光纤通讯组件与模块技术之最新发展趋势.docx

光纤通讯组件与模块技术之最新发展趋势一、前言目前以全球而言光通讯产业的产值已经占全球光电产业产值的1/4与显示器、影像相关产品、及光储存产品鼎足而立是光电产业的四个主要支柱。全球光电产业产值在1999年是1855亿美元所以光通讯产业目前的规模大约是接近500亿美元的规模。至于在光通讯产业中依产品或技术的层次大致可分为组件与材料、模块与构装、设备与系统这三个层次。在图一中我简单列出了每个层次的一些主要技术或产品这些技术或产品其实也正是这一两年来全球竞相发展的方向。图一：光通讯关键技术与产品最近光通讯技术的发展方向还可以简单地以图二中的两个趋势来描述：图二：光通讯技术发展趋势在其中所谓的DWDM技术指的是在同一光纤中同时传播多个光波长很接近（100GHZ或更小）的频道（假定一个波长代表一个频道）之技术如此一来不需要增加光纤就可以把总传输容量一直倍增下去这样才有办法满足Internet上每9个月传输容量需求就增加一倍的盛况。而要充分实现及利用这种DWDM概念就必须发展出很多新的DWDM组件、模块、及设备系统也必须发展能够有效管理这么多个光波长频道的网络管理技术所以就有很多技术研发上的工作需要完成。在DWDM系统中所需要的关键组件与模块可以从图三的示意图中看出：图三：DWDM系统示意图基本上其中最主要的组件及模块包括：被动组件及模块：波长多任务/解多任务器、撷取器、色散补偿装置、光学开关等。主动组件及模块：DWDM光传接模块、光放大器、可调频/选频光源等。最有趣的是可以用来制作这些组件及模块的技术竟然有许多种而且常是全新的技术且各有优劣所以就成了百家争鸣大家一起到庙会摆摊的盛况。至于在光纤局域网络及撷取网络上的应用需求则又稍有不同在此发展的重点倒不在于DWDM的技术因为目前多半的局域网络及撷取网络都还没有发展到这种程度所需的总传输率还不像在都会网络或传输网络中那么高。譬如目前最热门的OpticalEthernet1Gb/s的传输标准早已制订10Gb/s标准目前正制订中[1]从这里也可看出其实局域网络的传输速率已经与骨干或传输网络中单一频道的传输速率差不多了。对光纤局域网络及撷取网络的发展而言最关键的因素是成本只有成本低到一般的使用者负担得起才能够广被采用这也是为什么在方面大家的重点都摆在如何制作出便宜但又高速的光传接模块上面。在以下的篇幅里我就来根据上述的分类方式叙述一下有哪些有趣的光通讯组件及模块技术顺便也提一下其工作原理。二、光通讯被动组件及模块技术DWDM光通讯被动组件及模块中最基本的就是DWDM光波长多任务/解多任务器它的功能正是要来将各种不同波长的光合并到同一光纤(多任务)或分开到不同光纤(解多任务)。因为DWDM的频道间距很小(100GHz或甚至50GHz)所以需要窄频(narrow-band)、平头(flat-top)、陡裙(steep-skirt)的滤波器才能胜任这种多任务/解多任务的任务。要制作这种波长多任务/解多任务器可以有多种技术可用包括光学镀膜、全光纤式组件、数组光波导组件、传统绕射式光栅等。其中光学镀膜式的波长多任务/解多任务器目前仍是最成熟的技术其架构大致如下图所示：[2]图四：光学镀膜式DWDM波长多任务/解多任务器其中的关键组件之一是光学镀膜式滤镜。要制作符合DWDM要求的滤镜镀膜的层数必须高达100多层每层的厚度约1/4波长采3个共振腔的结构来达到平头与陡裙的要求每层的厚度必须非常准确所以制作中需要有实时且精准的厚度监控装置。[3]第二种制作DWDM波长多任务/解多任务器的方法是数组光波导组件（AWG）[4]其结构如图五中所示。其原理也非常有趣入射光经过第一段接合处因绕射而分布地入射于中间的数组光波导光经过数组光波导传到另一端不同频率的光会有不同变化率的线性相位改变这种线性相位改变会使不同频率的光经第二段接合处重新聚焦于输出端的某一光波导中其原理就像是所谓的数组天线辐射光的方向可以藉由控制数组天线的线性相位变化来改变。所以如果在输出端制作数组波导适当选择波导的间距与中央数组光波导的长度变化率即可使频道间距为一定值的频道刚好聚焦入射于输出端的光波导数组之中从而达到DWDM多任务/解多任务的功能。图五：数组光波导组件式DWDM波长多任务/解多任务器第三种制作DWDM波长多任务/解多任务器的方法是全光纤式组件这类组件又可分为两大类：光纤光栅式组件及串接光纤干涉仪式组件俱如图六所示。图六：光纤式DWDM组件光纤光栅组件系直接在光纤核心中直接用UV光感应出周期性折射系数光栅透过布拉格绕射的效应可以制作出窄频反射式滤波器。图七：光纤光栅制作技术不过因为是在一维光纤中的反射式滤波器所以反射光同入射光无法简单地分开必须使用旋光器（circulator）或是使用光纤干涉仪的架构否则会有很大的光损耗。至于串接光纤干涉仪