人類早期的通信以使用窄頻的銅絞線與微波來傳送電報或電話 為主，但自 1970 年低傳輸損耗的光纖問市後，光纖通訊的技術便開 始迅速發展，而這些技術除廣泛應用於國防軍事用途上外，也逐漸普 及於日常生活；尤其隨著資訊爆炸時代的來臨，聲音、資料及影像的 整合性服務成為一種趨勢，光纖因具備有低損失、高頻寬、壽命長、
不受電磁干擾與優異耐候性等特點，便當然成為了通訊系統上的首 選。
當傳輸的內容增加與使用人數大幅成長時，為求有好的通訊品 質，人們對具有高容量傳輸能力的通訊網路系統的需求便日漸殷切，
也因此吸引了眾多的通訊系統公司積極投入高傳輸容量系統的研 發。要能使系統的傳輸容量增加，首先便需放棄選用銅絞線做為傳輸 介質，而改採用光纖，但若欲在已佈放好的光纖系統中再增加傳輸容 量，則便需應用多工技術。
通信網路於 1980 年進入了「數位通信時代」後，不論是在信號 上的傳輸、交換或是用戶終端的設備皆已採用數位通信技術，亦即藉 由資訊數位化的技術將使得包含語音、影像及數據等各式資料能相互 整合，並在網路中傳輸。因此，過去以類比通訊為主的網路建構模式，
已不再足以因應現今數位通信時代的需求了。 高密度分波多工(DWDM，Dense Wavelength-Division Multiplexing)為 主的全光纖網路是必然的發展趨勢如圖 1-2[2]。
1997 1998 1999 2000 2001 2002
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圖 1-2 高密度分波多工系統圖[2]
1-2 多工技術的種類與原理
在光纖網路系統中常用的多工技術有分時多工( Time Division Multiplexing，TDM )及分波多工( Wavelength Division Multiplexing，
WDM )。分時多工的原理是將每一個時間區間劃分成若干個時槽 (Time Slot)，而後將低速率的數位脈波訊號依續穿插排列，而將其多 工成高速率的數位脈波列。分時多工的傳輸標準為同步數位階層/同 步 光 纖 網 路 ( Synchronous Digital Hierarchy ， SDH / Synchronous Optical Network，SONET)，其基本的傳輸速率為 51.84Mbps，稱為 OC-1 系統，在如 Nortel 等廠商的努力下，成熟的商業化系統其傳輸 速率已可達 10Gbps，此為基本傳輸速率的 192 倍(OC-192)，但目前
而分波多工的原理則是將不同來源的訊號，利用不同波長的光源 進行調變，而後將不同波長的光源訊號經過多工器耦合至一條光纖 中。在 1995 年時，便已經有系統廠商提出兩個以上波長的波長多工 架構，由於波長為 1550 nm 的光源於光纖傳輸中有最小的傳輸損失 (<0.3 dB/km)，因此欲進行長距離( Long Haul )的傳輸，理想調變光源 之波長應選擇於 1550 nm 左右。而若欲在合適的波長範圍中增加可使 用的光源數量以提高傳輸容量，則每個光源波長的間距勢必須變窄，
當波長間距小於 2 nm 之分波多工通訊架構，便稱為高密度波長多工 系統(DWDM )。為了使負責傳輸信號的光源波長得以統一，國際通 訊組織 ITU( International Telecommunication Union )特別在 1525 nm 至 1565 nm 的波長範圍內，例如以 0.8 nm(頻寬為 100 GHz)做為每一 頻道間的波長間距，而規範出 50 個固定頻道。
光纖傳輸系統開始運用於分波多工(WDM)技術，已可見於 1990 年初期，國際上也開始對分波多工網路進行實驗研究。這些網路實驗 研究均運用以「波長路由(Wavelength Route)」為基礎的通信設備，如 光交換連結器(OXC，Optical Cross Connect)、光塞取多工器(OADM，
Optical Add & Drop Multiplex)等。而另一種不以「波長路由」為基礎 的通信設備，亦即在「時域上」採用高速的光開關實行光訊號交換的 技術，例如，將光訊號從傳輸路徑上分下一小部份，轉換成電訊號，
並在電訊號上加入識別訊號，進而控制光開關的動作等等處理光訊號 的方式的光分歧器就是在「時域上」實行光交換的技術。但是以電子 訊號處理的速度，往往會比以全光訊號處理方式慢得許多。高速傳輸 模組的造價相當昂貴，且即使是 OC-768 系統也未必能滿足高容量的 需求，由於分時多工的技術已逐步面臨瓶頸，欲再向上提升的困難度 頗大，若僅朝向開發傳輸模組發展，似乎並非是最理想的策略，因此，
便有廠商著手利用將分時多工與分波多工兩項技術相結合以獲取所 需的傳輸容量。以建構一 40 Gbps 的通訊系統為例，如果以 4 波長的 分波通訊架構並配合 OC-192 的傳輸系統，則整個光纖通訊網路就可 擁有與 OC-768 系統相同的通訊容量，如此便可不必冒險採用較不成 熟的高速傳輸模組；另若再就經濟成本加以考量，則很明顯的分時多 工技術將漸被取代，而分時多工與分波多工技術同時使用的通訊架構 將會成為技術發展的主流。因此運用波長為基礎的光交換技術，如採 用光交換連結器(OXC)與光塞取多工器(OADM)，來提高交換處理能 力的分波多工技術，近年來因為技術進步使得新舊系統銜接所使用的 關鍵元件，例如波長間隔器(Interleaver)已商品化這些組合被視為建立 全光網路最為可行的方式。
1-3 高密度分波多工系統的優勢
在同一條光纖中，若能同時傳送多個不同調變波長的光信號，則
可使網路的容量瞬間擴大數倍，頻寬不足的問題於短期內即可獲得有 效的改善，而除了具有增進傳輸效果的優點外，採用高密度分波多工 系統之硬體設備與光纖佈建上的費用與相同容量的傳統光纖網路系 統相比亦較為低廉。以 OC-48 傳輸系統配合 16 波長的多工技術以獲 得 40 Gbps 的頻寬為例，非多工的傳統光纖網路系統除非是採用如 OC-768 這樣較不成熟的高速傳輸系統，否則就必須以較成熟的低階 傳輸系統配合佈建多條的光纖，姑且不論傳輸設備的成本，單就光纖 佈建所耗費的時間與土地取得成本來看，高密度分波多工系統就顯得 經濟許多，更何況高密度分波多工系統僅需一組光放大器而傳統系統 每佈放一條光纖至少皆需一組，在放大器部分的耗費上亦相對節省。
正由於高密度分波多工系統具有如此的優點，聯合國世界電信論壇會 議副主席 John Roth 才會在去年論壇開幕演說時，大膽提出網路頻寬 將以每 9 個月增加 1 倍的速度擴充，但成本卻相對降低一半的『光纖 摩爾定律』。目前高密度分波多工技術除廣泛用於長距離通訊網路系 統外，自去年起，都會區(Metropolitan)與企業內部網路的佈建亦已漸 被採用如圖 1-3[3]，依此趨勢發展，『光纖摩爾定律』的實現似乎並 非是遙不可及的夢。
圖 1-3 長距離與都會區傳輸速率圖[3]
一 個 完 整 的 光 纖 高 密 度 分 波 多 工 系 統 包 含 有 光 收 發 器 (Transceiver)、耦合器(Coupler) 、分波多工/解多工器(Multiplexer / Demultiplexer)、光纖放大器(Optical Fiber Amplifier)、光波長塞取器 (Optical Add-Drop Multiplexer)、光波長間隔器(Interleaver) 、色散補 償(Dispersion Compensation)裝置、光開關(Optical Switch)、波長路由 器(Wavelength Router)及其他光通訊元件、處理電路等，這些元件的 組合是高速寬頻光纖通信所必備的如圖 1-4。
本論文主旨在理論與實驗探討高速寬頻光纖通訊系統所需元件 中三種關鍵性光纖被動元件之特性與研製，這三種被動元件分別為光 纖耦合器、光波長塞取器及光波長間隔器。
圖 1-4 高密度分波多工元件圖
1-4高密度分波多工元件種類
高密度波長多工高速寬頻光纖通信所使用的被動元件種類繁 多，從薄膜濾波器(Thin Film Filter)、光纖跳接線(Patch Cord) 、衰減 器(Attenuator) 、耦合器(Coupler) 、準直器(Collimator) 、隔離器 (Isolator) 、 循 環 器 (Circulator) 、 光 纖 布 拉 格 光 柵 (Fiber Bragg Grating) 、塞取多工器(Add Drop Module) 、間隔器(Interleaver) 、色 散補償器(Dispersion Compensator)等的不同組合可構成功能不一樣的 高速寬頻光纖通信系統。
個人因在產業界工作已超過 20 年，大部分從事光纖被動元件有 關的工作如石英玻璃預型體、光纖抽絲、跳接線、光纜、耦合器、波 長多工分波器、衰減器、準直器、塞取多工器、間隔器等的研發與製 造，因此將詳細描述耦合器、塞取多工器、間隔器等元件之製造以供 未來使用該元件之參考，其中所討論的波長間隔器其 0.5 dB 通帶無
論是一個 GIRES – TOURNOIS Etalon (85%間距)或兩個 GIRES – TOURNOIS Etalon (88%間距) 比現有其它方法所做成的波長間隔器 如 hybrid coupler and delay line on planar lightwave circuits (70%間距) [3,4] ，hybrid filter and array waveguides (60%間距) [5] 與 birefringent crystals (77%間距) [6] 都來的大，表示我們所研製光波長間隔器之頻 寬具有較寬的特性。
參考文獻：
[1] Agilent Technology Asia Lightwave Training data sheet Feb 26.2001 [2] Lightwave special reports “Optical-Fiber design evolve”, Feb 1998 [3] A. Zeng, X.G. Ye, J. Chon, and F. Liang, “25GHz interleavers with ultra-low chromatic dispersion,” OFC 2002, ThC4.
[4] M. Oguma, K. Jinguji, T. Kitoh, T. Shibata, and A. Himeno,
“Flat-passband interleaver filter with 200GHz channel spacing based on planar lightwave circuit-type lattice structure,” Electron. Lett. Vol 36, pp.
1299-1300,2000.
[5] M. Oguma, T. Kitoh, K. Jinguji, T. Shibata, A. Himeno, and Y. Hibino,
“Passband-width broading design for WDM filter with lattice-form interleaver filter and arrayed-waveguide gratings,” IEEE Photo. Tech.
Letts., vol 14, pp. 328-330, 2002.
[6] S. Cao, C. Lin, C. Yang, E. Ning, J. Zhao, and G. Barbarossa,
“Birefringent Gires-Tournois interferometer(BGTI) for DWDM interleaving,” OFC 2002, ThC3.