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光學Isolator 所謂光學Isolator是指能讓光線單向通行,阻隔逆向光通行的光學元件而言。(圖十)是光學Isolator的動作原理;(圖十一)是光學Isolator的外觀。由圖十可知光學Isolator是將光的偏光分解成兩個直線偏光,接著利用法拉第(Faraday)旋轉器使兩個直線偏光旋轉45°,之後再使兩偏光進行合成,其結果是從逆向射入的光線會被旋轉90°,再經過偏光元件的組合就無法繼續朝前方行進。 一
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光纖耦合器
光纖耦合器(optical fiber coupler)主要用途是使光線分歧或是分波。雖然還有其它方法可以達成相同效果,不過以光纖耦合器的結構最簡易成本最低廉。圖(十二)是光纖耦合器的構成圖;(圖十三)是光纖耦合器的外觀圖。基本上光纖耦合器是將兩條光纖平行置放加熱,平行部位變成一體化後再將它拉伸即可。
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分歧耦合器(coupler)
分歧耦合器主要功能是使輸入光維持一定的分歧比率,其中又以50對50分歧耦合器的使用最普及,除此之外99對1的分歧耦合器,經常被當作回線power的監控器(monitor)使用。
WDM耦合器
WDM耦合器主要功能是使兩個波長相異的光信號從port輸入,再由輸出port輸出兩個光信號。除此之外WDM耦合器還可使相異的window光線進行分波、合波動作。
star coupler
star coupler主要功能是當分歧耦合器串聯連接時,它可使一個輸入port能同時具備16個甚至32個輸出port。除此之外某些star coupler是將複數條光纖作成束帶狀,再利用溶接拉伸方式製成。如(圖十四)所示類似有線電視基地台就是利用star coupler,使複數條光纖形成分歧狀結構。
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資料傳輸系統的基本結構與關鍵技術
基本結構
(圖十五)是利用光纖形成資料傳輸系統結構,由圖可知送信端先將欲傳輸的資料進行多重化、電器-光學轉換以及波長多重化,接著輸入光纖內;收信端則依照波長將必要的光線取出,再經過光學-電器轉換與波長多重分離。一般而言電視轉播站與行動電話等高頻信號,通常是將電氣信號直接轉換成光學信號,再利用光纖進行傳輸,由於遠方的高頻信號也是使用相同方式作雙向資料傳輸,因此行動電話可在地下道進行通話。
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雷射二極體(Laser Diode;LD)
雷射二極體(LD)與發光二極體(LED)等光學元件,主要功能是將電氣信號轉換成光學信號。LED的優點是價格低廉,缺點是無法獲得高輸出功率,同時也無法作高速變調。相較之下類似FP Type與DFB Type的LD,除了具備高輸出功率特徵之外還可作高速變調。
Photo Diode
Photo Diode同樣可將電氣信號轉換成光學信號,以往基於高感度等考量,Avalanche Photo Diode(APD)曾經是市場主流,不過目前大多已經改用PIN Photo Diode。
有關增加光纖通信傳輸容量的技術
利用複數相異波長提高傳輸速度
波長多重化(WDM)不但能提高各傳輸器的傳輸速度,同時還能藉由多重化的提升大幅增加傳輸容量。假設每條光纖的光power一定時,單位波長的power相對變小,不過在此同時相同波長間隔若作多重化,由於波長與波長之間相互作用,因此極易產生雜訊(noise),進而影響光纖通信的品質。
增加波長間隔,形成4~8波左右的多重化稱為CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplex);波長間隔為0.8nm,數量超過40波以上者則稱為DWDM(Dense Wavelength Division Multiplex),目前DWDM單位波長的傳輸速度大約是10Gbps~4010Gbps左右。
利用單波長提高傳輸速度
這種技術是由日本開發。如果以高速開/閉(ON/OFF)光源,理論上可以提高傳輸速度,不過相對的送信端需要搭配高速驅動電路(即使是LD光源也不例外)才能達成,收信端則需設置可將光學信號轉換成高速電氣脈衝的電路。此外在光纖中傳輸的光脈衝,極易受到高速後產生的「分散」的影響,因此傳輸波形必需作最適化處理,例如光學soliton通信方法就是利用光纖的非線形現象,以所謂的「soliton」波形進行高速傳輸。
增加光纖數量提高傳輸速度
如果有充分的光纖,增加光纖數量提高傳輸速度可說是很好的方法之一。
結語
自從光纖通信與半導體雷射技術開始商業化研究,並走入人們的生活之後,已經帶來無窮無盡的便利性與商業利益,其所能傳送的容量與距離都得到大幅度的提升。光傳輸速度接近30萬km/sec,只要有適當的光纖材料與光學連結器,就可以將光纖傳輸的損失量降至最低。但是以往利用光纖做長距離的光信號傳輸時,都需要進行繁瑣的光-電轉換作業,亦即先將光信號轉換成電氣信號,之後再將已增幅的電氣信號轉換為光信號,以達到光信號增幅的目的。當EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)問世之後,此一繁瑣的轉換程序得到了解決。EDFA可以直接將光信號增幅,使光纖通信技術得到革命性的進步。本文將在下期就EDFA技術的特性與原理進行深入探討,並介紹其他相關的光增幅器與光信號量測方式。
<下期預告:光增幅技術的誕生,已使得光纖通信技術得到革命性的進步。而光增幅技術如何解決困擾工程師已久的光-電轉換作業問題,並讓光纖通信進入高速大容量的傳輸時代?下一期的零組件雜誌將繼續為讀者詳細剖析,敬請期待!>
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