pass TFF)，當1.31 µm雷射發出光源穿透low pass TFF傳輸至另一單模 光纖輸出端時，因為low pass TFF厚約550 µm，光在傳輸過程中會有 擴散的現象發生，以致於與單模光纖的耦合效率不佳，所以必須在 1.31 µm雷射前面加一個非球面鏡(Aspheric lens)，來增加1.31 µm穿透 low pass TFF與單模光纖的耦合效率。
1.55 µm入射光源經由單模光纖被low pass TFF反射至光檢器 (Photon Detector, PD)，但因low pass TFF的尺寸大小約為2 mm到 3 mm，所以光檢器沒辦法靠的很近，必須在光檢器前面再加一個high pass TFF來過濾其他的雜訊，以提高訊雜比(Signal Noise Ratio, S/N)。
穿透TFF傳輸至另一光纖輸出端，而1.55 µm入射光源將被TFF反射至 單模光纖接收光至光譜分析儀(Optical Spectrum Analyzer, OSA) 。圖 2-1-3 為光頻譜量測系統的架設。圖 2-1-4 為量測到的頻譜。
圖 2-1-3、光譜分析量測系統架設圖。
-50 -40 -30 -20 -10 0
1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600
Wavelength(nm)
Loss (dB)
圖 2-1-4、量測光頻譜圖，量測範圍為波長 1200 nm ~ 1600 nm。
SMF
TFF Optical Spectrum Analyzer White light source
SMF
由 圖 2-1-4 量 測 光 頻 譜 圖 我 們 可 以 清 楚 看 到 當 入 射 波 長 為
1.31 µm 將穿透 TFF，而當入射波長為 1.55 µm 將會被反射，我們將 利用此TFF 的特性來製作此雙向光收發模組。
此模組中除了使用到單模光纖以及多模光纖外，我們也將利用光 纖透鏡取代單模光纖，並且比較兩種不同光纖所製作的模組特性。圖 2-1-5 為光纖透鏡的照片。
圖 2-1-5、光纖透鏡的照片。
2-2. 以單模光纖為傳輸通道之理論模擬
我們利用Beam Propagation Method (BPM) CAD 這套軟體模擬 在 Free space 下，當 TFF 厚度為 50 µm，且單模光纖與 TFF 夾角為 45 度，當入射光源 1.31 µm 經由單模光纖穿透 TFF 傳輸至另一單模 光纖輸出端所產生的插入損耗。圖2-2-1 為模擬單模光纖的基本光場 圖。
Spot size : 7.6 µm × 7.6 µm
圖 2-2-1、單模光纖模擬之基本光場圖。
圖 2-2-2、模擬結構示意圖。
2-3. 以埋藏式光波導(一)為傳輸通道之理論模擬
Layer Index Thickness(µm) Top cladding 1.460 13
Core 1.518 5
Bottom cladding(SiON) 1.498 5 Thermal oxide 1.447 6
SiO2
Core
SiON bottom cladding
Thickness
UV glue top cladding
Thermal Oxide Si substrate Index
圖 2-3-2 為埋藏式光波導(一)模擬基本光場圖，經模擬驗證我們 所設計的光波導(一)為單模傳播 [9,10]，我們並且利用相關函數法計 算其侷限係數(Confinement factor) Γ 為 96.4 %，其光波導(一)與單模 光纖的耦合損耗為1.58 dB，Spot size = 4.5 µm × 4.4 µm。
Spot size : 4.5 µm × 4.4 µm Confinement factor = 96.4 % Coupling loss to SMF = 1.58 dB
圖 2-3-2、光波導(一)模擬之基本光場圖。
我們以埋藏式光波導(一)為傳輸通道，模擬當 TFF 厚度 50 µm，
由於波導與TFF 夾角為 45 度，所以當入射光源 1.31 µm 經由波 端改為tapered waveguide 增加其收光效率，進而降低其損耗。圖 2-3-5 為模擬結構示意圖，X 為 tapered waveguide width(µm)，tapered waveguide 後端寬度為 5 µm，且 waveguide 深度還是為 5 µm。圖 2-3-6 為tapered waveguide width 與 coupling loss 之關係圖。
圖 2-3-5、以 Tapered waveguide 為輸出端模擬結構(一)。
Waveguide Tapered waveguide 1310 nm
1310 nm
TFF
X
5µm
-7
2-4. 以埋藏式光波導(二)為傳輸通道之理論模擬
Layer Index Thickness(µm) Top cladding 1.460 13
Core 1.5118 7
Bottom cladding(SiON) 1.498 5 Thermal oxide 1.447 6
SiO2
SiON bottom cladding
Thickness
UV glue top cladding
Thermal Oxide Si substrate
Core
Index
圖 2-4-2 為光波導(二)模擬基本光場圖，利用相關函數法計算其 侷限係數Γ 為 94.85 %，spot size = 6.2 µm × 6.1 µm，其波導與單模光 纖的耦合損耗為0.34 dB。
Spot size : 6.2 µm × 6.1 µm Confinement factor = 94.85 % Coupling loss to SMF = 0.34 dB
圖 2-4-2、光波導(二)模擬之基本光場圖。
接著我們以埋藏式光波導(二)為傳輸通道，一樣模擬當 TFF 厚 度為50 µm，且埋藏式光波導與 TFF 夾角為 45 度，當入射光源 1.31 µm 經由波導穿透TFF 傳輸至另一波導輸出端的損耗。
-5 端改為tapered waveguide 增加其收光效率，進而降低其損耗。tapered waveguide 後端寬度為 7 µm，waveguide 深度還是為 7 µm。圖 2-4-4 為tapered waveguide width 與 coupling loss 之關係圖。
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0
7 8 9 10 11 12 13 14 15
Tapered waveguide width (µm)
Coupling loss (dB)
圖 2-4-4、Tapered waveguide width 與 coupling loss 關係圖(二)。
當Tapered waveguide width 為 10 µm 有一個最佳值，coupling loss 為3.09 dB，但損耗還是太大，這是因為我們設計光波導(二)模擬光場 spot size 為 6.2 µm × 6.1 µm，其 spot size 還是太小，所以當光傳輸約 90 µm 距離後光場發散很大，以致於後面的波導輸出端收到較少的 光。
2-5. 以埋藏式光波導(三)為傳輸通道之理論模擬
Layer Index Thickness(µm) Top cladding 1.460 13
Core 1.5031 10
Bottom cladding(SiON) 1.498 10 Thermal oxide 1.447 6
UV glue top cladding
Index
圖 2-5-2 為光波導(三)模擬光場圖，利用相關函數法計算其侷限 係數Γ 為 93.8 %，Spot size = 9.2 µm × 9 µm，其波導與單模光纖的耦 合損耗為0.17 dB。
Spot size : 9.2 µm × 9 µm Confinement factor = 93.8 % Coupling loss to SMF = 0.17 dB
圖 2-5-2、光波導(三)模擬之基本光場圖。
接著我們一樣以埋藏式光波導(三)為傳輸通道，模擬當 TFF 厚度 為 tapered waveguide 增加其收光效率，進而降低其損耗。tapered waveguide 後端寬度為 10 µm，waveguide 深度還是為 10 µm。圖 2-5-4 為tapered waveguide width 與 coupling loss 之關係圖。
-1.5 -1 -0.5 0
10 11 12 13 14 15
Tapered waveguide width (µm)
Coupling loss (dB)
圖 2-5-4、Tapered waveguide width 與 coupling loss 關係圖(三)。
由 圖 2-5-4 我們可以看出，我們將波導輸出端改為 tapered waveguide 去收光，但我們發現其收光效率沒比未改前更好，這是因 為當我們將波導的core dimensions 變為 10 µm × 10 µm，其 spot size 較大所以當光傳輸 90 µm，光場發散較小所以當我們不用 tapered waveguide，而用普通的波導去收光就可以達到最佳值。
2-6. 模擬結果與討論
我們設計了三種不同尺寸的埋藏式光波導，並且利用 BPM CAD 這套軟體模擬以這三種不同尺寸大小的光波導為 1.31 µm 的傳輸通 道，當入射光源1.31 µm 經由波導穿透厚約 50 µm 的 TFF 傳輸至另 一波導輸出端的損耗。
我們可以發現以光波導(一)或光波導(二)為傳輸通道時，1.31 µm 經由波導穿透厚約 50 µm 的 TFF 傳輸至另一波導輸出端的特性都不 佳，其主要的原因還是來至於波導輸入端與波導輸出端的距離太大，
以致於當1.31 µm 經由波導穿透傳輸至另一波導輸出端時，過程中光 場發散較大，所以才會有較大的損耗。但我們可以發現當光波導core dimensions 為 10 µm × 10 µm 時，其特性就比前兩者有較佳的值，
coupling loss 為 1.04 dB。