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光纤通讯组件与模块技术之最新发展趋势

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时间：2021年x月x日
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第页共NUMPAGES9页
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一、前言
目前以全球而言，光通讯产业的产值曾经占全球光电产业产值的1/4，与显示器、影象相关产品、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、设备与零碎这三个层次。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，如此一来不需求添加光纤就可以把总传输容量不断倍增下去，这样才有办法满足Internet上每9个月传输容量需求就添加一倍的盛况。而要充分实现及利用这类DWDM概念，就必须发展出很多新的DWDM组件、模块、及设备零碎，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求完成。在DWDM零碎中所需求的关键组件与模块可以从图三的示意图中看出：

图三：DWDM零碎示意图

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、色散补偿安装、光学开关等。
自动组件及模块：DWDM光传接模块、光放大器、可调频/选频光源等。
最风趣的是，可以用来制造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，大家一同到庙会摆摊的盛况。
至于在光纤局域网络及撷取网络上的运用需求则又稍有不同，在此发展的重点倒不在于DWDM的技术，由于目前多半的局域网络及撷取网络都还没有发展到这类程度，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OpticalEthernet，1Gb/s的传输标准早已制定，10Gb/s标准目前正制定中[1]，从这里也可看出其实局域网络的传输速率曾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要素是成本，只需成本低到普通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造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说一下有哪些风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)。由于DWDM的频道间距很小(100GHz或甚至50GHz)，所以需求窄频(narrow-band)、平头(flat-top)、陡裙(steep-skirt)的滤波器才能胜任这类多任务/解多任务的任务。要制造这类波长多任务/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。要制造符合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精确，所以制造中需求有实时且精准的厚度监控安装。[3]
第二种制造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。其原理也非常风趣，入射光经过第一段接合处因绕射而分布地入射于两头的数组光波导，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，这类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造数组波导，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必然值的频道刚好聚焦入射于输出端的光波导数组当中，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

第三种制造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