的問題也有顯著改善，間隔50 公里才需要一個中繼器增強訊號。1980 學家則設計出色散遷移光纖(dispersion-shifted fiber)來解決這些問 題，這種光纖在傳遞1550nm 的光波時，色散幾乎為零，因其可將雷 射光的光譜限制在單一縱模(longitudinal mode)。這些技術上的突破使 得第三代光纖通訊系統的傳輸速率達到 2.5Gb/s，而且中繼器的間隔 可達到100 公里遠。
第四代光纖通訊系統引進了光放大器(optical amplifier)，進一步 減少中繼器的需求。另外，分波多工(wavelength-division multiplexing, WDM)技術則大幅增加傳輸速率。這兩項技術的發展讓光纖通訊系統
率之需求不斷的被提升，因此第五代光纖通訊系統發展的重心在於擴
的複雜化。但如果使用光放大器補償傳輸及光通訊元件的損耗，則不 Raman optical
amplifier
60 (for each pump
wavelength) 60 CDFA (chromium
doped fiber amplifier) 1300~1600 (3dB 頻寬) 300
1. 摻雜稀土元素光纖放大器
光纖放大器原理是將激發光源打入主動介質中，激發主動介
質的電子，而達成居量反轉的現象。當激發光源波長處於主動介 質自發輻射波段時，此激發光源會使亞穩態能階上的電子落到基 態能階，產生激發輻射，因而產生增益，放大輸入訊號。目前常 用的 1.3µm 與 1.5µm 通訊波段應用的光纖放大器分別為摻鐠光纖 放大器(praseodymium doped fiber amplifier；PDFA)與摻鉺光纖放大
器，不過PDFA 功能特性較差。 其中又以980nm、1480nm 的半導體雷射光源激發效果最好，也是 目前最常用的。摻鉺光纖放大器是目前光纖通訊系統的主流，但 以未來市場的需求，必不敷使用，因此發展超寬頻光纖放大器是 必然的趨勢[8]。
2. 半導體光放大器：
半導體光放大器（semiconductor optical amplifier， SOA）的 放大原理與半導體雷射的工作原理相同，也是利用能階間躍遷的
受激現象進行光放大。為了提高增益，去掉了構成雷射振盪的共 振腔，由電流直接激勵，可獲得30 dB 以上的光增益。
半導體光放大器有兩種[9]：
一 種 是 將 通 常 的 半 導 體 雷 射 當 作 光 放 大 器 使 用 ， 稱 作 Fabry-Perot 雷射放大器(SLA) ，另一種是在 Fabry-Perot 雷射的兩 個端面上塗上抗反射膜，以獲得寬頻帶、高輸出、低雜訊之放大
z 增益響應(gain response)相當快速，適用於交換及信號處理
等光網路應用中。
z 易受環境溫度影響，穩定性較差
3. 拉曼光放大器(raman optical amplifier)：
拉曼放大器(RA)是一強光在光纖介質中產生一種非線性的交 互作用--受激拉曼散射(SRS) ，導致部份光波成份移位到長波長區 域，所產生的斯托克譜線(Stoke’s line)來達到放大的作用，如圖 1-1。
圖1-1 拉曼放大器原理[10]
斯托克譜線波長取決於非線性光介質以及激發光源的波長。
一般而言，拉曼放大器增益隨著輸入訊號與激發光源的波長偏移 量呈線性的增加，當波長偏移量約為 100nm 時增益最大，然後又 隨著偏移量的增加而減少，其增益頻寬約為 48nm。由於增益所對 應的波長位置與激發光源的波長有關，所以只要選取適當的光源 就可以放大任何波段的訊號，但要取得適當的激發光源是不容易 的，且易受極化的影響，故拉曼放大器並無法廣泛的被使用[9]。
下表為三種放大器之比較
~10dBm(MQW) <15dBm
泵浦光源 980 或 1480nm 無 小於被放大訊號波
發光源的能量，使其位於基態能階的電子躍遷到亞穩態能階，當輸入 訊號的波長在自發輻射的波段時，會使亞穩態能階上的電子產生激發 輻射回到基態，讓訊號能夠放大。由於 Cr4+：YAG 晶體之 3T2→3A2
的自發輻射光譜，恰好涵蓋了1.3µm 至 1.6µm 的整個光通訊波段，且 吸收頻帶落在0.9µm 至 1.1µm 波長範圍，與目前光纖放大器之 980nm 激發光源相容並可採用較低成本之Nd：YAG (1064nm)激發光源，可 說是未來超寬頻放大器最佳的候選人。
本論文是以抽絲塔之製程來製造摻鉻光纖，其產生的超寬頻自發 性輻射頻譜涵蓋了整個光纖通訊波段，故我們只需單一的摻鉻光纖放 大器即可總括放大分波多工器之訊號，這有助於簡化光纖通訊系統架 構，進而節省成本。第二章將介紹 Cr4+：YAG 光纖之基本性質；第 三章將描述如何利用商用抽絲塔製作 Cr4+：YAG 光纖；第四章為 Cr4+：YAG 光纖的量測架構及結果；第五章為本論文的結論及討論。