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光纖基礎建設的一眉角

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范賢娟｜臺灣師範大學科學教育研究所

光纖通訊是目前最主要的有線通訊方式，光經過調變之後便能攜帶資訊在光纖中傳遞。與傳統的電線相比，它有傳輸容量大、保密性好等優點，因此可取代傳統電線。光纖通訊技術從1980年開始嶄露頭角，1990年代如火如荼地進行學術研究與商業建設的推展，2000年達到高峰，之後就進入市場在業界落實。

今日包括歐美亞澳等各國政府競相推出光纖到府的促進政策，相關的基礎建設正在布建中。國內的中華電信公司也打算在3年內投入上千億元新台幣建置網路，實現光纖到府的服務。光纖通訊的榮景非常值得期待。

然而在這發展中，還是有很多地方有賴技術的持續進步，才能更廉價地服務更多的用戶，而且在使用人數增加時，確保每個用戶能享用到充分的頻寬。

臺灣大學光電工程研究所林恭如教授的研究領域，有一項就是光纖通訊，林教授帶領學生以「如何協助建構一個更好的被動光纖網路系統」為努力目標。他們注意到一個問題，系統要在每個不同通訊用戶之間提供一個通道波長與計時基礎，也就是在各種不同的通訊格式中提供獨立分波多工光源與時鐘。

在分波多工光源方面，傳統上以選擇單模半導體雷射光源為主，但這種高品質光源因為其波長須預選才能與指定的通道波長匹配，導致整個局端至用戶端通道建置的成本偏高。過去，這些通訊的時鐘都是比較低速、內建，而較高速的時鐘，常是從發射端使用同步的傳輸分布，或從數據中重新擷取、重新恢復。

林教授則希望分別研發可以採用無色選擇性光源與無源的通訊網路，讓各用戶都能有一個多通道波長通用的傳輸器光源與自我建立的通訊時鐘，所有的用戶之間可以使用一個不需波長選擇的制式光源，並且所傳遞的訊號可以很容易同步。這就不需像過去一樣，要使用高品質又昂貴的單模態半導體雷射光源，並且要從發送端傳遞高速的同步訊號到各個用戶端。

由於這樣的實用化研究容易落實在整個通訊的網路及通訊的模組建立上，不需要使用高價且須預選通道波長匹配的半導體雷射元件，以及遠距傳播分布通訊時鐘，因此成本會比較低。

至於如何做到「無色光源」與「無源時鐘」呢？無色光源主要是利用模態波長鎖定技術，把用戶端全通道通用的制式寬頻光源透過通道自我注入進行波長鎖定，並藉由元件端面的弱反射率，維持波長鎖定後的同調性與降低雷射輸出的強度雜訊。由於元件本身寬波長範圍操作且部分同調的特性，得以使所有用戶端通道成本降低。

無源時鐘則主要是透過光源的輸出後，從拾取雜訊裡面藉由窄頻寬、高Q值的濾波放大技術，把所需時鐘的訊號從雜訊中不斷地拾取、放大、回饋。透過無數次的重複就可從雜訊中重新建立時鐘訊號，訊號本身的純度非常高且相位雜訊非常小，跟一般的遠距離傳遞分布訊號的品質沒有兩樣，甚至在雜訊的表現上還能更好。

林教授針對這兩方面的研究經過了3年的測試，確定了這種無色光源在分波多工被動光纖網路中的應用價值，也證明在多通道波長系統使用這種通用，且不需預選波長的制式無色光源的可行性。此外，無源時鐘模組在各種系統與數據的傳輸格式、各類的光源，都能夠找到良好的電路參數模組，針對濾波器的濾波頻寬、光源的驅動電流或功率、放大器的增益和回饋的相位4個主要的參數去調整，在各類系統與光源中都可以找到最佳的參數組合，讓這樣的系統推展到下世代的高速通訊網路上。

在研究過程中，林教授除了注意學術上的訊息之外，也跟業界保持良好的溝通，因此可以掌握業界脈動，找到技術在應用上的價值與方向，加速學術研究的進程與產業落實。

資料來源

《科學發展》2013年6月，486期，76 ~ 77頁

雷射(30) 光纖通訊(2) 科發月刊(5221)

光纖基礎建設的一眉角

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