光纖通訊元件與模組技術之最新發展趨勢賴映杰交通大學光電所暨工研院光電所e-mail:yclai@cc.nctu.edu.tw[摘要]隨著光纖通訊產業的蓬勃發展，新型光纖通訊元件與模組的推出也越來越多，而其中所應用的物理原理也很多采多姿。本文將隨興介紹光纖通訊關鍵元件與模組技術的一些新的發展趨勢，也會順便說明這些元件及模組裏面所運用的光學或物理原理。一、前言目前以全球而言，光通訊產業的產值已經占全球光電產業產值的1/4，與顯示器、影像相關產品、及光儲存產品鼎足而立，是光電產業的四個主要支柱。全球光電產業產值在1999年是1855億美元，所以光通訊產業目前的規模大約是接近500億美元的規模。至於在光通訊產業中，依產品或技術的層次大致可分為元件與材料、模組與構裝、設備與系統這三個層次。在圖一中我簡單列出了每個層次的一些主要技術或產品，這些技術或產品其實也正是這一兩年來全球競相發展的方向。圖一：光通訊關鍵技術與產品最近光通訊技術的發展方向還可以簡單地以圖二中的兩個趨勢來描述：圖二：光通訊技術發展趨勢在其中所謂的DWDM技術指的是在同一光纖中同時傳播多個光波長很接近（100GHZ或更小）的頻道（假定一個波長代表一個頻道）之技術，如此一來不需要增加光纖就可以把總傳輸容量一直倍增下去，這樣才有辦法滿足Internet上每9個月傳輸容量需求就增加一倍的盛況。而要充分實現及利用這種DWDM概念，就必須發展出很多新的DWDM元件、模組、及設備系統，也必須發展能夠有效管理這麼多個光波長頻道的網路管理技術，所以就有很多技術研發上的工作需要完成。在DWDM系統中所需要的關鍵元件與模組可以從圖三的示意圖中看出：圖三：DWDM系統示意圖基本上其中最主要的元件及模組包括：（1）被動元件及模組：波長多工/解多工器、擷取器、色散補償裝置、光學開關等。（2）主動元件及模組：DWDM光傳接模組、光放大器、可調頻/選頻光源等。最有趣的是，可以用來製作這些元件及模組的技術竟然有許多種，而且常是全新的技術，且各有優劣，所以就成了百家爭鳴，大家一起到廟會擺攤的盛況。至於在光纖區域網路及擷取網路上的應用需求則又稍有不同，在此發展的重點倒不在於DWDM的技術，因為目前多半的區域網路及擷取網路都還沒有發展到這種程度，所需的總傳輸率還不像在都會網路或傳輸網路中那麼高。譬如目前最熱門的OpticalEthernet，1Gb/s的傳輸標準早已制訂，10Gb/s標準目前正制訂中[1]，從這裏也可看出其實區域網路的傳輸速率已經與骨幹或傳輸網路中單一頻道的傳輸速率差不多了。對光纖區域網路及擷取網路的發展而言最關鍵的因素是成本，只有成本低到一般的使用者負擔得起才能夠廣被採用，這也是為什麼在方面大家的重點都擺在如何製作出便宜但又高速的光傳接模組上面。在以下的篇幅裏我就來根據上述的分類方式敘述一下有哪些有趣的光通訊元件及模組技術，順便也提一下其工作原理。二、光通訊被動元件及模組技術DWDM光通訊被動元件及模組中最基本的就是DWDM光波長多工/解多工器，它的功能正是要來將各種不同波長的光合併到同一光纖(多工)或分開到不同光纖(解多工)。因為DWDM的頻道間距很小(100GHz或甚至50GHz)，所以需要窄頻(narrow-band)、平頭(flat-top)、陡裙(steep-skirt)的濾波器才能勝任這種多工/解多工的任務。要製作這種波長多工/解多工器可以有多種技術可用，包括光學鍍膜、全光纖式元件、陣列光波導元件、傳統繞射式光柵等。其中光學鍍膜式的波長多工/解多工器目前仍是最成熟的技術，其架構大致如下圖所示：[2]圖四：光學鍍膜式DWDM波長多工/解多工器其中的關鍵元件之一是光學鍍膜式濾鏡。要製作符合DWDM要求的濾鏡，鍍膜的層數必須高達100多層，每層的厚度約1/4波長，採3個共振腔的結構來達到平頭與陡裙的要求，每層的厚度必須非常準確，所以製作中需要有即時且精準的厚度監控裝置。[3]第二種製作DWDM波長多工/解多工器的方法是陣列光波導元件（AWG）[4]，其結構如圖五中所示。其原理也非常有趣，入射光經過第一段接合處因繞射而分佈地入射於中間的陣列光波導，光經過陣列光波導傳到另一端，不同頻率的光會有不同變化率的線性相位改變，這種線性相位改變會使不同頻率的...
