被動光環在都會網路的應用---子計畫二：被動光纖環形網路之光信號塞取多工機的研製與應用(II)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

被動光環在都會網路的應用(II)--子計畫二：被動光纖環 形網路之光信號塞取多工機的研製與應用(II)

研究成果報告(完整版)

計 畫 類 別 ： 整合型

計 畫 編 號 ： NSC 94-2219-E-011-007-

執 行 期 間 ： 94 年 08 月 01 日至 95 年 10 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣科技大學電子工程系

計 畫 主 持 人 ： 廖顯奎

共 同 主 持 人 ： 馮開明、何旻真、何鏡波

計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理：賴英澤、鄭婉羚、卓立庭、洪寬 綸、蕭淵隆

報 告 附 件 ： 國外研究心得報告

赴大陸地區研究心得報告

出席國際會議研究心得報告及發表論文

處 理 方 式 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，1 年後可公開查詢

中 華 民 國 95 年 12 月 26 日

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■ 成 果 報 告

□期中進度報告

被動光環在都會網路的應用(II)-子計畫二：被動光纖環形 網路之光信號塞取多工機的研製與應用(II)

計畫類別：□ 個別型計畫 ■ 整合型計畫 計畫編號：NSC 94-2219-E-011-007

執行期間：2004 年 8 月 1 日至 2006 年 10 月 31 日

計畫主持人：廖顯奎

共同主持人：何靜波、何閔真、馮開明

計畫參與人員：賴英澤、鄭婉羚、卓立庭、洪寬綸、蕭淵隆

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：□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，■一年□二年後可公開查詢

執行單位：國立台灣科技大學電子系

中 華 民 國 95 年 12 月 16 日

附件一

可供推廣之研發成果資料表

¦ 可申請專利 ¦ 可技術移轉 日期：95 年 12 月 18 日

國科會補助計畫

計畫名稱：被動光環在都會網路的應用(II)-子計畫二：被動光纖 環形網路之光信號塞取多工機的研製與應用(II)

計畫主持人：廖顯奎

計畫編號：NSC 94-2219-E-011-007 學門領域：光電

技術/創作名稱

光信號塞取多工機(OADM, WADM)

發明人/創作人

^廖顯奎等

中文：我們利用光纖光柵當作濾波器，串接或並接多個光纖光柵，

配合光循環器與先進設計架構，完成光信號塞取多工機設計。包括 固定式、可重構式之光信號塞取多工機。它兼具低串音、低插入損 失、低價位，自行開發並獲得專利之光纖光柵溫度補償技術，以及 先進之設計架構。無論在價格上與規格上都可以與目前商品化之它 種技術一較高下。

技術說明

英文：This technology is based on integration of cascaded fiber Bragg gratings (FBGs) and optical switches. Using FBGs, we design and investigate several types of WADMs. There are fixed type,

reconfigurable type and hybrid type WDAMs. It has the merits of low cross talk, low cost and low insertion loss. We also develop a

temperature compensated skill. The characteristics and performance of FBG based WADM is not inferior to commercial products.

可利用之產業 及 可開發之產品

產業：光電與光通信科技產業

開發之產品：光信號塞取多工機、光信號交換器、光纖濾波器等

技術特點

1. 自製光纖光柵

2. 建立溫度補償技術並獲得專利 3. 光信號塞取多工機之設計

4. 規格特性可以媲美目前商品技術

推廣及運用的價值

可推廣至光電與通信科技產業，並用以開發光信號塞取多工機、光 信號交換器、光纖濾波器等。類似概念可運用於其他光纖模組

※ 1.每項研發成果請填寫一式二份，一份隨成果報告送繳本會，一份送 貴單位 研發成果推廣單位（如技術移轉中心）。

※ 2.本項研發成果若尚未申請專利，請勿揭露可申請專利之主要內容。

※ 3.本表若不敷使用，請自行影印使用。

附件二

中文摘要

在都會網路中，光信號之交換與光信號塞取是很重要之功能。本計劃探討及比較各 種不同之光信號塞取多工機之優劣與潛力，在薄膜濾鏡、陣列波導光柵或光纖光柵方式 製作之光信號塞取多工機選項之中，我們使用光纖光柵方式應用於被動光環網路上，除 了單波長光信號塞取多工機，低損失多波長光信號塞取多工機也同時討論之。降低光信 號塞取多工機之插入損失至 2.5 dB 以下。兩年計劃結束，本計劃已經可製造低損耗光波 長固定式塞取之多工機並應用於測試路由。依據網路之設計，光信號塞取多工機可通過 1480 nm 之泵激光源及 1510 nm 的監測光源而不至於造成太大之損耗。由於本子計劃強 調是被動式、不加入主動元件如光纖放大器作光信號放大，它可以節省成本及維護費 用，所以必須製作低插入損耗之光信號塞取多工機。

總計畫之下，兩個環型網路須串接在一起，它們都是單一方向，由於每個光環有 16 個波長及 8 個光信號塞取多工機，所以總共需要作 16 台不盡相同之光信號塞取多工機，

每個頻道傳輸 10-Gb/s WAN-PHY 之 Ethernet 信號，所以共有 160 Gb/s。由於本計劃之 被動光環網路可實現(1)四節點四個 WADM 單向環型網路，(2) 八波長八 WADM 單向環 型網路，以及(3) 雙環型被動光環網路，所以此分項計劃研發之 WADM 具有很重要之參 與地位，包含光柵製造，溫度補償、波長可微調光柵、光信號塞取多工機特性優化與設 計、非線性現象抑制，插入損失之降低，以及配合誤碼儀驗證模組品質。

關鍵詞：被動光環、塞取、光信號塞取多工機、光纖光柵、雙向傳輸、乙太網路

Abstract

Optical add/drop and optical cross-connect and are crucial functions in a metropolitan area network. The possible solutions for WADM are thin film based WADM, array waveguide grating (AWG) based WADM and fiber Bragg grating (FBG) based WADM. This project stud ied and compared various WADM architectures from the view point of material, merits and reliability in optical networks. We investigate WADM using high reflectivity FBGs in this project. In additional to single-wavelength WADM, low- loss multi- wavelength WADMs are also investigated. The goal is to reduce the insertion loss of each WADM to less than 2.5 dB.

For the time being, most processes are finished. This project fabricated FBG-based, fixed wavelength WADMs for the POR in the test-bed. The add-drop wavelengths of those WADMs are designed according to our network planning. The wavelength allocation is now determined with channel spacing of 100 GHz. The low-loss WADM allows low insertion loss for both the Raman pump at the 1480 nm and the supervisory channel at 1510 nm.

Based on the plan mentioned in our main project, the optical network is passive and no optical amplifier. The POR test bed has two unidirectional sub-rings in cascade with ring-by-ring protection. There are 16 wavelengths and 8 WADM nodes in each ring, for a total of number of 16 WADMs. This project could deliver these WADMs with qualified specifications to support other subprojects using WADMs. Each WDM channel transmits 10-Gb/s WAN-PHY based Ethernet signal, for an overall capacity of 160 Gb/s.

Keywords: Passive optical ring, add drop, WDAM, FBG, bidirectional transmission, Internet

一、前言

高密度分波多工技術結合摻鉺光纖放大器(EDFA)，操作於C-band(波長為1530-1560 nm)，

擴大了點對點傳輸系統與SONET/SDH環型網路，使傳輸品質提升及長距離傳輸快速發展，開啟 全光(All optical)網路之時代。在高密度分波多工網路，必須要有新的光切換元件，可以使光信號 能局部地塞入/取出(即add/drop之功能)。而光信號塞取多工機(WADM,或稱OADM)，在分波多工 網路中，扮演的一個賦予重要連結功能及兼具彈性之新網路元件，它們的重要是將光網路做最有 效率之利用及增加網路之彈性，允許光纖網路可塞取出適當的波長，而不影響到其它光信號之傳 輸 ， 作 資 訊 之 重 組 與 整 理 ， 可 有 效 擴 張 光 纖 網 路 規 模 與 管 理 彈 性 ， 特 別 是 在 可 回 復 式 (Reconfigurable)之環形拓撲網路架構及高密度分波多工系統、電信通信區域網路、光纖感測系統 等。

都會網路(metropolitan area networks, MAN) 引進 DWDM 系統已有數年的時間，由於過去 的頻寬需求量並不高，因此 DWDM 系統的建構緩慢，而且大多是以點對點(point to point)的架構 建置，多個波長的資料到達端點後，先解多工再透過傳統之 SDH/SONET 系統處理(傳統的 SDH/SONET ADM 尚需要格外作光/電(O/E)、電/光(E/O)轉換)。這種情況下，光信號塞取多工機 並無用武之地。其中 DWDM 系統為在一光纖上同時傳送多個資訊通道，且每一通道載送不同波 長，因傳送不同波長的光束，彼此間不會相互干擾，所以可增加光纖資訊載送容量。近年來隨著 寬頻接取(access)環境日漸成熟，接取端的頻寬需求大量增加，將促使都會網路加速引進 DWDM 系統來抒解頻寬壅塞問題。因此都會 DWDM 系統將漸漸由點對點架構而演進為環狀(ring)網路，

而 WADM 則是 DWDM 系統中不可或缺的角色，用以取代傳統的 SDH/SONET ADM，簡化整體 網路架構。

二、研究目的

本子項進行 WADM 資料蒐集與特性分析、光纖光柵式 WADM 之架構設計。我們討論 WADM 串音(crosstalk)、插入損失(insertion loss)與功率等化(Power equalization)之議題，並探討改善之道。

也製作很多型式 WADMs，包括固定式(fixed) WADM、可重構式(Reconfigurable) WADM 等，後者 具有光信號放大功能。我們並製作兩台完全相同(identical)之四波長固定式 WADM，作為光纖網路

實驗測試 Field trial 使用，驗證我們具備製作任意比率與波長之光纖光柵能力。WADM 的重點在 於優化製作四頻道固定式 WADM 及四波道可重構式 WADM，我們並訂定規格，進行功率等化實 作及溫溼度測試等。

目前在光信號塞取多工機較常使用的方法有：解多工器(demultiplexer)與多工器(multiplexer) 式、光耦合器(coupler)式、光纖光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)式、薄膜濾波器(thin film filter)式、

陣列光波導 (array waveguide grating, AWG) 式、微機電式(Micro-electro- mechanical System, MEMS) 等。薄膜濾波器式是最常使用之光信號塞取機，包含一對1xN解多工器(Demultiplexer)與Nx1多工 器(Multiplexer)，N個頻道之光信號經過解多工器分離後，逐一與N個置於多工器及解多工器之間 的2x2光切換器(Optical switch)相接，根據其各別切換狀態決定對應之頻道是否作光信號之塞取，

比較不利的因素為高成本及高串音(Crosstalk)，且頻道間距有其限制，並且兩種模組所使用之1xN 解多工器、Nx1多工器及空間多工切換器所造成之總插入光損失(Insertion loss)很大，需要額外之光 纖放大器或半導體光放大器補償其功率損失。另一種方式如美商JDS-Uniphase所作，它是利用兩個 光迴旋器及一條光纖光柵組合而成，不過它一次只能塞取一個波長，而且被塞取之波長一開始頻 道已經固定了。相反的，光纖光柵具有良好的波長選擇性、濾波效果佳、製作成本低、低插入損 失，且容易設計。使用不同布拉格(Bragg)波長的光柵，經由適當之排列組合，可任意用於光信號 塞取多工機架構中，所以本計畫以光纖光柵為主要元件設計光信號塞取機，可同時塞取1至N個頻 道之光信號，過程中將改善因模組內光元件之不完美所導致之劣化問題，預期模組具有之優點為 可動態選取波道、低串音、低插入損失、高信號雜訊比，且各別波道插入損失值之差異極微。光 纖光柵規格經標準化後價格將更便宜，有很高潛力提升分波多工系統之傳輸彈性、達成資訊互換 功能與存活性，擴充光纖網路規模與其附加應用價值。

三、目標與價值

本分項計劃主要是光信號塞取工機(WADM)的研製，進而運用於被動光纖環型網路，本研究 提案價值在於以低成本完成模組之可行性，我們利用光纖光柵及相關光元件達到此功能，所設計 之模組並具有波道間功率平坦性、高信號雜訊比與低價等優點。光纖通信及光纖網路應用多元化 是目前趨勢，舉例而言: 在Africa One Network Project 及MONET Field Trial Demonstration兩個著名

計畫中，光纖網路主要元件為光信號塞取機及光信號交換器，其蓬勃發展可見一般。而台灣之光 纖通訊與網路技術才剛起步未來充滿商機，尚難估計潛在價值。目前商用之光信號塞取機，歐美 科技強國在技術上已相當成熟，我國必須急起直追並推展全光網路。

光信號塞取多工機賦予網路連結及彈性功能的網路元件，它可基於最佳網路流量，做出最有 效率的網路應用，並增加網路彈性，使光纖網路在適當節點塞取出適當的波長。WADM若同時搭 配多重協定波長開關 (multiple protocol Lambda switching, MP?S)技術，將都會網路節點的資料流量 以波長做標籤(label)，還能夠提供波長租用服務及頻寬隨選(Bandwidth on Demand)等功能，且使用 光信號塞取多工機，不需格外做光/電、電/光轉換，使達到全光網路之目的，甚至在光纖通訊次系 統與DWDM架構下，也有其應用價值。

四、本子計畫與其他子計畫之相關性：

總計劃 被動光環型網路 台大電信所何鏡波 副教授

子計畫一: 被動光環型網路之測試平台 台大電信所何鏡波 副教授

子計畫二: 被動光纖環形網路之光信號塞取多工機的研製與應用 報告人廖顯奎 子計畫三: 被動光環型網路之 10 Gb/s 收發機 清大通訊所 馮開明助教授 子計畫四: 被動光環型網路之中央節點的設計與建構 台大光電所 何旻真助教授

本計畫參與之角色:

1. 總計畫下共有四個子計劃，本計劃為第 2 子計劃。根據此總計畫的設計，本子計劃將提供低 損耗 WADM 給子計劃 1 之被動光環型網測試平台使用，本計劃之 WADM 插入損失必須小 於 2.5 dB。本計劃並與子計畫 3 提供之高忍受功率償付中心節點，子計畫 4 之高色散容忍度 的光收發模組，來建立 POR 的測試平台

2. 在總計畫之規劃下:

子計畫 2 所建立之低損耗 WADM 模組運用於子計畫 1 之測試平台上 計畫 2 每一個 WADM 的模組插入損失必須低於 2.5dB！

計畫 2 低插入損失 WADM 將有助降低子計畫 3 Central Node 之設計困難度 計畫 2 之低串音及雜訊 WADM 設計有助於子計畫 4 之光收發模組達規格要求

3. 本計劃是整合型計畫之第二個子計劃，目的是要研製 WADM 並利用於被動光環路來達到低成 本的應用。除了一個大規模試驗的整合經驗外，為了實現一個光環路網路，我們需要下面幾個主 要的元件：(1) 低損失的 WADM(這是本計劃重點)，(2) 對於提供容忍高損失預算之中心節點設計 (subproject #3)，(3) 研發對於光纖色散有高容忍度的收發機(subproject #4)。所有的子計劃致力於 提供上述這些重要的光元件，總計劃協調所有的子計劃和協調所有子計劃的互通。除了提供詳述 和清單給所有的子計劃，總計劃也研究當有很多的節點分享相同之波長時，被動光環網路之中間 存取協定，在一個密集的城市裡，這是一個探討之議題。

五、國內外研究情況

國外近年來陸續有一些探討 WADM產品之架構，主要分為三種，依序為如多層薄膜介質(Thin film multiplayer)鍍膜技術，生產者如美商 CINEA Inc.，在製作上以鍍膜技術較成熟。陣列波導光柵 (Array wavegudie grating)是較新的嘗試，價格上與前者相當，並且頻道數增加時並不會增加整體 之插入損失，且頻道單價會降低。國外文獻亦有提出(1)以光纖光柵及光迴旋器為主體之光信號 塞取機，此乃光迴旋器配合光纖光柵，生產者如美商 JDSU，可合乎頻道間串音降低要求。或者 (2)提出 All- fiber MZ 方式，可以大為降低插入損失到 3 .0 dB 左右，但是光路由兩臂長度、配對 光柵需極為接近且反射率完全相等，在技術上很具考驗性，又其潛在 Coherence crosstalk 問題。

不過最大限制在於以上兩者皆僅具備固定頻道選取功能，且只作一個頻道，在頻道數大於兩個 時，在接收端及輸入端仍需多工及解多工器之分波之問題發生。至於動態機動之光信號塞取，則 需增加很多光纖元件，如多層薄膜介質(Thin film multiplayer)鍍膜技術作出一對多工與解多工器 需要配合很多元件或模組例如空間多工切換器、方向波導耦合器、低增益光纖放大器、聲光調變 器等完成，雖是成熟產品不過較昂貴，且高插入損失及串音問題有待克服。此外尚有人用陣列波 導光柵來完成設計，不論波道多寡均可利用一次半導體之製程可完成，因為是新穎之嘗試待克服 之技術障礙仍多，包括材料取得或專利地雷之限制，在頻道數相當多時才能顯示出其價格之競爭

性。國內在陣列波導光柵(Array wavegudie grating)這方面之製作之前有亞光、萊德科技、聯電等 與美商 Lightcross 合作，分別負責上中下游如晶片、拋光、對準及封裝等部分，但無法由ㄧ家公 司獨立完成。申請人曾學術探討利用光纖光柵及光迴旋器為主體，探討製作動態 WADM 時之一 些特性。

本子計劃希望以光迴旋器配合光纖光柵製作光信號塞取機，驗證模組化之可行性。以光纖 光柵(FBG)製作 WADM 之好處是：FBG 有較高的反射功率、較細的頻寬、較好訊號雜訊比(signal to noise ratio)，大部分的光塞取多工器技術都是使用了對溫度極敏感或高串音的元件，將不利於 光信號準位穩定，並使整個通訊系統的信號品質劣化，因此利用經過溫度補償之 FBG-based WADM，並將其模組化，期望能夠得到比現有商用 WADM 還要更好的訊雜比，達到更加規格 之 WADM。本計劃預計之工作內容為資料蒐集與先期 WADM 分析；WADM 特性評估；光信號 塞取機架構設計；光信號塞取機元件分析與測試；Fixed WADM 光路設計、組裝四頻道 fixed WADM、四頻道 fixed WADM 特性量測、Fixed WADM 模組之最佳化參數調整、模組非線性效應

（如串音）之模擬分析、Fixed WADM 可靠度與穩定度改善、Fixed WADM 溫濕度之環境測試、

Reconfigurable WADM 之製作與系統測試等。

六、研究方法、結果與討論

本計劃採用 FBG-based WADM，在製造模組一開始，首先模擬光信號塞取機之特性，依據參數 之設計與調整製作光信號塞取機，考量多波道塞取及窄頻道塞取情況。我們先分析各種不同規格 與功能之光纖光柵，加入本模組後所造成之影響，判斷其實用化之可行性，在光纖中傳輸之光信 號遇到光纖光柵時，滿足布拉格條件之波長將會被反射即：

2 nX d = m ?

其中 nX：光纖折射率，d：光柵週期長度， m >0 整數，?：光在介質中之波長。在設計光信號 交換器時，光纖光柵群放在光迴旋器之間，作為光信號之反射媒介，因光迴旋器之內建(built- in) 光隔離(optical isolation)特性，可對由任一方向傳輸之光信號產生隔離效果，但又不影響雙向傳 輸之特性，當然在實際設計時需兼顧某些元件之不完備作適當之改善 。我們也進行研究一些 WADM 不完美效應造成影響如頻帶內串音(Intraband crosstalk)、 光信號未對準(Wavelength

misalignment)及交錯長度(Interaction length)所產生之影響，適當對策後此類效應均可一一降低至 可接受之程度。就分析了解，光纖光柵之特性規格直接影響到 WADM 之規格，對邊群效應(side lobe effect)之抑制及反射率提昇有相當要求。完成模組雛型後我們將作系統實驗，應用於光纖傳 輸系統(~100 Km)並量測其特性，考量 WDM 技術所規範之頻道間距與被動光纖網路之設計目 的，採用 100 GHz 間距。? 了達到精確控制波長目的，所以光纖光柵必須做溫度補償，在光柵 溫度穩定控制上，牽涉到波長於 DWDM 之穩定與精確性，已經有所對策，國內外ㄧ些專利多以 複合材料元件之製作，在避開專利地雷之後，研究找出特定溫度補償之方式。此計畫優點是模組 內含光纖光柵及其它光元件，光纖光柵兼具甚佳之窄頻濾波作用，是全光元件之設計，可和模組 外之光元件或系統相容。而且架構簡單，且經過改良，較不會衍生專利衝突問題，亦可達到光信 號塞取之功能，又因光迴旋器/光隔離器內建光隔離特性，省略另加光隔離器之成本。光循環器 之價格可望再下降，光纖光柵之成本因自行研發而省下成本，擴充了模組效能。

過程中，我們解決了光纖光柵高反射率及重複率不易達成問題，我們建立一套光柵製造專 用平台，以確保穩定操作之達成，也將串接時造成之反射加成效應，以理論計算方法推導可能結 果，溫度敏感性問題已經克服。針對 WADM 模組體積小型化之問題，我們嘗試使用特殊外徑的 光纖纏繞，與採用體積較小之光元件，來降低之 WADM 體積，溫度敏感是用複合材料之負溫度 係數來克服溫度漂移之問題。針對各子計畫間整合的問題，特別是光元件規格之同步達成。我們 對於各自子計畫模組規格要求採高標準，以作為其他子畫備用之規格餘裕” budget”。例如自我降 低 WADM 之偛入損失 0.5dB，可以舒緩子計畫#3 雷射光對準(misalignment)之嚴格要求。

七、WADM 實作及量測

1. 光柵技術光柵溫度補償技術之建立

Uniform Grating 製作：運用實驗室現有 1065.7 nm 到 1079.4 nm 共 7 個相位光罩， 製作光纖光 柵，反射率最高可達 99.9%，但良率須進一步提昇。

感光光纖，反射率達 99.9%

T: temperature , e :strain , P: pressure ; A: thermal expansion coefficient, B: the photoelastic constant coefficient , C: the Young modulus of silica.

FBG 溫度補償光纖元件 FBG 溫度補償前後情形

2.光信號塞取多工機製作：

光纖光柵式 WADM 可分為固定式(Fixed)WADM 及可重構式(Reconfigurable) WADM。Fixed WADM 可為多工/解多工器以及固定式的濾波器所組合，雖然缺乏靈活性，但由於運作機制較單 純，性能表現較可靠。可重構式 WADM 能隨需要做節點上、下路訊號波長的調整，從而能達到 光通訊網路動態重構的能力但是較複雜，易產生訊號延遲(delay)現象，其最大優點在使網路中的 波長資源得到適當的分配。不同時期我們研製了不同之 WADM，分別敘述於本節：

P C B

T A

B

B = ×∆ + ×∆ + ×∆

∆ ε

λ λ

2-Ch. Fixed OADM 4-Ch. Reconfigurable OADM

八、計畫成果自評部份 85分

本計畫執行一年 94.08-95.07，結案內容與計畫書相符程度高，多達到預期之目標。列舉如 下:

1. 完成高反射率光纖光柵 FBG 及溫度補償與封裝技術，我們具備製作任意比率與波 長之光纖光柵能力。

2. 完成光纖光柵波長精密調整之功能

3. 研究探討 Low loss WADM 於高密度人口都會之應用可行性

4. 進行 WADM 資料蒐集與特性分析、光纖光柵式 WADM 之光路優化設計。

5. 製作固定式(fixed) WADM、可重構式(Reconfigurable) WADM 等。

6. 優化製作四頻道固定式 WADM 及四波道可重構式 WADM，並訂定規格，進行 溫溼度測試。

7. WADM 之 crosstalk, misalignment, polarization 效應分析 8. 發表國際研討會論文 3 篇、SCI Journal papers 期刊 3 篇 9. 中華民國專利通過 1 件，中華民國專利審查中 1 件

九、重要參考文獻

1. S.-K. Liaw, K.-P. Ho, L.-K. Chen, F. Tong and S. Chi, “High dynamic range optical cross-connect device based on fiber Bragg gratings,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 11, pp. 1054-1056, 1999.

2. S.-K. Liaw, S. Chi and K.-P Ho, “Experimental investigation critical issues on optical cross-connect devices using fiber- Bragg-grating,” J. of Optical Communication, vol. 21, no.

4, pp. 131-133, 2000.

3. S.-K. Liaw, K.-P. Ho, L.-K. Chen, F. Tong and S. Chi, “Fiber Bragg gratings based multiwavelength cross-connect device with high dynamic range,“ OFC’99, San Diego, CA, paper WM42.

4. S.-K.Liaw, K. -P. Ho and S. Chi, “Proposed fiber Bragg gratings integrated optical switches for wavelengths cross-connect in WDM networks,” in Proc. LEOS’98, (IEEE) paper FE1, 1998.

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6. A. Boskovie, M. Sharma, N. Antoniades and M. Lee, “Broadcast and select OADM nodes Application and Performance Trade-offs” OFC 2002

7. C..Riziotis and M.N..Zervas “Performance comparison of Bragg grating-based optical add-drop multiplexers in WDM transmission systems” IEE Prec-Circuits Devices System, vol.149, no. 3, June 2002.

8. S. -K. Liaw, K. -P. Ho, Y. -K. Chen and C. -C. Lee, “Reconfigurable WDM add/drop multiplexer based on optical switches and fiber Bragg gratings,“ Opt. And Quantum Electronics, vol. 31, pp. 77-83, 1999.

9. S. -K. Law, K. -P. Ho and S. Chi, “Multichannel add/drop and cross-connect using fiber Bragg gratings and optical switches,” Electron. Lett. vol. 34, pp. 1601-1602, 1998.

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11. S. -K. Law, K. -P. Ho, L.-K. Chan, F. Tong and S. Chi, “High-dynamic-range optical cross-connect device using fiber Bragg gratings,” IEEE Photon. Techno. Let., Aug. 1999, 12. Y. -K. Chen and C. -C. Lee, “Fiber Bragg grating-based large nonblocking

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赴大陸地區研究心得報告

計畫編號 NSC 94-2219-E-011-007

計畫名稱 被動光環在都會網路的應用(II)--子計畫二：被動光纖環形網路之光信號塞 取多工機的研製與應用(II)

出國人員姓名 服務機關及職稱

廖顯奎副教授

國立台灣科技大學電子工程系 出國時間地點 2005, 8/1 to 2005, 8/31

大陸地區

研究機構 北京大學電子學系與光通訊研究所

工作記要：筆者於2005 年 8 月 1 日抵達北京，在北京大學電子學系與光通訊研 究所訪學一個月，協助指導兩位博士生，進行兩項光電實驗，並且在北京大學及 清華大學各進行一場演講，與師生進行學術交流，也利用例假日旅遊北京市區與 近郊名勝古蹟。8 月底北京大學徐安士主任與清華大學張漢一主任等分別安排惜 別餐敘，結束一趟北京之旅。

研究主題: 在北大共進行兩個研究主題

主題一：光纖光柵製作光信號塞取多工機（FBG-based OADM）。

光信號塞取多工機是賦予網路連結及彈性功能的網路元件，它可基於最佳網路流量，做出最 有效率的網路應用，並增加網路彈性，使光纖網路在適當節點塞取出適當的波長。WADM 若同時搭配多重協定波長開關 (multiple protocol Lambda switching, MP?S)技術，將都會 網路節點的資料流量以波長做標籤(label)，還能夠提供波長租用服務及頻寬隨選(Bandwidth on Demand)等功能，且使用光信號塞取多工機，不需格外做光/電、電/光轉換，使達到全 光網路之目的，甚至在光纖通訊次系統與DWDM 架構下，也有其應用價值。高密度分波多 工技術結合摻鉺光纖放大器(EDFA)，操作於 C-band(波長為 1530-1560 nm)，擴大了點對點 傳輸系統與SONET/SDH 環型網路，使傳輸品質提升及長距離傳輸快速發展，開啟全光(All optical)網路之時代。高密度分波多工網路，必須要有新的光切換元件，可以使光信號能局 部 的 塞 入/ 取出 (即 add/drop 之 功 能 )。 而光信號塞取多工機 (OADM,若干時候又名

WADM)，在分波多工網路中，扮演的一個賦予重要連結功能及兼具彈性之新網路元件，它 們將光網路做最有效率之利用及增加網路之彈性，允許光纖網路塞取出適當的波長，而不影 響到其它光信號之傳輸，作資訊之重組與整理，可有效擴張光纖網路規模與管理彈性，特別 是在可回復式(Reconfigurable)之環形拓撲網路架構及高密度分波多工系統、電信通信區域 網路、光纖感測系統等。都會網路(metropolitan area networks, MAN) 引進 DWDM 系統 已有數年的時間，由於過去的頻寬需求量並不高，因此DWDM 系統的建構緩慢，而且大多 是以點對點(point to point)的架構建置，多個波長的資料到達端點後，先解多工再透過傳統 之SDH/SONET 系統處理(傳統的 SDH/SONET ADM 尚需要格外作光/電(O/E)、電/光 (E/O)轉換)。這種情況下，光信號塞取多工機並無用武之地。其中 DWDM 系統在一光纖上 同時傳送多個資訊通道，且每一通道載送不同波長，因傳送不同波長的光束，彼此間不會相 互干擾，所以可增加光纖資訊載送容量。近年來隨著寬頻接取(access)環境日漸成熟，接取 端的頻寬需求大量增加，將促使都會網路加速引進DWDM 系統來抒解頻寬壅塞問題。因此 都會DWDM 系統將漸漸由點對點架構而演進為環狀(ring)網路，而 OADM 則是 DWDM 系 統中不可或缺的角色，用以取代傳統的SDH/SONET ADM，簡化整體網路架構。本研究主 要是OADM 的研製，目前在光信號塞取多工機較常使用的方法有：解多工器(demultiplexer) 與多工器(multiplexer)式、光耦合器(coupler)式、光纖光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)式、

薄膜濾波器(thin film filter)式、陣列光波導 (array waveguide grating, AWG) 式、微機電 式(Micro-electro- mechanical System, MEMS) 等。薄膜濾波器是最常使用之光信號塞取 機，包含一對1xN 解多工器(Demultiplexer)與 Nx1 多工器(Multiplexer)，N 個頻道之光信 號經過解多工器分離後，逐一與 N 個置於多工器及解多工器之間的 2x2 光切換器(Optical switch)相接，根據其各別切換狀態決定對應之頻道是否作光信號之塞取，比較不利的因素為 高成本及高串音(Crosstalk)，且頻道間距有其限制，並且兩種模組所使用之 1xN 解多工器、

Nx1 多工器及空間多工切換器所造成之總插入光損失(Insertion loss)很大，需要額外之光纖 放大器或半導體光放大器補償其功率損失。光纖光柵具有良好的波長選擇性、濾波效果佳、

製作成本低、低插入損失，且容易設計。使用不同布拉格(Bragg)波長的光柵，經由適當之 排列組合，可任意用於光信號塞取多工機架構中，所以本研究將以光纖光柵為主要元件，設

計光信號塞取機，可同時塞取 1 至 N 個頻道之光信號，過程中將改善因模組內光元件之不 完美所導致之劣化問題，預期模組具有之優點為可動態選取波道、低串音、低插入損失、高 信號雜訊比，且各別波道插入損失值之差異極微。光纖光柵規格經標準化後價格將更便宜，

有很高潛力提升分波多工系統之傳輸彈性、達成資訊互換功能與存活性，擴充光纖網路規模 與其附加應用價值。本研究價值在於以低成本完成模組之可行性，我們利用光纖光柵及相關 光元件達到此功能，所設計之模組需具有波道間功率平坦性、高信號雜訊比等優點，並採用 模擬分析參數以得到最佳化設計。

主題二：拉曼光纖放大器製作及應用

拉曼光纖放大器於WDM 系統上有著其應用價值，一般常採用後向泵激方式以降低極化對光 信號的影響，而且搭配色散補償光纖以解決單模光纖造成的色散問題，再者色散補償光纖亦 能提昇放大器之增益，使得輸出信號更為穩定，其優點與應用如下所列：

1. 增益介質為一般單模光纖，與光纖通訊系統之相容性極高，若再搭配色散位移光纖或色 散補償光纖則可大大改善放大器的色散問題，並同時可提高泵浦光與傳輸光信號之間的 受激拉曼散射現象，使得光信號得到的有效拉曼增益更大。

2. 只要選擇適當的泵浦光波長，透過受激拉曼散射（SRS）效應，可將小訊號加以放大，因 此光放大信號的機制並不受其他因素影響，放大的波段也因此而延伸，此項優點彌補了 EDFA 頻寬不足的缺點，使得拉曼光纖放大器在未來網路資訊流量與日遽增的情況下，

顯得更加適用與重要。

3. 由於拉曼光纖放大器是在很長的光纖中將信號慢慢的地放大，而且放大是沿著光纖分佈 而不是集中放大，使得輸入光纖的光功率逐漸降低，進而非線性效應大? 減少，而且雜 訊也慢慢的累積，因此可以獲得較低的雜訊(Noise)，這對於高容量 DWDM 系統相當適 用。

4. 由於拉曼光纖放大器所需價格仍相當昂貴，所以可搭配 EDFA 做為系統傳輸，利用 EDFA 之高增益與拉曼放大器之低雜訊，一來可降低成本，二來可增加傳輸距離，第三還可擴 增頻寬，所以EDFA+RFA 實為目前用來改善高容量 DWDM 系統之一重要方法。

面對未來龐大的資訊量，如果要使得系統之傳輸容量增加的話，其解決的方法有三：第一、

增加信號傳輸速率；第二、在有限頻寬裡降低通道間的間距；第三、擴增頻寬。針對第一種 方法而言，當傳輸速率增加至10Gbit/s，甚至 40Gbit/s 時，即會產生更加嚴重的色散問題，

此時色散補償可能愈加困難。針對第二種方法，當通道間隔從0.8nm 降至 0.4nm 甚至 0.2nm 時，雖然傳輸容量增加了，但由於波道太過接近，導致一些非線性現象的干擾發生，如串音

（Crosstalk）與四波混頻（Four Wavelength Mixing）… 等，再加上系統對波長偏移更加 敏感，因此需要採用穩頻技術，此等問題都增加信號的不穩定性。而針對第三種方式，拉曼 光纖放大器正好有寬頻帶這項優點，而且其兼具低雜訊指數與溫度穩定性佳等多項優點，因 此拉曼光纖放大器更適合用於高速率，高容量的光纖骨幹網路。

目前發展中的光放大器主要有摻鉺光纖放大器(EDFA)、半導體光放大器(SOA)和拉曼 光纖放大器(FRA)等三類，拉曼光纖放大器的研製始於 80 年代，並在 90 年代末期取得重大 突破。在現今光通信系統設計中，要如何有效地提高光信號傳輸距離，減少中繼站數目，降 低雜訊干擾，一直是人們不斷追求的目標。拉曼光纖放大器有較具彈性之帶寬可以選擇，其 雜訊指數也較一般光纖放大器為低，甚至不需要增益光纖就可以作Remote Pumping，因此 在光纖網路快速發展的通訊系統裡面，拉曼光纖放大器即成為一項非常重要的技術，因此最 近幾年它的研製和改進在全球仍方興未艾，切入研發之時間點也很洽當。

現今網路蓬勃發展，為了應付如此龐大的資料量，國際間紛紛大量鋪設光纜進行網路 建設，而且WDM 技術是現今光纖網路的主流，有效利用頻寬乃是系統業者努力的方向，進 而配合頻寬大、穩定性高的光放大器實為確保網路資料傳輸穩定的圭鎳，尤其以拉曼光纖放 大器最為看好，因為分佈式拉曼光纖放大器其增益介質就是一般傳輸資料的單模光纖，並不 需要特殊的光纖或機制將信號加以放大，而且它可以比較彈性地選擇我們想要的頻帶，如通 訊波段1.55µm 左右的光信號，以及 L-band（1570-1610 nm），甚至S-band（1470-1530 nm）…

等，就資料量日益遽增的光網路而言，這無疑是一個相當重要的解決方式，再者它對整個系 統的雜訊影響甚低，雖然說高功率的泵浦光會導致一些非線性現象的發生，如激發式布里淵 散射（Stimulated Broullion Scattering, SBS）及四波混頻（Four Wavelength Mixing, FWM）

效應，但這些都有解決之道，因此拉曼光纖放大器是非常適合用於長距離、高速率的光纖網 路。光纖放大器可分為前向放大（forward pumping）、後向放大（backward pumping）與 雙向放大（bi-directional pumping）的架構。以 EDFA 來說，前向泵激可降低雜訊指數，

提高系統的靈敏度；後向泵激可增加信號的輸出功率；雙向泵激則兼具低雜訊指數與高輸出 功率的特性。就拉曼光纖放大器而言，前向泵激與後向泵激所得到的增益是差不多的，但由 於前向泵激的方式較易受極化影響，因此拉曼光纖放大器一般都使用後向泵激的方式。

對拉曼光纖放大器，若要取得高增益且平坦而又寬廣的放大波長帶寬的話，不外乎下 列幾個參數優化設計：增益介質(光纖)的長度、種類與擺放位置、泵浦光的功率大小、數目 多寡與泵浦光波長的選用。將借助北京大學研究生在理論分析之專長，來印證之前在台科大 所作之實驗結果。

赴大陸研究對學術、科技、社會、經濟各層面之影響

此次邀訪學校是大陸首屈一指大學，光通信網與光纖通信系統實驗室是大陸之重點發 展院校系所。該單位從事光通信網路及大容量高比特率波分複用通信系統任務研究馳名大 陸，已有20 餘年歷史，現有教授、博士後及研究生 70 餘人，先後完成或正在承擔大陸之 國家自然科學基金委，國家高科技發展計劃等科研任務 30 餘項。1997 年建立了全國第一 套波分複用光纖通信系統工程“深圳一廣州 4×2.5Gbit/s 154 公里無中繼波分複用光纖通信 系統”（國內之中華電信約在同時完成大園－馬祖 4×2.5Gbit/s 無中繼波分複用光纖通信 系統）。波長轉發器等技術已轉讓給大陸和美國等相關單位。近年來的研究重點是在可擴異 構互連和資源優化的複雜信息網路、80 信道×40Gbit/s 波分複用通信系統及其關鍵器件方 面的研究。

學術：北京大學創建於1898 年，是中國第一所國立綜合性大學。北京大學現今之(中)國內 外學術地位，有兩則訊息可供參考：

1. 已經連續 20 年為世界大學排座次的《泰晤士高等教育增刊》（THES）推出 2004.11 期 榜單，由哈佛大學掛帥的美歐名校的強勢地位仍不可動搖，英國劍橋與牛津分居 6、7

名 ， 亞 洲 之 北 京 大 學 位 名 列 第 17 名 。 http://www.sciencehuman.com/party/

focus/focus2004/focus200411l.htm。

2. 由中國科學院主辦、中國工程院、國家自然科學基金會協辦的科學時報。對 2004 中國 大學研究所評價。在訊息（電子&通信）工程方面大陸前十名大學：依序是 1 清華大學 ２北京大學 3. 浙江大學 4.復旦大學 5.南京大學 6.華中科技大學 7.上海交通大學 8.

武 漢 大 學 9. 中 山 大 學 10. 西 安 交 通 大 學 http://kaoyan.cer.

net/article/20040909/3115278.shtml。

而北京大學電子系在該校居理工科志願一、二名，近年來的研究重點在可擴異構互連和資 源優化的複雜信息網路、8ch ×40 Gbit/s 分波多工光通信系統及其的關鍵元組件方面的研 究(限於經費，台灣學術單位尚無這種設備)。所以就學術成就及經驗交流多方考量，可藉 機與大陸頂尖學術機構互動，值得吾輩觀摩與經驗交流。

科技: 北京大學學生資質出眾，年輕教授留學海外者多，畢業校友在大陸之科技界甚至美 國華人科技圈之影響力不容輕忽，並且該校經常有國際訪問學者可以交流，例如電子系與 加大柏克萊分校電機資訊系建立訪問研究機制，對申請人而言是可以刺激研究與發展。再 者藉由計畫之執行，認識北大電子系師生，也許當政府開放大陸科技人才來台灣工作之時，

申請人可因為此次訪學經驗，推薦北大、清華畢業生來台為國內企業效力。

社會: 北京是大陸之文化古都，可利用例假日參訪故宮、長城、明十三陵、天檀、頤和園、

及著名大學（北京交大、北京郵電大學、北京清華大學等），它們值得參觀與親近。以增 進申請者之文化氣息，少一些匠氣。只怕陳義過高… 也許申請人之訪問研究可為兩岸學術 帶來一些良性互動。

經濟：台商從事光通訊公司大約有80 餘家，據悉在大陸有分公司或辦公室者就超過 70 家。

例如北京有隆磐科技分公司及台達電子等。到北京大學訪問可以作為連接台商及大陸高校 學生之橋樑即是一例，日後台商也可以與大陸之學界討論互動，參與本計畫之北大畢業生 或可成為台商延攬之對象，間接觸進兩岸之人才與經濟交流！

學術活動情形

北大提供之設備舉例包括光頻譜分析儀、多波道雷射光源、誤碼率分析儀(BER analyzer)、

訊號產生器、多波道雷射光源、調變器、誤碼儀、光纖多綑、高速光接收器、光時與反射 儀、可調光濾波器、PM 光纖熔接機、光纖放大器、光纖被動元件、光通訊相關軟體等。

以及最重要的是北京高校間400 km 環型測試網路系統 test bed，此系統極少對外人開放，

它是經過北大、清華、北京郵電大學、北京交通大學及機關公司！每一站都可作光信號塞 取測試(add/drop testing)。類似設備在台灣並無電信公司可茲提供，有使用之機會極為難 得。受訪機構指派博士生兩位，配合筆者在大陸一個月之研究，並且邀請筆者參加光通訊 研究群之 group meeting，了解該實驗室研究現況與觀察彼岸指導學生之方式以供參考。

訪學期間所獲致之研究成果發表成文章:

3 x SCI Journals

1. L. Dou, M. Li, S.-K. Liaw, A. Xsu and Y.-T. Lin, “Parameters optimization of a high pumping efficiency Raman fiber amplifier in a DCF double-passed scheme,

“Accepted, Optics Communications. 其摘要如下:

Abstract

By using the coupled steady-state equations, we have numerically studied the characteristics optimization of Raman fiber amplifier (RFA) in a signal/pump double-passed the gain medium scheme. The simulation results are in good agreement with those of experimental data. Given a constant pumping power, the length of dispersion compensation fiber (DCF) in a RFA could be determined. The optimum design shows that the best length of the DCF is at 3.8±0.2 Km in our study. This method could provide both the highest signal output power and the lowest noise figure among all conditions we chose.

Fig. 1-1 A simplified equivalent design to present the signal/pump double-pass RFA for simulation purpose

Fig. 1-2 The calculated results for both signal output power and noise figure versus DCF length at three signal wavelengths of 1585.5 nm, 1595.1 nm and 1604.7 nm, respectively.

2. M. Li, D. Liang, A. Xu, C.-K. Huang, Y.-G. Lai and S.-K. Liaw, “Performance Enhancement of Parallel Type C+L Band EDFA by Recycling the Residual Pump Lasers”, Microwave and Optical Technology Letters. vol. 48, no.10, pp. 1953-1955, 2006.

(SCI) 其摘要如下:

Abstract:

We proposed and demonstrated a novel signal/pump double-pass distributed Raman fiber amplifier by using a 3-port optical circulator as a reflective mirror. This unique RFA architecture not only doubles the amount of dispersion compensation, but also enhances the pumping efficiency. By Comparing with conventional signal/pump single-pass scheme, the proposed RFA have a 2.0 dB of gain improvement and a 3.7 dB of equivalent noise figure suppression measured at 1598 nm. The proposed RFA may find vast applications in long-haul transmission and optical network where dispersion compensation is highly concerned.

Fig. 2-1 Configurations design of three types distributed RFA’s with (a) signal/pump double pass pumping scheme.

Fig. 2-2 The comparison of Raman output power versus signal wavelength on three kinds of distributed RFA’s under 0 dBm input power.

Fig. 2-3 The comparison of Raman equivalent noise figure versus signal wavelength on three kinds of distributed RFA’s under 0 dBm input power.

3. L. Dou, M. Li, G. Li, A. Xu, D. Lan and S.-K Liaw, “Characteristics improvement of distributed Raman fiber amplifier by using signal/pump double pass scheme”, September issue 2006, Optical Engineering, 2006. (SCI) 其摘要如下:

Abstract

By recycling the residual pump power, performance improvements of parallel type C+L band erbium doped fiber amplifier are demonstrated. For C-band branch, the average gain and noise figure are enhanced by 2.0 dB and decreased by 1.1 dB, respectively. Whereas for L-band branch, the average gain is raised by 0.5dB and noise figure is lower by 0.3 dB. Bit error rate performance is verified with negligible power penalty of 0.3 dB for the proposed C+L band EDFA.

Fig. 3-1 Schematic diagram of the proposed C+L band EDFA

0 18 20 22 24 26 28 30

1530 1540 1550 1560 1570 1580 1590 1600 Gain vs.Wavelength

RP (W/O connection) RP (W/ connection)

Wavelength (nm)

Fig. 3-2 Performance comparison of (a) gain against wavelength, and (b) noise figure against wavelength of the conventional and proposed C+L band EDFAs.

0 3 4 5 6 7 8 9 10

1530 1540 1550 1560 1570 1580 1590 1600 NF vs. Wavelength

RP(W/O connection) RP(W/ connection)

Wavelength (nm)

Fig. 3-3 Bit error rate performances of (a) the proposed C-band EDFA at 1550 nm, and (b) the proposed L-band EDFA at 1585 nm in a 10 Gb/s, 50 Km lightwave transmission.

Int’l Conference papers

1. M. Li, D. Liang, A. Xu, C.-K. Huang, Y.-L. Hsiaoand S.-K. Liaw, “Characteristics improvement of C+L band EDFA by recycling the residual pump power”, OECC2006, Kaohsoung, Taiwan, paper 4P-010.

2. D. Liang, M. Li, Z. Li, A. Xu, C.-Y. Lan, Y.-T. Lai and S.-K. Liaw, “Characteristics imporvement of Raman fiber amplifier by using signal/pump double pass scheme”

OECC2006, Kaohsiung, Taiwan, paper 4P-011.

大陸高校現況與看法

2005 年有若干大陸頂尖高中畢業生捨北大、清華不唸而去香港唸大學，主因是香港各大學 提供優厚的獎助學金補助，而且以英文方式授課比例高，由於香港是英國及歐洲學院交流，

方便畢業後到歐洲留學。大陸之教授一般待遇不高，海外歸人很少有人願意到校執教，而 優秀博士畢業生也多到外商企業工作，畢業隔天之薪水即超過他的指導教授之情事常常發 生。表示學術生態文化和台灣是很不一樣的，所以大陸之學生一般對其指導教授信任度不 高、缺乏對指導教授信心者不乏其人。大陸因為文革十年，所有六十歲以上之現任教授通 常是只有碩士學位，所以在學術研究方面歷程比較吃虧，且因薪資因素，較缺乏國外學成 歸國之學人。

交通方面：大陸公車相當便宜，僅需1~2 元人民幣，但多數沒有冷氣，夏天作公車相當辛 苦，北京地下鐵密度較低便利性不高。計程車很便宜約台北二分之一，所以到北京可考慮 多坐計程車。大陸之小販或若干商店，看你是外地人，價錢有時會坑你。所以要有因應之 道。在食的方面：在北大校園內有多家餐廳，大江南北的特色小吃均有，一般價格均不高，

多是5~7 人民幣可以吃飽的。不過對餐巾紙有限制而且午晚餐開放時間短，所以人潮較集 中，吃飯感覺較不舒服。在通信方面，在北大有多種IP 電話卡可以買到，像中國聯通、中 國網通等。打回台灣一分鐘約2 塊錢新台幣，相較之下，中華電信之國際電話卡就顯得很 昂貴。工作環境方面，北大提供不錯之office 環境，上網較不方便源於有 IP 網關，不能直 接連到國外，應該是有網路警察在監控，情形與北京清華大學類似，網路使用限制比較多。

最後我們以兩岸首學之北大及台大作比較:

北大 台大

入學難易度

理文醫類大陸第一，每年各省約 2/3 榜首雲集北大，新生入學機 率不到1/1000

各類科系均為台灣第一，新 生入學機率約1/60

學生學習態度 大學部學生很認真，碩博士積極

性較弱

大學部學生很認真，碩博士 就學態度差異很大

畢業後就業待遇 (以工程為例)

碩士畢3000~5000 人民幣 博士畢7000~10000 人民幣

碩士畢35000~40000 新台幣 博士畢60000~70000 新台幣

在學子心中評價 常看見全國家長扶子攜幼來北

大照相紀念用

補習班、高中之招生廣告均 以台大為號召

國際化

國際評筆居全球15-20 名

北大與國際公司常有合作，也常 有造訪之國際大廠

努力中

校園景點 歷史古蹟涵蓋其中

古色古香，有”未名湖”

舊校舍具歷史古蹟，

有”醉月湖”

行政院國家科學委員會補助出席國際會議成果報告

參加 SPIE Optics East 2006 會議

出國開會補助編號：NSC 94-2219-E-011-007- 執行期限：95 年 09 月 30 日至 95 年 10 月 7 日 主持人：廖顯奎 國立台灣科技大學電子工程系 副教授

TEL: (02) 2737-6384, e-mail: [email protected] 中文摘要

本文摘錄2006 年 10 月上旬參加在美國麻州 波士頓市舉行之美東光電研討會議（Optics East 2006）之活動，包含行程與會議簡介、

開幕式演講、論文發表、商品展示、資料統 計與心得、人文風情。

關鍵詞：美東光電會議、光纖通訊、光纖感 測

英文摘要

This report summary the activities of Optics East 2006 Conference during October 1 to October 4, in Boston, MA, USA. The topics including conference at a glance, plenary talks, technical session, exhibition, data analysis and comments.

Key words: OPTICS EAST 2006, Optical communication, Optic sensing

一、行程與會議簡介

第七屆Optics East 2006 會議於 2005 年 10 月 1 日於美國麻州波士頓市舉行，筆者第一天由 臺北經由洛杉磯轉機，再搭美國國內航線飛 抵波士頓，便直接前往會場報到(歷經 24 小時 機場+飛機行程)，晚上閱讀相關資料，10 月 1 日參加開幕式演講並聽取論文報告，於10 月 3 日當晚之 POSTER SESSION，發表論文兩 篇，其餘時間則已聽講者心情吸收新知，利 用空閒瀏覽波士頓之名勝，於10 月 04 日下 午17:30 搭飛機回國，在太平洋上空度過沒有 月 餅 的 中 秋 節(歷經 27 小時機場+飛機行 程)，完成這一趟開會行程。

關 於 本 次 會 議 之 主 辦 單 位 國 際 光 電 協 會 (SPIE)，其官方網站有一段說明:

SPIE --The International Society for Optical Engineering is a not-for-profit professional society that has become the largest international force for the exchange,

collection and dissemination of knowledge in optics, photonics and imaging. Founded in 1955, SPIE organizes technical conferences around the world and publishes journals, books and proceedings, with over 225,000 technical papers available for download via the SPIE Digital Library. See http://spie.org for details. Optics East 2006 藉由交流光學 技術之文章，將其運用於工業, 生命科學與 通訊，此會議每年冬天於美東地區展開，是 每年舉辦一次之國際研討會，提供工程師及 研發人員與世界各地之光通訊與光電前瞻科 技專家交流與學習之平臺，除了與一般國際 會議類似之節目外，它整合了光纖感測於各 個領域，它吸引來自世界各國之專家學者及 廠商參加，參加者尋求將光電元組件與系 統、核心光電元組件應用於光感測、生物與 通信。它同時也提供光電與通訊技術及市場 訊息之機會，尤其是北美地區之資訊。

Optics East 2006 會 議 主 軸 議 題 為 (1) Electronic imaging and optical components (2) Optoelectronics (3) Signal processing (4) Sensors, sensor systems, and detectors (5) Fiber optic sensors and telecom technologies (6) Equipment and control systems for manufacturing (7) Robotic systems and machine vision (8) Environmental monitoring(9) Security and standoff detection technologies 。 Optics East 其實是由七個議題所及結而成，其中邀 請 論 文(Invited papers) 除地主國美國之 外，以日本最多，所以可聆聽到國際知名專 家學者之精闢演講。本次會議經彙整出版之 論文集包括以下各冊:

Optoelectronic Devices: Physics, Fabrication, and Application III；Photonic Crystals and Photonic Crystal Fibers for Sensing Applications II ； Nanomaterial

Synthesis and Integration for Sensors, Electronics, Photonics, and Electro-Optics Photonic Sensing Technologies；Advanced Photon Counting Techniques；Terahertz Physics, Devices, and Systems ； Optomechatronic Actuators, Manipulation, and Systems Control； Optomechatronic Sensors, Instrumentation, and Computer-Vision Systems ； Optomechatronic Micro/Nano Devices and Components II ； Advanced Environmental, Chemical, and Biological Sensing Technologies IV ；Chemical and Biological Sensors for Industrial and Environmental Monitoring II ； Photonic Applications for Aerospace, Transportation, and Harsh Environments ； Smart Medical and Biomedical Sensor Technology IV；Optics for Natural Resources, Agriculture, and Foods Two- and Three-Dimensional Methods for Inspection and Metrology IV ； Wavelet Applications in Industrial Processing IV ； Intelligent Robots and Computer Vision XXIV: Algorithms, Techniques, and Active Vision Environmentally Conscious Manufacturing VI

Optical Methods in the Life Sciences Next-Generation Communication and Sensor Networks 2006 Optical Transmission Systems and Equipment for Networking V；Active and Passive Optical Components for Communications VI ； Broadband Access Communication Technologies ； Multimedia Systems and Applications IX；Three-Dimensional TV, Video, and Display V

Nanophotonics for Communication:

Materials, Devices, and Systems III 二、開幕式演講

今年之開幕式邀請三位知名人物，他們姓名 與講題分別是:

第 一 位 是 Murali S. Nair 來自 National Science Foundation ， 講 題 為 『 The

NSF/SBIR Innovation Model』他講授摘要 為: General information about the Small Business Innovation Research/Small Business Technology Transfer Programs at the National Science Foundation was provided. The presentation then described the NSF/SBIR Innovation Model and provide key program statistics. The review criteria and the review process then be explained. Insight into upcoming topics areas and the development of various future solicitations, with special focus on the "Electronics" solicitation was provided. The funding of small businesses pursuing electro-optics, photonics, MEMS, RF, Instrumentation and sensor technologies is described.

Finally, commercialization strategies used by the NSF/SBIR program to help portfolio companies was presented.

第二位是 Gert. J. Eileberger 來自 Alcatel SEL AG, Research & Innovation Center，講 題 為 『 Flexible optical transport networks-layer 2 technologies』他演講摘錄 為 : This talk deals with potential evolution scenarios from today's networks towards long term network architectures for multi-layer transport with a novel Layer 2 transport service based on optical and opto-electronic burst/packet techniques providing the flexibility, scalability, reliability and Quality of Service to support all future higher layer services optimizing both CAPEX and OPEX. An integrated control plane on the basis of GMPLS protocols will support the mostly automatic network operation by a vertical integration of Layer 1-2-3 technologies and a horizontal integration of domains providing end-to-end control and QoS. This long term evolutionary process needs to cover as well the necessary steps in the evolution of current standards.

第三位是 Mario Paniccia 來自 Photonics Technology Lab, Intel Corp. ， 講 題 為

『Prospects of Silicon Photonics for future VLSI interconnects』，他講授摘要為: The silicon chip has been the mainstay of the electronics industry for the last 40 years and has revolutionized the way the world operates. Today a silicon chip the size of a fingernail contains nearly one billion transistors and has the computing power that only a decade ago would take up an entire room of servers. Silicon photonics that mainly based upon silicon on insulator (SOI) has recently attracted a great deal of attention since it offers an opportunity for low cost opto-electronic solutions for applications ranging from telecommunications down to chip-to-chip interconnects. Recent advances and research breakthroughs in silicon photonic device performance over last few years have shown that silicon can be considered as a material onto which one can build future optical devices. While significant efforts are needed to improve device performance and to "commercialize" these technologies, progress is moving at a rapid rate. If successful, silicon photonics may similarly come to dominate the optical communications as it has the electronics industry. In this session, Dr.

Paniccia provided an overview of silicon photonics research at Intel and discussed the key building blocks needed for

"siliconizing" photonics. The talk also discussed if and how the combination of advanced CMOS electronics with photonics could be used for future optical interconnects and discuss what key challenges are needed to be addressed in order to make this transition happen. In addition the presentation discussed some of the practical issues and challenges with processing silicon photonic devices in a high volume CMOS manufacturing environment.

三、論文發表

筆 者 此 次 發 表 之 兩 篇 論 文 ， 其 一 是

『 Reconfigurable optical add/drop

multiplexer with 8.0 dB net gain using double pass amplified scheme,』摘要如 下 :We proposed N-channel power compensated and reconfigurable optical add/drop multiplexer (ROADM) based on the utilization of fiber Bragg gratings (FBGs). Bothtunable and fixed fiber Bragg gratings are used in this ROADM. By using the dual-pass amplification scheme, an 8.0 dBoptical net gain is achieved with gain variation under ±0.5 dB for each add/drop/pass-through channel. System demonstration bit error rate performance with only 1.2 dB of power penalty in a10 Gb/sx 4 Ch, 100-km lightwave transmission is observed. 其二是” 『An intensity modulation based high-speed and high-resolution long-period fiber grating sensor interrogating system』摘要 如下: Tunable fiber Bragg grating based active optical add/drop multiplexer with 15.2 dB gain is obtained.

圖一 筆者第一天抵達會議報到處留影

圖二 筆者發表之其中一篇壁報論文

A fast responding interrogation system