Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: 光通讯词典
发信站: 哈工大紫丁香 (Fri Jun  6 21:06:27 2003)

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光纤种类

光纤之基本构造包括纤芯(core)，增加全反射作用强度之包层(cladding)，而最外
层则为保护外皮(Protective Sheath)。光纤以传输模态可分单膜及多膜，若将纤
核直径大小限制在10μm左右，在1300nm传输波长中，便仅有一个传输模态在光纤
中传输，即为单膜，若将纤核直径加大，光纤内有多种路径供传递，则称为多膜。
单膜主要用在长途通信（须与半导体雷射配合），因此产品要求较严苛，而全球光
纤使用量目前仍以单膜为主。单、多膜使用量约10:1，而多膜则适用在智慧型大楼
内部及区域性的光纤网路铺设，在全球光纤到家的趋势发展中，未来多膜光纤的成
长性高，极被看好。从生产的角度而言，虽单膜要求较高，但多膜的生产流程却较
复杂，且产品单价约是单膜的2～3倍。全球光纤1999年的市场占有率如下：康宁
30％、Lucent 15％、Alcatel 13％、Sumitomo（住友电工）7％、Furukawa（古河
电工）、Fujikura（藤仓）各占7％。


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光纤生产流程

光纤生产方式为，先作预型体（preform），采用汽相沈积法，可分为垂直沈积式
（VAD，由日本NTT开发）、外部沈积式（OVD，由康宁开发）及内部沈积式（MCVD
，由Bell Lab开发）等方式，目前光纤业者大多采用MCVD制作多膜光纤。在石英管
中加氧气及高纯度的卤化物，加热长成多层折射率不同的玻璃，玻璃再收缩变成实
心棒，即为预型体，用此法很容易控制预型体的形状及大小，预型体成形後，先作
量测，再移到石墨炉中加热抽丝成为光纤，为保护其强度，避免受潮及污染，必须
在裸光纤表面镀上保护层，整个生产流程须4～5天（作预型体则须1～2天）。

石英玻璃纤维为制造光纤的最理想材料，主要原因是通过气相沉积方法，很容易从
卤化物原料得到高纯度玻璃，且其折射率的控制或掺杂浓度的控制比其他方法更容
易。光纤的抽丝速率主要受限于镀膜过程，因必须考虑保护层的均匀度及材料的烘
干，目前抽丝速率可达300-600米/分。而其外围保护层的材料亦可分为两大类：
1.利用紫外线烘干材料，如高分子环氧基丙烯酸纸、2.利用加热烘干的材料，如矽
树脂及各种高分子材料。


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光纤耦合器

光纤耦合器（Coupler）又称分歧器（Splitter），是将光讯号从一条光纤中分至
多条光纤中的元件，属於光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路
系统、区域网路中都会应用到，与光纤连接器分列被动元件中使用最大项的（根据
ElectroniCat资料，两者市场金额在2003年约达25亿美元）。光纤耦合器可分标准
耦合器（双分支，单位1×2，亦即将光讯号分成两个功率）、星状／树状耦合器、
以及波长多工器（WDM，若波长属高密度分出，即波长间距窄，则属於DWDM），制
作方式则有烧结（Fuse）、微光学式（Micro Optics）、光波导式（Wave Guide）
三种，而以烧结式方法生产占多数（约有90％）。烧结方式的制作法，是将两条光
纤并在一起烧融拉伸，使核芯聚合一起，以达光耦合作用，而其中最重要的生产设
备是融烧机，也是其中的重要步骤，虽然重要步骤部份可由机器代工，但烧结之後
，仍须人工作检测封装，因此人工成本约占10～15％左右，再者采用人工检测封装
须保品质的一致性，这也是量产时所必须克服的，但技术困难度不若DWDM module
及光主动元件高，因此初期想进入光纤产业的厂商，大部分会从光耦合器切入，毛
利则在20～30％。

国外业者有JDS、E-Tek、Oplink、Gould等，目前都已直接在大陆设厂生产耦合器
。


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高密度波长多工分工器

为解决频宽的需求，除了铺设新的光缆等方法外，就是在现有的传输网路上架设分
波多工器（WDM），若分出的光波长密度甚高，即是高密度波长多工分工器（DWDM
；Dense Wavelength Division Multiplexer）。DWDM 的概念就是将光纤中传输资
料的光讯号加以分解，如我们所知，阳光至少可分解出 7种纯色光，因此DWDM内的
滤镜最主要的用途即在此：析出纯色的光，因此我们在谈DWDM时，会说到4 or8
or16 channels 的东西，其实说穿了那就是指滤镜的精密程度，能析出多少种不同
波长的光，若为 8种，则光纤的可使用频宽就可以提升8倍，因此 DWDM可以大幅降
低频宽的建置成本。其基本原理就和彩虹一样，依照光的不同波长分出，进而把多
个不同波长的光讯号在同一根光纤中传输，提升传输容量。传输过程中，为怕光讯
号衰减必须经由放大，因此DWDM配合掺铒光纤放大器（EDFA）则可充分利用光传输
的高频宽特性，使几百个不同波长的光信号在1.5μm波长絛围同时传播於同一条光
纤，增加了光传输速率。DWDM可用3种方式作到：

滤波器（Filter），以二氧化矽为镀膜材料，依设计差异，约需经80～100多层以
上的镀膜，由於均匀度要求严谨，及镀膜层数高达百层以上，需耗时9～10个小时
，OCLI的filter镀膜技术在业界享有一定知名度，OCLI的镀膜设备几乎可以自定规
格，再委由设备厂依规格生产设备提供给OCLI，即便如此，OCLI的良率也仅能控制
在6~7成左右。用filter方式作出的DWDM系统其温度特性较好，因此如用在室外或
海底有温度顾虑之处，就会用filter，不超过16个通道（channel）几乎都用此方
式，但到高channel时，最後一个channel的损失会随之增大，用filter作DWDM较简
单，且适用於长途传输上。

阵列式波导光栅（array wave guide；AWG），近似半导体制程（采用4或6晶圆，
尽管近似半导体制程，但仍有些许差异，例如AWG强调蚀刻的深度，而光罩数则不
若一般逻辑多，约2~3道光罩即可），在晶圆上作氧化沈积，再用光蚀刻法做出复
杂的光波导，可以作到32个以上的channel数，AWG会有慢慢增加的趋势，适用於人
口稠密的大都会区，由於对温度控制较不如filter，因此必须有温度控制器（如
power supply）以便作温度补偿，因此在海底电缆系统中，如何提供电源将成为一
大问题，较不适用於海底电缆的长途通信，约在温度70度上下才可以运作，目前
Lucent、Pirelli（已被康宁购并）有用AWG方式作DWDM，且有专利。

Fiber bragg gratting，利用雷射照在相位光罩上，产生干涉条纹，在一对光感应
的光纤上，产生不同折射率的规律性光纤而成为bragg光栅，此种方式较少用，理
由是难量产、且多channel时较不适用。

目前filter的专利不多，而AWG专利较多。部份厂商认为虽然AWG可以作到高
由是难量产、且多channel时较不适用。

目前filter的专利不多，而AWG专利较多。部份厂商认为虽然AWG可以作到高
channel数目的DWDM，但以filter方式组装的DWDM并不会被淘汰，毕竟AWG仍有温度
上的问题亟待克服。

DWDM是目前国内外厂商在光通讯领域最热门的投资产品之一，不过在另外的领域，
如光开关（optical switch）也开始策划，据说是可以完全取代DWDM的先进技术，
值得密切观察！

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