1.1 研究動機
光纖通訊的發展源自於 1966 年華裔科學家高錕博士提出利用低 損耗的介質波導作為光的傳輸媒介[1]。而後在 1979 年由美國康寧公 司(Corning Inc.)成功研發出可供光纖通訊使用的光纖，其在波長
1550nm 的光訊號傳輸損耗大約為 0.2dB/km，開啟後來光纖通訊發展 的大門。隨後在 1985 年由 Pools 以及 Mears 提出並製造出第一部摻 鉺光纖放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier)，解決了以往在長距離傳 輸時，使用電放大器需要光電、電光訊號的轉換而造成光纖通訊上傳 輸速率的問題，使得光纖通訊的傳輸速率大幅提升[2-3]。而光纖光柵
(Fiber Bragg Grating)等其他光纖通訊元件的發明，使得光纖通訊系統 的效能與用途大幅提升[4-5]。而由於光纖通訊系統具低耗損、高容 量、高傳輸速率、不受電磁波干擾、質量輕、體積小、保密性佳等優 異特性，自 1970 年代以來便一直快速逢勃的發展。
在發展遠距離與高速光纖通訊系統上，會使用短脈衝的雷射光源 來傳送資訊，利用主動或被動鎖模雷射技術來產生短脈衝是一種簡單 與普遍的方法。主動鎖模技術主要是利用電子調變、電光或聲光效 應，直接對光作振幅或相位的調變來產生短脈衝。被動鎖模則是利用
1.2 文獻回顧
本論文在脈衝雷射的實驗主要包含兩大部分，即利用 Fabry-Perot 雷射二極體(Fabry-Perot Laser Diode, 以下簡稱 FP-LD)自我注入
(Self-Seeded)的架構以及外部注入(External-Injection)的架構產生脈衝 雷射。Fabry-Perot 雷射二極體自我注入的架構，系統中必須存在一個 共振腔，使得訊號可以利用共振腔再注入回 Fabry-Perot 雷射二極體，
產生訊號品質較佳的脈衝光。而在最近幾年，利用低成本的 FP-LD 加以調變再搭配可調濾波器的環型光纖雷射來產生波長可調的脈衝 雷射技術已經被提出，其可調範圍可以達到為 4.8nm[6-22]。另外也 有提出使用可調變的 FP-LD 以及高雙折射係數的光纖所組成的光纖 反射迴路(Fiber Loop Mirror)作為可調雷射脈衝的濾波器，進而產生主 動鎖模的脈衝雷射脈衝雷射。此架構可以調整的波長大約為 10nm，
而脈衝寬度則介於 60ps-70ps 之間[23]。
而外部注入脈衝雷射，則是利用外部的連續光來注入到雷射光源 內，使得光源產生更理想的脈衝訊號。早期的做法是使用可調雷射作 為外部連續光注入[24-29]。然而因為可調雷射價格非常昂貴，因此有 文獻提出較經濟的做法，即是以 FP-LD 經過濾波器或光纖光柵，選 出所要的波長，作為外部注入的訊號[30-32]。雖然 FP-LD 的價格便 宜，然而因為有模態限制進而影響可調的範圍，因此實際應用上會有
很大的限制。
1.3 論文架構
本論文中將首先在第二章內提出利用 Fabry-Pérot 雷射二極體來 架設一波長可調的鎖模線性共振腔光纖雷射。利用在共振腔內加入一 個可調帶通濾波器(Tunable Filter)，使得此光纖雷射可以很容易地調 整波長。同時此線性共振腔架構可以產生非常好的輸出表現，其具有 超過 30dB 的旁模抑制比(Side-Mode Suppression Ratio, 以下簡稱
SMSR)，可調範圍達到 27nm；在雷射在 908.39MHz 的調變頻率下，
雷射輸出的脈衝寬度則介於 53.2ps-80.4ps 之間。
在第三章提出一新型架構，而針對第二章架構的缺點進行改善。
系統包含一個被調變的 Fabry-Pérot 雷射二極體、一組摻鉺波導放大 器(Erbium Doped Waveguide Amplifier)用於雷射光源的放大。同時在 不改變雷射調變頻率的條件下，為了控制脈衝光在不同波長下的
SMSR 與脈衝寬度，我們在環型的共振腔內加入了一個可調的光延遲 器(Varibale Optical Delay Line)。在此系統架構下，輸出脈衝的 SMSR 將達到 33.5dB 以上，同時可調範圍可以達到 46 nm。
在第四章我們提出一個新型且簡單的架構來完成外部注入的脈 衝雷射。本系統主要只有利用 3 個元件，包含：經調變的 Fabry-Pérot 雷射二極體、可調濾波器以及摻鉺光纖放大器。其中摻鉺光纖放大器
的放大器自發輻射(Amplified Spontaneous Emission, 以下簡稱 ASE) 可以作為外部連續光訊號注入到雷射。除此之外，雷射所發射出的脈 衝訊號仍然可以經由摻鉺光纖放大器進行放大。在雷射的調變頻率固 定在 2000MHz 的條件之下，系統的可調頻寬達到 34.5nm，同時 SMSR 也達到 32dB 以上，輸出訊號的脈衝寬度則介於 49.3ps-65.3ps 之間。