光訊號，所以在WDM和其他需要非常窄頻光訊號的應用中常被使用。 FBG可應用在DWDM多工器與解多工器中，解析度可達1nm。下圖說明FBG在DWDM中的兩種架構。圖中利用光循環器(irculator)配合FBG，