現今的 Q 值研究仍以 Ippei Shake 和 Hidehiko Takara 所屬的 NTT 研究團隊為主，
發表許多以非同步取樣方式量測 Q 值的相關技術，利用偏振不相干及具有 40GHz 頻寬的電吸收調變器(Electro-absortion modulator, EAM)做為光電取樣元件，系統 特性參數如表 1。
表 1 Q 值監控特性參數列表
圖 2 為系統的量測架構，藉由外加電壓控制產生短脈波電訊號驅動 EAM 取樣元 件，EAM 以低重複率(數百 MHz)取樣高速(數十 GHz)訊號，取樣後的光訊號最 後經由臨界準位的選定做修正，將訊號 1 與 0 以高斯統計方式做分析，求出 Q 值，如圖 3。
圖 2 非同步取樣 Q 值量測架構圖
圖 3 非同步取樣的統計分布圖形
綜合上述，非同步取樣較傳統取樣技術簡單，EAM 利用低重複率(數百 MHz) 取樣高速(數十 GHz)訊號，如此可降低處理高頻訊號的複雜度。未來欲對該項技 術做研究，將朝非同步取樣方式，達成模組化及低成本的目標。
研究學者已經提出許多降低直接調變雷射頻率啁啾效應的方法，至今，有以下幾 種方法被驗證：
發展1310nm波段操作速率為10 Gb/s的直接調變雷射，由於在1310nm波段的 色散值是很小的，這種類型的雷射已經被發展在短距離10Gb/s的傳輸系統 中，然而，對於CWDM與DWDM的應用而言，仍然是希望發展10 Gb/s的直 接調變雷射是操作在1510nm波段。
傳輸的介質是較小色散值的光纖或者甚至是負色散值的光纖。使用負色散值 光纖對於直接調變雷射的“正”暫態啁啾現象可以降低，藉由這個方法，一個 使用直接調變雷射作為光源的WDM系統的傳輸距離可以大大地增加，可 是，大部分已鋪設完成的都是單模光纖，因此這個方法被限制其應用。
色散維持傳輸(Dispersion-supported transmission ；DST))技術。這個技術的概 念是頻率啁啾引起的光頻率調變(FM)性質轉換成強度調變(IM)；也就是光功 率值的變化量，並結合光接收端使用合適的電濾波器，使用elegant conversion 克服色散的限制。但是DST系統針對不同的傳輸距離需要調整直接調變雷射 的調變深度，並且需要複雜的光接收機之設計以接收光訊號，造成系統設計 彈性上的一個限制，這個技術沒有被實際系統所使用，還需要一段時間的研 究。
窄波段的光濾波器方法。使用光學濾波器如光纖光柵或是利用光學延遲形成 干涉的方法，對於直接調變雷射產生的光脈波上的暫態啁啾(transient chirp) 可以消去，只能增加少許的傳輸距離，若是透過濾波器的作用，將FM變動轉 換成IM 的反應做改善，使得目前最長傳輸可達100km。
使用降低調變深度、低啁啾的直接調變雷射。藉由降低一個低啁啾的直接調 變雷射的調變深度，頻率啁啾效應可以被抑制，但是，產生的光訊號的熄滅 比將會變小，所以限制這種直接調變雷射的應用。
用電路作色散補償的功用。可插拔電子式色散補償(EDC)IC對於補償因色散
造成的波形失真的能力有限，當在接收端電路包含EDC chip的時候，直接調 變雷射的傳輸距離可以近似兩倍，約20公里的距離。
使用10Gb/s的直接調變雷射於CWDM和 DWDM網路中逐漸被重視，從近幾年 來的國際性期刊論文中有發表許多前瞻性的結果去擴展直接調變雷射在高容量都會
為不同類型波長轉換器之比較表 值，而其中主要極化態(principal states of polarization)是波長的函數。固定分析 法是一種比前兩者更簡單的量測方法，藉由極化片分解出極化史托克向量，再
圖 2 介紹我們提出的量測架構圖。而待測物的平均的 DGD 值可用下列公 式：
2( )
e start stop start stop DOP dgd dgd
W W
IV. 結果與討論 結果與討論 結果與討論 結果與討論（ （ （含結 （ 含結 含結論與建議 含結 論與建議 論與建議 論與建議） ） ） ）
主要成果包含下列項目：
1. 以非同步取樣技術對光信號品質監控之研究以非同步取樣技術對光信號品質監控之研究以非同步取樣技術對光信號品質監控之研究以非同步取樣技術對光信號品質監控之研究
圖 4 為光取樣模組的實驗設置圖，利用非同步取樣方式對 2.5GHz 速率信號做監 測，利用可調式光切換開關做為光學取樣元件，藉由高速脈波產生器產生取樣頻率為 625MHz 的窄脈波寬度(0.4ns)電信號驅動可調式光切換開關，由於可調式光開關對極 化極為敏感，故前端須加上自動極化保持控制器，使任意極化信號進入光取樣模組都 能以固定極化(TE mode)入射，產生最大的取樣效率，最後藉由臨界電壓的選擇，由 DCA 的統計運算功能，對取樣後信號做分析，並由控溫方式調動雷射波長位置，對 色散做動態補償，使系統自動維持於最佳的 Q 值信號。
圖 4 光取樣模組架構圖
臨界電壓選擇定義臨界電壓選擇定義臨界電壓選擇定義 臨界電壓選擇定義
由於非同步取樣方式，易將訊號眼圖中 1 與 0 以外的交越點涵蓋進來，形成量測 誤差，為使量測更為精準，需定義出適當臨界電壓的準位，利用臨界準位的選擇，有 效地排除交越點，藉由(3-1)和(3-2)式[1]運算求出臨界準位。圖 5 為在不同的修正常數 下所產生的臨界準位示意圖，當修正常數越小(C = 0.1)，臨界準位將越靠近統計過後 的平均值，使得信號本身雜訊被臨界準位所切除，對 Q 值產生誤判，量測出較原始信 號還高的 Q 值，反之，若修正常數越大(C = 0.4)，將使臨界準位涵蓋較多因非同步所 取出的交越點，對 Q 值產生誤判，量測出較原信號還低的 Q 值；圖 3-2 為改變修正常 數後實際量測到的 Q 值信號，在此刻意將修正常數調整為 0.1、0.2、0.25、0.3 和 0.4，
分別對不同常數值作分析，由圖中可知，隨著修正常數的上升，所量測到的 Q 值將越 來越小。圖 6 可看出在不同的修正常數下所量的曲線與實際 Q 值曲線具有斜率上的差
異，造成斜率上的差異主要來自於監控模組前端自動偏振保持控制器(Polarization stabilizer；POS)與接收器自身雜訊的影響，(3-3)式為考慮雜訊損耗與插入損耗後 Q 值 與 OSNR 的關係式，式中
S
loss、N
loss和R
Noise分別為訊號損耗量、雜訊損耗量和接1
Real Q-factor (dB)
Real Q-factor (dB)
105km W/ Etalon 75km W/Etalon 105km W/O Etalon 75km W/O Etalon
常數 C 為 0.25 時，估算出的 Q 值會最接近實際訊號的 Q 值。
(2) 監控系統架構的損耗約 8dB，對接受器靈敏度有極大的影響，為獲得準確的 Q 值，
監控系統所需輸入功率大小需在 4dBm 之上。
(3) 在不同的訊號速率下，使取樣脈波寬度小於訊號每位元寬度，並搭配臨界準位 (C=0.25)排除交越點的影響，則 Q 值的量測會較準確。
(4) 本實驗利用析光器做為色散補償元件，藉由監控的 Q 值動態調整雷射溫度，改變輸 出波長位置，達成動態色散補償，使系統自動維持於最佳的 Q 值訊號。
2. 改善直接調變雷射特性之方法改善直接調變雷射特性之方法改善直接調變雷射特性之方法改善直接調變雷射特性之方法
直調雷射的特性
我們已知變動提供給雷射的偏壓電流與訊號準位大小，可以得到相對的光明滅比 和頻率啁啾值，當偏壓電流增加，得到的頻率啁啾值可以降低，但相對地，雷射輸出的 ER 值也降低，因為訊號”0”準位會提升，當維持 ER 在同樣準位時，增加調變訊號的電 壓，同時也要提昇偏壓電流，導致的頻率啁啾值，不論是靜態的或是暫態值，也隨之增 加，如圖 11 所示。設定雷射輸出不同的 ER 值準位條件下，於一般單膜光纖上進行傳 輸，從圖 12 的系統 penalty 量測結果可發現(1)ER 值愈大，penalty 隨光纖長度的增加 幾乎呈現指數形式的增長，主要是由於嚴重的暫態啁啾值(transient chirp )與色散作用導 致。(2)ER 值愈小，暫態啁啾值降低，因此由啁啾值造成的 penalty 減小，但到達一定 的光纖長度後，penalty 又遽增，此為靜態啁啾(adiabatic chirp)效應浮現所導致。
從圖 13 的頻譜圖上觀察，直接調變雷射的輸出頻譜是呈現一個非對稱的形狀，主 要是暫態頻率啁啾的作用，但是當偏壓電流設定在較高的準位時，隨著增加調變訊號的 電壓，可以清楚地發現形成兩個峰值，這兩個峰值的間距即為靜態啁啾值(adiabatic chirp)。
0
1556.8 1557.2 1557.6 1558
Bias = 40mA
1556.8 1557.2 1557.6 1558
Bias = 60 mA Im=20mA 和 1558.088nm，臨限電流約為 10mA。使用的析光器為矽的材料，FSR 為 100GHz，3dB 頻寬約為 15GHz，它的穿透頻譜如圖 15 (a)，實際尺寸約為６mmｘ６mmｘ１mm，如
-15 -10 -5
0 Etalon transmisison
Loss [dB]
-60 -40 -20 0
1556.8 1557.2 1557.6 1558 1558.4 W/O etalon W/o etalon, B-B W/o etalon, 8.5 km W/ etalon, B-B 1 W/ etalon, B-B 2 W/ etalon, 75km 1 W/ etalon, 75km 2
BER
penalty<2dB 的條件下，兩顆雷射都可以傳輸到 75 公里，同樣地，在圖 18 中比較未加 上與加上析光器的 BER 值，一般直調雷射傳輸 8.5 公里就會增加 3dB penalty，但藉由 析光器的幫助，即使傳輸 75 公里，penalty 仍小於 3dB。
加上析光器可以增強直調雷射的傳輸特性主要是(1)選擇適當的工作條件，使暫態 啁啾值 與靜態啁啾值接近互補條件，靜態啁啾值越小可以增加傳輸光纖長度，(2) 提 升 2 倍多的 ER 值使得 penalty 大幅地降低，(3) 抑制暫態啁啾值增加傳輸長度約 25 公 里。
3. 交叉極化調變為主的波長轉換器之研究交叉極化調變為主的波長轉換器之研究交叉極化調變為主的波長轉換器之研究交叉極化調變為主的波長轉換器之研究
以交叉極化調變(CPM)轉換機制為主，交叉增益調變(XGM)轉換機制為輔，藉由靜 態及動態的實驗過程，歸納出此兩種形式的波長轉換器在效能上的最佳工作範圍，
並且針對一對一及一對二之交叉極化調變波長轉換器在輸入光信號功率變化下做 測試，證實交叉極化調變波長轉換器的穩定度及實用性。
圖 19 CPM 波長轉換器動態量測架構圖
8 8.5 9 9.5 10 10.5 11
5 6 7 8 9 10 11
-4 -2 0 2 4 6
Initial condition @ Ps = 3dBm
E R ( d B ) S /N
Signal Power (dB)
圖 20 ER 及 S/N 隨輸入信號光功率變化之曲線圖
0 1 2 3 4 5
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 BER = 10-9 BER = 10-10
P o w er P en al ty ( d B )
Signal power (dBm)
圖 21 輸入信號光源功率變化下之功率償付値
6dB
2 3 4 5 6 7
2 3 4 5 6 7 8 9 10
Probe Power = 4.65dBm
P o w er P en alty ( d B )
Signal Power (dBm)
圖 21 XGM 波長轉換器在輸入信號光功率變化下之功率償付値
藉由實際的傳輸測試，驗證此兩種形式之波長轉換器的傳輸特性，並利用啁啾效應 的量測，了解兩者在傳輸特性上的差異，主要是因為這兩種轉換機制所產生的啁啾
藉由實際的傳輸測試，驗證此兩種形式之波長轉換器的傳輸特性，並利用啁啾效應 的量測，了解兩者在傳輸特性上的差異，主要是因為這兩種轉換機制所產生的啁啾