• 沒有找到結果。

高速寬頻高密度分波多工系統模組之研製及應用---總計畫:高速寬頻高密度分波多工系統模組之研製及應用(II)Fabrication and Application of High-Speed Broadband Modules in Dense Wavelength Division Multiplexing System(II)

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "高速寬頻高密度分波多工系統模組之研製及應用---總計畫:高速寬頻高密度分波多工系統模組之研製及應用(II)Fabrication and Application of High-Speed Broadband Modules in Dense Wavelength Division Multiplexing System(II)"

Copied!
9
0
0

加載中.... (立即查看全文)

全文

(1)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 期中進度報告

總計畫:高速寬頻高密度分波多工系統模組之研製及應用

(2/3)

計畫類別: 整合型計畫 計畫編號: NSC91-2215-E-110-015-執行期間: 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日 執行單位: 國立中山大學光電工程研究所 計畫主持人: 鄭木海 共同主持人: 黃升龍,陳茂雄,吳宗霖 報告類型: 精簡報告 處理方式: 本計畫可公開查詢

國 92 年 5 月 23 日

(2)

2

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫

□ 成 果 報

告 þ期中

進度

報告

高速寬頻高密度分波多工系統模組之研製與應用總計畫(2/3)

Fabrication and Application of High-Speed Broadband Modules in Dense Wavelength Division Multiplexing System

計畫類別:□ 個別型計畫

þ整合型計畫

計畫編號:

NSC 91-2215-E-110-015

執行期間:

91 年 8 月 1 日至 92 年 7 月 31 日

計畫主持人:鄭木海 中山大學 光電所 教授

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交):þ精簡報告 □完整

報告

本成果報告包括以下應繳交之附件:

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式:除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究

計畫、列管計畫及下列情形者外,得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權,þ一年□二年後可公開

查詢

執行單位:國立中山大學光電工程研究所

附件一

(3)

中 華 民 國 92

5

23

(4)

4

行政院國家科學委員會專題研究計劃期中報告

高速寬頻高密度分波多工系統模組之研製與應用總計畫(2/3)

Fabrication and Application of High-Speed Broadband Modules in Dense Wavelength Division Multiplexing System

計劃類別:o個別型計劃þ整合型計劃 計劃編號:NSC 91-2215-E-110-015 執行期間:91 年 8 月 1 日至 92 年 7 月 31 日 主持人:鄭木海 中山大學 光電所 教授 一、中文摘要 波長多工(DWDM)技術為寬頻光 纖通信必然趨勢,由於 DWDM 系統架構 係採用多個波長來提高通訊容量,這些多 工波長必須盡量落在光纖最低傳輸及光纖 放大器增益的波段範圍,在現有光纖放大 器增益波段範圍內, C-band 為 30 nm ( 1530-1560 nm ) 及 L-band 為 40 nm (1570-1610 nm),共 70 nm 頻寬,在未來 更高傳輸容量的需求下,可能仍然無法滿 足需求。所以最佳解決 DWDM 高傳輸容 量的通訊.要求係增加光放大器的放大頻 寬,使更多的光訊號通道均能在光纖中做 長距離傳輸。因此本整合計畫擬提出 300 nm 超寬頻摻 鉻 光纖放大 器( Chromium Doped Fiber Amplifier, CDFA)的研發,其 頻寬在 1300-1600 nm 波段範圍內比現有摻 鉺光纖放大器(EDFA)多 4.3 倍。並配合 最新生產中之光纖其 OH-離子在 1.4µ m 波 段之吸收幾乎被消除,及 980 nm 幫浦雷射 光源與高速 10 Gb/s 半導體雷射模組構裝 的研發,來研討高速寬頻高密度分波多工 模組的研製與應用。本計畫研討擬同時以 學術及技術觀點進行,發展本計畫高速寬 頻高密度分波多工系統之模組與應用,很 明顯可提升國內光通訊關鍵性元件的自製 率。 本整合計畫係一個三年的計畫,300 nm 超寬頻光纖放大器,增益平坦化濾波 器,980 nm 幫浦雷射及高速 10Gb/s 雷射模 組之低銲後位移之降低銲後位移研製為本 整合計畫關鍵性技術的研究。第一年計畫 是摻鉻光纖研製,寬頻耦合器最佳設計與 研製,幫浦雷射及高速雷射模組蝶構裝設 計,雷射銲接技術構裝雷射模組銲後位移 之控制與模擬,及高速寬頻高密度分波多 工系統之模擬。第二年計畫係摻鉻光纖放 大器,摻鉻光纖放大器增益平坦化濾波器 最佳設計與研製,及 980 nm 幫浦雷射模組 之研製及量測。第三年計畫為光纖放大器 定值增益控制研製,具高增益,高輸出功 率,寬平坦化,低雜訊摻鉻光纖放大器之 研製與量測,2.5Gb/s 與 10Gb/s 高速雷射 模組之研製與量測,及高速寬頻雷射模組 在高密度分波多工系統之調變與感測應 用。 本整合計畫主要關鍵技術的研究方式共七 項:(1)摻鉻光纖與摻鉻光纖放大器之研製, (2)寬頻耦合器之研製,低損失摻鉻光纖之接 續與封裝,(3) 摻鉻光纖放大器增益平坦化 濾波器與定值增益控制之研製,(4)雷射銲

(5)

接技術構裝雷射模組銲後位移之控制與模 擬,(5) 980 nm 幫浦雷射光源模組構裝與幫 浦雷射加裝光纖光柵模組之研製,(6)2.5 Gb/s 與 10Gb/s 高速雷射模組構裝之研製, 及(7)高速寬頻模組之量測及其在高密度 分波多通訊與感測系統之模擬及應用。 關鍵詞:摻鉻光纖放大器,增益平坦化,幫 浦高與速雷射模組,高密度分波多工 二、緣由及目的 光纖通信領域不斷迅速蓬勃發展潮流 中,快速高容量的傳輸需求日益殷切,其中 多波長與多波道傳輸功能之高密度分波多工 ( Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM)技術,既可提升傳輸容量,且不需 另埋設新光纖,節省埋架費用及工時等多項 優勢下,使 DWDM 技術成為光纖通信領域 中最能滿足解決兼具電信通訊(Telecom), 資料通訊(Datacom)及影像通訊(Videocom) 之新資訊傳輸時代的超高容量需求。 由於 DWDM 系統係採用多個波長來提 高通訊容量,而這些波長必須盡量落在光纖 最低傳輸損失區域,以及現有光纖放大器增 益的波段範圍內,例如在波段 1530-1610 nm 附近。如此必造成每個波長的波道間距變 窄,相對光波道的密度提高,所以稱這種波 長 多 工 的 通 訊 架 構 為 高 密 度 波 長 多 工 (DWDM)通訊系統。因此在 DWDM 系統中 光纖放大器為最重要的一環,在現有摻鉺光 纖放大器增益波段範圍內, C-band 為 30 nm ( 1530-1560 nm ) 及 L-band 為 40nm (1570-1610 nm),共 70 nm 頻寬,在未來更 高傳輸容量的需求下,可能仍然無法滿足需 求。最佳解決 DWDM 高傳輸容量的通訊要 求係增加光放大器的放大頻寬,使更多的光 訊號通道均能在光均能在光纖中做長距離傳 輸。因此研發比現有摻鉺光纖放大器 C-band 與 L-band 更寬頻光纖放大器為本研究的動 機,本計畫擬提出 300 nm 超寬頻摻鉻光纖放 大 器 ( Chromium Doped Fiber Amplifier, CDFA)的研發,其頻寬在 1300-1600 nm 波 段範圍並配合最近生產中之光纖其 OH 離子 在 1.4µm 波段吸收幾乎被清除。 CDFA 跟 EDFA 放大功能同樣,光纖 放大器的增益值與波長有關,CDFA 在 1300 至 1600nm 波長範圍必須具備增益平 坦化(Gain-Flatness)功能,使光纖放大器 的增益值必須與波長無關,因此 CDFA 所 要克服第一問題為每一個傳輸波長增益值 常數。由於光纖放大器長時間使用與外加 訊號等因素的影響,會造成光放大器頻譜 改變,使原本以平坦的增益頻譜發生改 變 , 因 此 增 益 定 值 控制 ( Constant Gain Control)也是光纖放大器要克服之問題。 除外摻鉻光纖對熱效應較敏感,CDF 與標 準光纖接續所造成損失,及 CDFA 之相關 寬頻耦合器研製也是研發的重點。 光纖放大器模組除摻鉻光纖外,980 nm 幫浦雷射光源也為關鍵性元件,且幫浦雷射 光源模組為整個光纖放大器模組價格最重要 的考慮因素之一。雖然幫浦雷射模組產品成 熟容易購買,但國內廠商在 980 nm 幫浦雷射 模組產品之研發尚無具體的結果,因此研製 980 nm 幫浦雷射模組可提升國內光通訊關鍵 性的技術。 目前以 DFB 半導體雷射光源的 2.5Gb/s 光纖傳輸模組為 DWDM 最成熟的光發射器,如 果有四個波長多工架構,則光纖通訊網路就 有 10 Gb/s 的通訊容量。以 10Gb/s 容量為基 礎的光纖通系統,有逐漸成為 DWDM 的標準, 目前歐美日通訊大廠已開始製定 10Gb/s 的 規範,因此採用單一波長 10Gb/s 傳輸模組的 光源架構可能是最佳的選擇之一,如此就不 必採用四個通信波長及 2.5 Gb/s 傳輸模組的 配合。但因高頻電路研製不易,目前以 10 Gb/s 為單一波長模組的產品的廠商不多,不 如 2.5 Gb/s 傳輸模組成熟產品容易購買。因 此研發 10 Gb/s 的雷射模組具有提升國內光 通訊關鍵性的技術。 研發之超寬頻摻鉻光纖放大器、摻鉻光 纖放大器增益平坦與定值增益控制,980 nm 幫浦雷射模組、10 Gb/s 高速雷射模組,必須 透過量測來驗證,因此這些高速寬頻元件與 模組之量測及其在高密度分波多工通訊感測 系統應用相當重要。

(6)

6 三、研究方法與成果 本計畫第二年(91年度)進度擬完成摻鉻 光纖放大器,摻鉻光纖放大器增益平坦化濾波 器最佳設計與研製,及980nm幫浦雷射模組之 研製與量測。 圖一為子計畫一Cr-YAG晶體光纖輸出功 率跟幫浦功率關係圖,在800 mW幫浦功率 大,晶體光纖有100µm輸出功率,圖中說明 Cr:YAG核心直徑為100µm,而晶體光纖輸出頻 可由1150至1650 nm相當寬頻。 圖二為子計畫二蝶式雷射模組銲後位移 之控制,Type I馬鞍與光纖套管間距公差為0, 而TypeII為5 mm。TypeII設計其整體雷射模組 構裝銲前與銲後耦光效率無明顯下降,因此 TypeII設計可提高雷射模組構裝之良率。 圖三為子計畫三寬頻耦合器之研製,其頻 寬在1300至1600 nm變化僅10%,本寬頻耦合 器主要參數控制為火焰溫度、火焰婦速及光纖 拉速。圖三(a)係二根光纖耦合情形,三(b) 為模擬結果,而三(c)為插入損失量測與模 擬結果,其插入損失為0.5 dB。 圖四維子計畫四光譜分析量測圖,由光譜 分析儀之量測結果顯示,本實驗室所提出之高 功率寬頻帶光源其總功率輸出可達120mW,光 譜範圍1527-1561 nm中,其功率密度均大於0 dBm/nm,單位波長最大功率達6.9 dBm。 四、討論與結論 本計畫係一個三年的計畫整個計畫執 行包括水平整合與垂直整合。第一年各子 計畫偏重於水平整合,第二年各子計畫將 逐漸有部分垂直整合,以期在第三年計畫 期滿完成高速寬頻高密度分波多工系統模 組之研製與應用。

(7)

圖一、Over 100-µW of ASE power was generated by a pyrex-clad Cr:YAG crystal fiber with a pump power of 800 mW. The insets show the spectrum and cross-section of the fiber.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 -1 0 1 2 3 4 5 6 Type I Type II 圖二、光功率與銲接次數關係圖 0 20 40 60 80 100 120 140 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Pump power (mW) ASE power ( µ W) -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 1150 1250 1350 1450 1550 1650 Wavelength (nm) S p ectr al d en sit y ( a. u .) 100-µm core O p ti ca l p o w er ( ì W ) Welding sequence 80nm 及1300至 1600nm之光源 980nm 1300至 1600nm

P

1

P

2

圖三(a)The schematic of the wideband WDM coupler. The pumping source of 980nm and the broadband signal from 1300nm to 1600nm are coupled to a output port with low insertion loss.

(8)

8 0dBm 0dBm 1527nm 1561nm ∆λ=34nm d/r=1.98之波長響應 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 wavelength(um) splitting ratio(%) P1 P2

圖三(b)The simulated normalized coupling ration at port1 and port2 for the wavelength from 1300nm to 1800nm.The cross-section aspect ratio is d/r =1.98.

d/r=1.94之波長響應 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 wavelength(um)

Splitting ratio(% ) Simulate Fabricate

圖三(c)Simulated and measured coupling ratio at port1. The agreement between them is very good. It is found that The insertion loss for signal is lower than 0.5dB.

(9)

參考文獻

相關文件

IRB 編號 CE18097A 計畫主持人 陳呈旭 計畫名稱 高風險個案相關醫療人員短期及長期心理壓力之評估研究 審查意見

芬蘭猶瓦斯庫拉大學(University of Jyväskylä, Finland)心理系教授

•至最近連續居留港澳或 海外期間之計算,係以 本簡章申請時間截止日 為計算基準日往前回溯 推算6年或8年。但計算 至西元2015年8月31

• 至最近連續居留港澳或 海外期間之計算,係以 本簡章申請時間截止日 為計算基準日往前回溯 推算6年或8年。但計算

• (*2017年4 月8 日舉行校本支援服務簡介 會,並包括優質教育基金主題網絡計劃

高等電腦輔助設計與製造 (Advanced Computer Aided Design and Manufacturing).

掌握MDM系統 / 資訊素養課程 推行反轉教室教學 運用Google classroom教學.. 2010-11年度 起步 階段.. 計劃 支援組織

發文日期:中華民國109年1月13日 發文字號:高分署人字第1092500023號