通道數
2.6 具有梯形結構的光管陣列
前述光管陣列功能只將前端分波解多工器的輸出訊號分別導引至標準規格 的商用光纖陣列，對於分波解多工器的輸出光點並無加以壓縮至單模光纖所能接 受的光點大小，因此仍以較大蕊心半徑的多模光纖陣列作為接收。為了能與單模 光纖陣列順利耦合，我們也提出具有梯形結構的光管陣列的設計構想。這種梯形 結構的光管陣列能將分波解多工器較大的輸出光點壓縮至單模光纖所能接受的 單模模場（single-mode field）大小，使所設計的分波解多工系統為一個單模光纖 輸入與單模光纖輸出的系統。由圖 81 可看出這種梯形結構的光管陣列在輸入端 具有較大的輸入孔徑，在輸出端具有較小的輸出孔徑，選擇適當的光管長度則可 使傳播損耗達到最小值。在我們的設計中光管的輸入孔徑寬度為 31 m
µ
，高度為 34 mµ
，輸出孔徑為一個長寬均為 7.8 mµ
，整個光管長 6mm。圖 82 為梯形光管 陣列的傳遞損耗計算結果。由圖中可知梯形光管的傳遞損耗主要來至於彎曲損 耗，由於光點的壓縮所造成的損耗在本例子中是很小的。然而這種梯形結構光管 陣列較困難實現的部份是在於光管上下梯形面的製造技術，如何蝕刻出表面較平 滑的梯形結構將是一個關鍵技術。本計算中均假設光管陣列的所有蝕刻面均為理 想光滑面，因此看不出因光點壓縮所造成的損耗，但在實際的製作過程中光管表 面的粗糙度是存在的，因此梯形結構光管陣列的製作方式需要有所突破才能做出 較好光學性能的元件。圖 81 具有梯形結構的光管陣列立體示意圖
0 10 20 30 40 -0.10
-0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0.00
損耗 (dB)
曲率半徑 (mm)
圖 82 梯形結構光管陣列的損耗計算結果
2.7 結論
在本論文中，我們完成了自由空間型高密度分波解多工系統的設計與製 作。在此系統當中我們嘗試利用 KRS-5 的紅外材料設計與製作出稜鏡光柵，並 將其應用於低損耗的分波解多工系統中。這種三維自由空間型的穿透式稜鏡光柵 的優點有：
(1) 在於光學對準方面具有較大的誤差容忍度。
當所設計的分波解多工系統為直視光學系統（Direct transmitting optics）時，
可利用調整稜鏡光柵的頂角使某一特定繞射光沿著光軸傳播。如圖 37 所示，如 果入射於稜鏡光柵的光束具有入射誤差角度為
δα
1時，則入射於穿透式稜鏡光柵 中的光柵入射角度將偏移δα
2 =δα
1cos( ) α
1 nscos( ) α
2 ，其中n 為稜鏡光柵材料s 的折射率，對於穿透式稜鏡光柵而言，δα
2將小於δα
1。在相同的條件下，對於 反射式光柵其偏差角δα
2將等於δα
1。因此穿透式稜鏡光柵的傾斜誤差容忍度將 大於反射式光柵系統。(2) 無須更改原設計即可提升系統的波長解析度與產生更多通道數。
由於所設計的結構為直視光學結構，因此可如圖 40 所示串聯兩個相同的稜 鏡光柵，使頻寬提升至 50GHz 或更高而無需重新製作元件，這一特點將有助於 提昇本系統的應用範圍。
我們利用 Huygens-Fresnel 繞射理論重建出在焦平面處的輸出光場以檢驗分 波解多工器的特性。製程誤差對分波解多工器特性的影響也經由數值上的誤差分 析而得到了驗證。利用鑽石微加工技術成功地在 KRS-5 材料的稜鏡斜邊上製作 出閃耀光柵而形成稜鏡光柵，經由實驗量測數據驗證了設計結果。KRS-5 的紅外 材料比光學玻璃軟且材料的軟化點溫度低於 500 度，很適合以模壓技術大量複製 而降低成本。
對於各通道光訊號的接收部份，由於在焦平面處各訊號光點的間距遠小於 光纖陣列相鄰蕊中心的間距，一般商用標準的光纖陣列很難接收。若是特製一個 特殊規格的光纖陣列將會提昇整個系統的成本，因此我們設計與製作出一個光纖 耦合裝置，將各通道的光訊號順利耦合至商用標準規格的光纖陣列。我們以標準 的半導體製作程序與 ICP-RIE 技術完成光管陣列的製作，並以高溫氧化法在光管 陣列表面作抗反射鍍膜。這種簡單的氧化裝置可在矽材料表面完成抗反射鍍膜且 可有效降低耦合系統的介入損失，由實驗結果也證明了具有相當的成效。我們嘗 試封裝所有的光學元件，由於所使用的紫外光學膠在固化後的特性不如預期，固 化後元件有些微的位移，造成固化後的光學特性不如固化前的好，然而人為封裝 誤差也是存在的，因此若能發展出一套精密的對準技術，將有助於整個光學效能 的提升，使得所製作的分波解多工系統能在光纖通訊領域中有廣泛的應用。