分波多工wavelength-divisionmultiplexingwdm若以物

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1、教育部顧問室「92-95基礎科學教育改進計畫」物理組光電主題九十二年度A類計畫執行成果執行單位：國立高雄師範大學物理學系計畫主持人：李孟恩助理教授中華民國九十二年十一月教育部顧問室「92-95基礎科學教育改進計畫」物理組光電主題九十二年度A類計畫執行成果光纖通訊簡介講義執行單位：國立高雄師範大學物理學系計畫主持人：李孟恩助理教授中華民國九十二年十一月光纖通訊簡介光纖通訊是以光纖(opticalfiber)作為傳輸介質將資訊傳遞至遠方，使用LED或半導體雷射發出的光做為載波(carrier)傳播資訊。若是把銅質的同軸電纜(coaxialcable)與光纖做一比較，同軸電纜搭

2、配電磁波以數百MHz至數GHz頻率，配合類比調變方式來傳遞訊息，但載波頻率會受到20GHz理論值的限制。若以長距離的光纖通訊而言，光的載波頻率可達到193,000GHz。因為資料傳輸的頻寬是取決於載波頻率，所以同軸電纜的最大上限可以傳輸兩個10GHz的頻道。相對而言光纖則可以傳輸數以千計的10GHz頻道。除此之外，光纖還具有質量輕、體積小、絕緣性等優點，在光纜鋪設過程中可以節省空間，再加上訊號在光纖中傳輸時的的衰減比起在銅線內還低，以單模光纖為例，每公里衰減約為0.2dB~0.5dB，再加上光纖對電磁波的隔絕特性(isolation)，因此適合高容量以及長距離通訊。光纖通

3、訊的基本架構下圖為光纖通訊中點對點的基本架構，由光收發模組及光纖組合而成。先利用數位或類比調變方式將資訊傳遞到發射機上，以雷射光為載波透過光纖傳播到遠方。若距離較長，可透過連接器(connector)或接合器(splice)延長光纖傳送距離，最後以光感測器，把光訊號轉變回電訊號，將原傳送資訊解調回來。光纜接收器接合器光纜連接器發送器圖1:光纖通訊基本架構分波多工(WavelengthDivisionMultiplexing:WDM)傳統的光纖通訊，是採用單一載波波長傳輸資料。因為技術的演進，目前的光纖網路可有多個不同波長的頻道同時在一條光纖內傳遞資訊，稱為分波多工系統。圖

4、2:分波多工基本架構解多工器多工器在光纖網路系統中，把元件分成主動元件與被動元件：主動元件扮演收發以及放大訊號的工作，圖中Tx為發送器(transmitter)，Rx為接收器(receiver)，利用多工器(multiplexer)，將各波道載波匯入同一條光纖傳輸，再利用解多工器(demultiplexer)將光纖中多個波長的載波還原成個別波道的訊號。傳統的WDM是應用1310nm與1550nm兩個波段，但對於都會型網路(metropolitanareanetwork)而言，因考慮到架構成本與實用問題，因此多數採用低密度分波多工系統CWDM(CoarseWavelengt

5、hDivisionMultiplexing)。在此架構中，主要以20nm為間距(channelspace)，每一個通帶頻寬(passbandbandwith)為13nm。從1470nm延伸到1610nm，總共有8個通道可供使用。長距離通訊的高密度分波多工(DenseWavelengthDivisionMultiplexing)系統，其架構通常遵循ITU(InternationalTelecommunicationUnion)所制定的範圍。因為傳輸的距離長所以常配合光纖放大器(fiberamplifier)的操作。目前主要被使用的頻帶有C-Band和L-Band。其中C-B

6、and的波長範圍在1520nm~1570nm，L-Band的波長範圍通常在1570~1610nm。為了將頻寬發揮到最大效用，並且適用於不同系統業者，因此光通訊元件常有共通的規格，以使業者有所依據。各通道的中心波長都有定義，通道之間的間距也都有所規定，依照ITU規定，193.1THz(1552.52nm)為第一個通道的中心頻率，間距分別為200GHz(約1.6nm)、100GHz(約0.8nm)及50GHz(約0.4nm)。薄膜濾光片(Thinfilmfilter)這種光濾波器是利用光在多層薄膜內部產生的干涉(interference)效應，可以讓特定波長範圍的光反射或穿透

7、。圖3:薄膜濾光片的干涉圖4:薄膜濾光片原理與光譜底座穿透光薄膜層反射光入射光如果每一層膜的厚度是λ/4，當波長為λ的光垂直入射，在每一薄膜層內經歷反射後會有的相位移，因此產生破壞性干涉(destructiveinterference)而互相抵消。因此除了波長為的光之外，其他波長的光會被反射。層數更多的多層膜結構會增強這種效應，使濾波效果更理想。這項技術已被使用多年，例如用在光學儀器、數位相機和眼鏡的抗反射層。若每層薄膜的厚度為，則反射光波產生建設性干涉(constructiveinterference)，形成高反射率的鏡面。