光通讯元件与模组技术最新发展趋势
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■ 299 ■光纖通訊元件與模組技術之最新發展趨勢賴映杰交通大學光電所暨工研院光電所 e-mail: yclai@.tw[摘要]隨著光纖通訊產業的蓬勃發展,新型光纖通訊元件與模組的推出也越來越多,而其中所應用的物理原理也很多采多姿。
本文將隨興介紹光纖通訊關鍵元件與模組技術的一些新的發展趨勢,也會順便說明這些元件及模組裏面所運用的光學或物理原理。
一、前言目前以全球而言,光通訊產業的產值已經占全球光電產業產值的1/4,與顯示器、影像相關產品、及光儲存產品鼎足而立,是光電產業的四個主要支柱。
全球光電產業產值在1999年是1855億美元,所以光通訊產業目前的規模大約是接近500億美元的規模。
至於在光通訊產業中,依產品或技術的層次大致可分為元件與材料、模組與構裝、設備與系統這三個層次。
在圖一中我簡單列出了每個層次的一些主要技術或產品,這些技術或產品其實也正是這一兩年來全球競相發展的方向。
圖一:光通訊關鍵技術與產品最近光通訊技術的發展方向還可以簡單地以圖二中的兩個趨勢來描述:圖二:光通訊技術發展趨勢在其中所謂的DWDM 技術指的是在同一光纖中同時傳播多個光波長很接近(100GHZ 或更小)的頻道(假定一個波長代表一個頻道)之技術,如此一來不需要增加光纖就可以把總傳輸容量一直倍增下去,這樣才有辦法滿足Internet 上每9個月傳輸容量需求就增加一倍的盛況。
而要充分實現及利用這■ 300 ■種DWDM 概念,就必須發展出很多新的DWDM 元件、模組、及設備系統,也必須發展能夠有效管理這麼多個光波長頻道的網路管理技術,所以就有很多技術研發上的工作需要完成。
在DWDM 系統中所需要的關鍵元件與模組可以從圖三的示意圖中看出:圖三:DWDM 系統示意圖基本上其中最主要的元件及模組包括:(1) 被動元件及模組:波長多工/解多工器、擷取器、色散補償裝置、光學開關等。
(2) 主動元件及模組:DWDM 光傳接模組、光放大器、可調頻/選頻光源等。
光通信的市场前景与发展趋势随着信息技术的飞速发展,网络已经成为了人们生活和工作中不可分割的一部分。
而网络的快速发展离不开可靠高效的通信技术,光通信技术在这个领域中具有不可替代的作用。
它以光作为信息传输的介质,具有高速、大容量、远距离传输等优点,被广泛应用于通信、宽带接入、数据中心等领域。
那么,光通信的市场前景和发展趋势是什么呢?一、市场前景1. 需求旺盛随着人们生产、生活方式和工作环境的不断变化,对通信速度和宽带容量的需求越来越大,这对传统的铜线通信技术提出了更高的要求。
而光通信技术可以满足高速、大容量、长距离传输的需求,可以搭载更多的数据和媒体,能够更好地支持现代化信息技术的发展。
因此,光通信技术的需求在不断增加。
2. 应用广泛光通信技术广泛应用于通信、数据中心、宽带接入等领域。
在通信领域,光通信技术作为高速、高可靠、大容量的传输技术,早已成为全球通信网络的骨干。
在数据中心领域,光通信技术已成为连接计算机和网络设备的重要工具,可以高速、低延迟地传输大量数据。
在宽带接入领域,光纤进入家庭已成为趋势,既解决了家庭宽带噪声大、容量小的问题,又满足了人们高速互联的需求。
3. 增长潜力大随着科技和市场的推动,光通信技术有望在全球范围内实现更大的增长空间。
据市场调查公司MarketsandMarkets预计,到2025年,全球光通信市场规模将从2019年的205.71亿美元增长到360.36亿美元,年增长率为7.47%。
二、发展趋势1. 高速化、高可靠性光通信技术的发展趋势是高速化、高可靠性。
在基础设施建设方面,随着新光纤、新光缆的不断研发和推广,光通信的速度、容量、可靠性等方面已经得到了大幅提升。
在应用方面,高清视频、云计算、物联网等新兴应用的快速崛起,也对光通信技术提出了更高的要求。
因此,未来的光通信技术将更加注重高速、高容量、高可靠性。
2. 智能化随着技术的不断进步,人工智能、大数据、区块链等新技术越来越成熟,并在光通信领域得到广泛应用。
光纤通信关键技术现状和未来发展趋势近年来,随着信息技术的迅速发展,光纤通信作为一种高速、大容量的传输技术,已经在全球范围内广泛应用。
它通过利用光的传输特性,实现了可靠的长距离传输和高带宽需求。
本文将讨论光纤通信的关键技术现状以及未来发展趋势。
首先,我们来看一下光纤通信的关键技术现状。
光纤通信系统主要由发光器、光纤、光谱和接收器等部分组成。
发光器是将电信号转换为光信号的关键组件,目前主要采用激光二极管作为发光器件。
光纤作为信息传输介质,在光信号传输中起到了至关重要的作用。
尤其是单模光纤,由于其低损耗和高带宽的特点,已经成为光纤通信的首选。
另外,光纤通信还需采用光谱对信号进行多路复用,以提高光纤传输中的信息传输速率。
在光纤通信的未来发展趋势方面,可以预见以下几个方向:首先是光纤通信的容量优化。
随着用户对高速互联网的需求不断增加,光纤通信需要进一步提高传输容量。
为了实现这一目标,一方面可以采用更高性能的光纤和光器件,例如多核光纤和量子点激光器。
另一方面,还可以采用更高级的调制和解调技术,例如16QAM和64QAM等调制技术,以提高光信号的传输速率和容量。
其次,光纤通信将更加重视能源效率和环境可持续性。
随着全球能源短缺和环境问题的日益突出,光纤通信系统需要更高效和可持续的能源利用方式。
一方面,可以研发低功耗的光纤通信设备,例如采用低功耗激光器和光电转换器。
另一方面,可以通过光纤网路拓扑和链接优化,减少能源消耗,并且将光纤通信与可再生能源相结合,以实现更为环保的光纤通信系统。
此外,光纤通信在无线通信领域将起到更重要的作用。
随着移动通信的快速发展,无线通信系统需要更高速、更稳定的信号传输。
而光纤通信正可以提供这样的能力。
通过将光纤与无线通信系统相结合,可以实现更远距离的传输和更高速的数据传输,从而满足不断增长的无线通信需求。
此外,光纤通信还可以用于远程医疗、智能交通和智能家居等领域,进一步促进信息技术的发展和应用。
光通信领域的新技术发展趋势光通信是一种高速传输数据的技术,它涉及到光学和通信两个领域。
随着科技的不断发展,光通信领域也不断涌现出新的技术和趋势。
下面我们来看看光通信领域的新技术发展趋势。
一、操作光子操作光子是一种将光子转换为电子供计算机使用的技术。
通过操作光子,可以提高数据传输的速度和容量,缩短信号传输的延迟。
随着硅基材料的不断改进,操作光子的技术也在不断拓展。
这种技术可以用于数据中心和云计算等领域,提升数据处理和储存的效率。
二、单光子源技术单光子源技术是一种将单个光子放入纳米结构中发射的技术。
这种技术可以用于安全通信和量子计算等领域。
单光子源技术的应用可以有效地防止信息被监听和窃取,从而保证通信的安全性。
三、空间分集技术空间分集技术是一种将光分成不同的空间波束进行传输的技术。
该技术可以提高传输速度和容量,同时也可以提高数据传输的可靠性和安全性。
这种技术被广泛应用于卫星通信、无线通信和光纤通信等领域。
四、光纤降噪技术光纤降噪技术是一种降低光纤信号噪声和失真的技术。
通过光纤降噪技术,可以提高光纤传输的质量和稳定性,从而使数据传输更加准确和快速。
这种技术也可以延长光纤的使用寿命,减少维护和更换的成本。
五、集成光电芯片技术集成光电芯片技术是一种将光学元件和电子元件集成于同一芯片上的技术。
该技术可以大大提高光通信设备的性能和可靠性,同时也可以减少设备的体积和成本。
集成光电芯片技术已经被广泛应用于光纤通信、无线通信和卫星通信等领域,成为未来通信技术的重要发展方向。
以上是光通信领域的新技术发展趋势。
随着技术的不断创新和发展,未来光通信领域将会有更多的突破和进展。
我们可以期待,这些技术的应用将会对人们的生活和工作产生深远的影响。
光通信技术的前沿研究及发展趋势光通信技术是指利用光来传输信息的技术。
与传统的电信技术相比,光通信技术具有传输速率高、带宽大、信号衰落小等优势,被广泛用于现代通信领域,包括互联网、移动通信、卫星通信等方面。
目前,随着信息技术的不断发展,光通信技术也在不断进步和发展,本文将对其前沿研究及发展趋势进行探讨。
一、光通信技术的前沿研究光通信技术的前沿研究主要聚焦在以下几个方面:1.高速光通信随着人们对通信速率越来越高的需求,高速光通信技术在近年来得到了广泛的关注和研究。
此类技术主要包括高速调制技术、高速数字信号处理技术等。
其中,高速调制技术是重点研究的技术之一,主要目的是将数字信号转换为高速调制的光信号,实现高速数据传输。
目前,科学家们已经成功研究出了10 Tbit/s的高速光纤通信技术,未来还有望实现更高的传输速率。
2.光与微波混合通信技术光与微波混合通信技术是一种将微波信号和光信号结合起来的技术,能够提高数据传输能力和传输距离,应用于军事通信、民用通信和卫星通信等领域。
此技术的关键在于光与微波信号的合并和分离方法。
3.光纤传感技术光纤传感技术是利用光的传输方式实现多种物理量的测量和监测,包括温度、压力、振动、形变等参数。
这种技术可以应用于环境监测、工业生产、医学等领域,具有高灵敏度、高精度、低成本等特点。
4.下一代光通信网络目前,人们已经开始着手研究下一代光通信网络,其主要目的是提高网络的灵活性、容量、安全性以及先进性。
同时,人们也在研究如何实现更快速和更有效的光纤通信网络连接,以及如何在光纤通信网络中实现更快速、更高效的信息交换。
二、光通信技术的发展趋势光通信技术的发展趋势主要包括以下几个方面:1.光通信技术将会应用于更多的行业和领域随着人们对通信速度和数据传输能力的要求日益增加,以及物联网技术的发展,未来光通信技术将会应用于更多的行业和领域,包括智能家居、智慧城市、智能交通等。
2.长距离光通信网络的建立为了满足人们对数据传输能力和速度的需求,未来光通信技术将不仅仅应用在城市中心和商业中心,也将应用于更多地方,包括农村和偏远地区。
光通信技术及发展趋势随着信息技术的不断发展,光通信技术在现代通讯中的地位越来越重要。
光通信技术利用光传输信息,因其传输速度快、容量大、抗干扰能力强等优点,逐渐成为了现代通信发展的方向。
本文将介绍光通信技术的发展历程以及未来趋势。
一、光通信技术的发展历程1970年代,光导纤维的出现为光通信技术的发展奠定了基础。
1980年代,以单模光导纤维为代表的光纤通信技术开始得到应用。
1990年代,全球互联网的兴起以及数字化、网络化的需求爆发,进一步推动了光通信技术的发展。
随着光通信技术的日益成熟,光模块、光放大器、光开关等光器件也逐渐发展起来。
早期的光纤通信技术,其传输速度还较慢,只有几M/s。
随着技术的不断发展,目前已经实现了T级别bps的传输速度,可以满足大数据传输、高清视频传输、远程会诊等应用需求。
二、光通信技术的发展趋势1. 纤芯数的增加随着数据传输量的不断增加,传统单模光纤的容量已经无法满足需求。
现在,多模光纤、微细光纤等新型光纤已经被广泛应用,解决了传输容量不足的问题。
但是,这些技术仍有局限性。
在大规模数据中心等高带宽应用中,人们期望能够使用纤芯数更多的光纤。
据悉,现在已经出现了512芯的光纤。
未来,单个光纤可能拥有成千上万个光学通道,容量将更进一步提高。
2. 高速与低功耗目前,人们期望使用更快、更省电的硬件来传输数据。
同时也需要更少的设备来构建网络。
此外,使用低能耗设备还能减少能源消耗和减轻环境污染。
因此,在接下来的几十年里,我们可以期待在设计光设备时,将更多地关注提高性能和降低能源消耗。
3. 光电一体化和往常一样,集成电路的性能还有进一步改进的空间。
这些改进得以实现,主要意味着新的设计和新材料的整合。
由此,光电一体化技术将会成为重要的发展趋势。
未来,这种技术将会取得更多的进展,促进更快的速度和更多的数据传输。
4. 软件定义网络软件定义网络(SDN)是一种新型网络技术,它采用的是控制层与数据层分离的结构,可以实现自主配置、智能优化、快速部署等优势。
光通信技术的未来趋势随着近年来互联网的高速发展,人们对于传输速度和带宽的需求也越来越高。
在这样的背景下,光通信技术就应运而生。
相比于传统的电信网络,光通信技术的带宽更大、传输速度更快、传输的距离更远,从而使得信息交流变得更加高效便捷,这也是为什么现在越来越多的人和公司开始选择光通信技术。
那么未来在光通信领域,技术的发展趋势会是怎样的呢?首先,光通信的极高速传输速度将会是未来的主流。
随着新型材料、新型器件的出现,人们对于光学组件的要求也越来越高。
在此基础上,光通信的传输速度将会逐渐提高,并很快达到超过1Tbps的级别。
而随着量子通信的发展,未来人们可以利用量子叠加原理来传输数据,从而实现更高的传输速度和更安全的信息交流。
其次,随着光通信技术的不断成熟,未来的光通信系统将会越来越稳定。
一些新兴的技术和手段,如智能分布式光纤传感技术、多维传输技术等,都将进一步提升光纤传输的可靠性和稳定性。
而且,各种通信技术的融合,如5G、物联网、云计算等,也将会推动光通信系统的进一步发展,从而更好地满足人们多元化、高效、智能的通信需求。
另外,未来的光通信系统也将会更加灵活和智能化。
例如,利用人工智能算法对光通信进行更细致、精确地调节,从而实现更加灵活的系统控制和智能化的管理。
此外,目前光通信系统的光路较为简单,未来光通信的路由技术将进一步完善,使得光路的布局更加灵活与高效。
总之,随着时代的发展,光通信系统将越来越多地具有智慧化、自适应化等特点。
最后,未来的光通信系统将会更加开放、稳定与可靠。
随着云计算等新兴技术的兴起,人们对于数据隐私和信息安全的要求也越来越高。
因此,未来光通信系统需要不断提升安全防护的能力,打造更强大的安全体系,及其完整的安全管理系统。
此外,未来的光通信系统应该具备更高的开放性,通过开放、自由的数据共享,促进各个行业和产业之间的交流与融合,从而为人们带来更多的利益和便利。
总之,未来的光通信技术将会在速度、稳定性、灵活性和安全方面取得更加卓越的成就。
光通信技术及应用现状与未来发展趋势分析随着社会的发展,人们对通信技术的需求越来越高。
而在众多通信技术中,光通信技术成为研究的热点。
它具有传输速率快、传输距离远、传输能力强等优点,受到了广泛的重视和应用。
本文将探讨光通信技术的应用现状以及未来发展趋势。
一、光通信技术的应用现状光通信技术起源于20世纪60年代,当时光纤还处于实验室阶段。
随着技术的不断进步,如今光通信技术已广泛应用于各种场景。
1. 光纤通信光纤通信是光通信技术最为普及的应用之一。
光纤通信的优点在于,传输速率高,传输距离远,传输能力强。
目前,光纤通信已成为基础通信设施的一部分,广泛应用于电信、广电、军工等领域。
2. 光通信传感光通信传感是一种基于光学原理实现的环境监测技术。
通过激光束和光学元件的作用,可以测量环境中的各种物理量。
例如,在石油勘探中,可以利用光通信传感技术实现井下环境的温度、压力、流量等数据的测量。
3. 光通信卫星光通信卫星是指利用光通信技术实现卫星之间相互通信的技术。
相比传统的微波通信,光通信卫星的传输速率更高、噪声更小、安全性更好。
目前,国内外许多科研团队正在研究光通信卫星的技术,以实现更快、更稳定的卫星通信。
二、光通信技术的未来发展趋势未来,光通信技术的发展将朝着以下几个方向发展:1. 量子通信量子通信是一种以量子位为基本单位的通信技术,具有传输速率快、传输距离远、传输安全等特点。
相比传统光通信技术,量子通信能够更好地保护信息的安全性。
目前,全球范围内许多科研团队正在加紧研究量子通信的技术,以实现更快、更安全的通信方式。
2. 光电子集成技术光电子集成技术是指将光学和电子技术集成起来,实现更高效、更稳定的通信。
相比传统的光通信技术,光电子集成技术更具有波长对齐性、波导耦合等优势。
未来,随着光电子集成技术的不断进步,普通用户也能够享受到更稳定、更高速的通信服务。
3. 光子晶体技术光子晶体技术是指利用光学晶体的特殊结构和光学性质,实现更高效、更精确的通信。
2024年光学模组市场分析现状引言光学模组是指将光学元件和电子元件集成在一起,实现光电互联的技术。
随着光纤通信、光学传感、光学显示等领域的快速发展,光学模组市场正在经历广阔的增长机遇。
本文将对光学模组市场的现状进行分析。
市场规模根据市场研究机构的数据,光学模组市场在过去几年中保持了稳定的增长。
根据预测,2022年光学模组市场的总体规模将达到X亿美元。
这主要得益于光纤通信领域的快速增长以及智能手机和消费电子市场的需求上涨。
市场驱动因素1. 光纤通信的普及随着互联网的普及和大数据的快速增长,光纤通信成为了传输速度更快、带宽更宽的选择。
光学模组作为光纤通信的核心组件,因其高度集成化和可靠性而受到市场的青睐。
2. 智能手机和消费电子市场的需求增长智能手机和消费电子产品对于高质量的图像传感和显示技术的需求日益增长。
光学模组在这些设备中被广泛应用,用于图像传感和摄像功能,推动了市场需求的增长。
3. 光学传感技术的进步光学传感技术在工业自动化、医疗健康、环境监测等领域发挥着重要作用。
光学模组作为光学传感技术的关键组成部分,其市场需求还有很大增长空间。
市场竞争格局目前,光学模组市场存在着一些主要的竞争厂商。
这些厂商在技术研发、生产制造和市场推广等方面具备一定优势。
在光纤通信领域,主要的竞争厂商包括富士通、华为、日本电气等。
在智能手机和消费电子领域,主要的竞争厂商包括三星、LG、索尼等。
市场竞争主要体现在产品性能、价格和售后服务等方面。
厂商通过不断创新和技术进步,提高产品性能,降低价格,争夺市场份额。
同时,提供专业的售后服务也是吸引客户和保持竞争优势的关键。
市场发展趋势1. 面向高带宽和低延迟的需求随着5G时代的到来,对高速传输和低延迟的需求将变得更加重要。
光学模组作为高速传输的核心技术之一,将会迎来更大的市场需求。
2. 小型化和集成化随着科技的进步,人们对设备的小型化和便携性要求越来越高。
光学模组市场将朝着更小巧、更高集成度的方向发展,以满足市场需求。
光通信技术的现状及未来发展趋势随着人们对高速互联网带宽的需求越来越高,光通信技术成为了现代通讯领域中最重要的技术之一。
光通信技术可以大幅提高通讯速度,提升数据传输的稳定性以及保证通讯的安全性,被广泛应用于现代通讯场景中。
本文将对光通信技术的现状和未来发展趋势进行深入探讨。
一、光通信技术的现状光通信技术从20世纪90年代开始逐渐发展壮大,随着光纤通讯技术的不断进步,光通信技术也得到了快速的发展。
目前,光通信技术已经成为了现代通讯领域中最为主流和成熟的技术之一。
现在,大多数的国家和企业都在积极推广和应用光通信技术,已经进入了全球迅速发展期。
光通信技术的核心是光纤,光纤作为信息传输的载体,具有以下优势:传输距离长、带宽大、传输速度快、传输信号稳定等。
目前,光纤通信的传输速度已经达到了高达4Tbps的水平,而且还有不断提升的趋势。
相比之下,传统的通信技术则是通过电信号来传输信息的,但电信号在传输过程中会受到干扰,传输距离也相对较短,带宽和传输速度也比较低。
对比传统通信技术,光通信技术在各个方面的表现都更为优异,因此受到了广泛关注和认可。
光通信技术主要可以分成两种类型,一种是单模光纤,另一种是多模光纤。
单模光纤可以保持光信号在传输过程中的单一性,不会受到信号的干扰,因此保证了信号传输的稳定性和可靠性。
多模光纤则是利用多个信号轴对光信号进行传输,这种方式传输更适合于短距离的通信。
现在,光通信技术被广泛应用于各种场景中,比如说数据中心、互联网、通信网络、银行系统、军事通讯、医疗设备、交通管制等等。
在这些应用领域中,光通信技术都可以大幅提高数据传输的速度和稳定性,为人们的生活和工作带来了极大的方便和效率。
二、光通信技术的未来发展趋势虽然光通信技术在现阶段已经非常成熟,但是随着科技不断进步,光通信技术还将面临许多挑战。
未来的发展方向主要集中在以下几个方面:1. 量子纠缠技术量子纠缠技术是一种新型的信息传输方式,其传输速度可以达到比目前光通信技术高数千倍的程度。
■ 299 ■光纤通讯组件与模块技术之最新发展趋势赖映杰交通大学光电所暨工研院光电所 e-mail: yclai@.tw[摘要]随着光纤通讯产业的蓬勃发展,新型光纤通讯组件与模块的推出也越来越多,而其中所应用的物理原理也很多采多姿。
本文将随兴介绍光纤通讯关键组件与模块技术的一些新的发展趋势,也会顺便说明这些组件及模块里面所运用的光学或物理原理。
一、前言目前以全球而言,光通讯产业的产值已经占全球光电产业产值的1/4,与显示器、影像相关产品、及光储存产品鼎足而立,是光电产业的四个主要支柱。
全球光电产业产值在1999年是1855亿美元,所以光通讯产业目前的规模大约是接近500亿美元的规模。
至于在光通讯产业中,依产品或技术的层次大致可分为组件与材料、模块与构装、设备与系统这三个层次。
在图一中我简单列出了每个层次的一些主要技术或产品,这些技术或产品其实也正是这一两年来全球竞相发展的方向。
图一:光通讯关键技术与产品最近光通讯技术的发展方向还可以简单地以图二中的两个趋势来描述:图二:光通讯技术发展趋势在其中所谓的DWDM 技术指的是在同一光纤中同时传播多个光波长很接近(100GHZ 或更小)的频道(假定一个波长代表一个频道)之技术,如此一来不需要增加光纤就可以把总传输容量一直倍增下去,这样才有办法满足Internet 上每9个月传输容量需求就增加一倍的盛况。
而要充分实现及利用这种DWDM 概念,就必须发展出很多新的DWDM 组件、模块、及设备系统,也必须发展能够有效管理这么多个光波长频道的网络管理技术,所以就有很多技术研发上的工■ 300 ■作需要完成。
在DWDM 系统中所需要的关键组件与模块可以从图三的示意图中看出:图三:DWDM 系统示意图基本上其中最主要的组件及模块包括:(1) 被动组件及模块:波长多任务/解多任务器、撷取器、色散补偿装置、光学开关等。
(2) 主动组件及模块:DWDM 光传接模块、光放大器、可调频/选频光源等。
最有趣的是,可以用来制作这些组件及模块的技术竟然有许多种,而且常是全新的技术,且各有优劣,所以就成了百家争鸣,大家一起到庙会摆摊的盛况。
至于在光纤局域网络及撷取网络上的应用需求则又稍有不同,在此发展的重点倒不在于DWDM 的技术,因为目前多半的局域网络及撷取网络都还没有发展到这种程度,所需的总传输率还不像在都会网络或传输网络中那么高。
譬如目前最热门的Optical Ethernet ,1Gb/s 的传输标准早已制订,10Gb/s 标准目前正制订中[1],从这里也可看出其实局域网络的传输速率已经与骨干或传输网络中单一频道的传输速率差不多了。
对光纤局域网络及撷取网络的发展而言最关键的因素是成本,只有成本低到一般的使用者负担得起才能够广被采用,这也是为什么在方面大家的重点都摆在如何制作出便宜但又高速的光传接模块上面。
在以下的篇幅里我就来根据上述的分类方式叙述一下有哪些有趣的光通讯组件及模块技术,顺便也提一下其工作原理。
二、光通讯被动组件及模块技术DWDM 光通讯被动组件及模块中最基本的就是DWDM 光波长多任务/解多任务器,它的功能正是要来将各种不同波长的光合并到同一光纤(多任务)或分开到不同光纤(解多任务)。
因为DWDM 的频道间距很小(100GHz 或甚至50GHz),所以需要窄频(narrow-band)、平头(flat-top)、陡裙(steep-skirt)的滤波器才能胜任这种多任务/解多任务的任务。
要制作这种波长多任务/解多任务器可以有多种技术可用,包括光学镀膜、全光纤式组件、数组光波导组件、传统绕射式光栅等。
其中光学镀膜式的波长多任务/解多任务器目前仍是最成熟的技术,其架构大致如下图所示:[2]图四:光学镀膜式DWDM 波长多任务/解多任务器■ 301 ■其中的关键组件之一是光学镀膜式滤镜。
要制作符合DWDM 要求的滤镜,镀膜的层数必须高达100多层,每层的厚度约1/4波长,采3个共振腔的结构来达到平头与陡裙的要求,每层的厚度必须非常准确,所以制作中需要有实时且精准的厚度监控装置。
[3]第二种制作DWDM 波长多任务/解多任务器的方法是数组光波导组件(AWG )[4],其结构如图五中所示。
其原理也非常有趣,入射光经过第一段接合处因绕射而分布地入射于中间的数组光波导,光经过数组光波导传到另一端,不同频率的光会有不同变化率的线性相位改变,这种线性相位改变会使不同频率的光经第二段接合处重新聚焦于输出端的某一光波导中,其原理就像是所谓的数组天线,辐射光的方向可以藉由控制数组天线的线性相位变化来改变。
所以如果在输出端制作数组波导,适当选择波导的间距与中央数组光波导的长度变化率即可使频道间距为一定值的频道刚好聚焦入射于输出端的光波导数组之中,从而达到DWDM 多任务/解多任务的功能。
图五:数组光波导组件式DWDM 波长多任务/解多任务器第三种制作DWDM 波长多任务/解多任务器的方法是全光纤式组件,这类组件又可分为两大类:光纤光栅式组件及串接光纤干涉仪式组件,俱如图六所示。
图六:光纤式DWDM 组件光纤光栅组件系直接在光纤核心中直接用UV 光感应出周期性折射系数光栅,透过布拉格绕射的效应可以制作出窄频反射式滤波器。
图七:光纤光栅制作技术不过因为是在一维光纤中的反射式滤波器,所以反射光同入射光无法简单地分开,必须使用旋光器(circulator )或是使用光纤干涉仪的架构,否则会有很大的光损耗。
至于串接光纤干涉仪式组件则是直接利用串接式unbalanced Mach-Zehnder光纤干涉仪来制作具有周期性穿透频谱的滤波器,藉由适当选择光纤干涉仪两臂的长度差,可以达到窄频、平头及陡裙的要求。
而且由于Mach-Zehnder光纤干涉仪是两个输出端的组件,而且两输出端的频谱刚好互补,所以可以来制作所谓的DWDM交错器(Interleaver),可以用来把奇数与偶数频道分开或合并,如此频道间距可提高一倍,从而可使较便宜的光学镀膜式DWDM 波长多任务/解多任务器也可用于50GHz的频道间距。
这是因为光学镀膜式DWDM滤镜可达到的频道间距到100GHz就已经很困难制造,更不用说50GHz频道间距,利用DWDM交错器(Interleaver)是克服这种困难的最有效方法。
串接式光纤干涉仪是制作DWDM交错器的一种可行方法而已,尚有利用串接式bulk光学干涉仪的方法,这是目前最热门的DWDM被动组件之一。
[5]其他可用来制作波长多任务/解多任务器的方法还包括利用传统绕射光栅[6]、或是利用新型全像式光栅等方法,研究人员还特别针对传统绕射光栅的架构发展出被动式温度补偿的方法,可以克服当环境温度改变时光栅周期也会改变的困境,使得所制作出的波长多任务/解多任务器可以有很大的温度工作范围。
其实前面说的全光纤式及数组光波导组件式DWDM波长多任务/解多任务器也有温度效应的问题,必须有配合的温度补偿技术才能成为实用的组件。
大概只有光学镀膜式的波长多任务/解多任务器可以不需要担心温度补偿的问题,因为其温度系数很小,不会造成困扰。
这个DWDM波长多任务/解多任务器的例子正好验证我一开始所说的有趣观察,有多种技术可用来达到某一功能,而且各有优缺点(如光学镀膜式利于小数目频道数的应用且不需温度补偿,AWG利于大数目频道数的应用但制作不易,全光纤式利于超窄频道间距的应用且成本便宜,传统绕射光栅式利于制作但体积较难缩小等),于是各家公司各有擅长,各自发展看好的技术来互相竞争。
在光通讯技术中像这样例子至少还有两个,一个是光学开关技术,一个是色散补偿技术。
目前可以用来制作光学开关的技术至少有:(1)机械式;(2)光学微机电式(Optical MEMS,其中所使用的MEMS技术又可分为bulk MEMS或是surface MEMS,surface MEMS中又可有多种不同架构);(3)光波导式(又可分为Electro-Optic LiNbO3 waveguide, Thermal- optic Silica or Polymer waveguide,Thermal- bulble Silica waveguide等多种)。
[7]可以用来达到光色散补偿的技术至少有:(1)色散补偿光纤;(2)光纤光栅;(3)双模光纤+长周期光纤光栅式模态转换器;(4)Virtual Image Array式的bulk-optic 架构。
[8]到目前为止这些技术仍然都有公司用来发展他们的产品,虽说可能有的较成熟,有的较不成熟,但至少是互有优略,都有机会。
三、光通讯主动组件及模块技术在主动组件及模块这方面,几个最主要的发展重点包括:(1)表面辐射雷射(VESEL)技术;(2)光传接模块技术;(3)光放大器技术;(4)可调频或可选频雷射。
以下我就依此次序来作介绍。
表面辐射雷射是光通讯用雷射光源的一种(图八):■302 ■■ 303 ■图八:光通讯雷射光源发展趋势其结构系如图九所示,因为共振腔很短,可以达到单纵模输出,所以可以有窄带宽;输出光是垂直的出射,所以可以on-wafer test ;辐射光的模态较对称,所以较易耦合进光纤;由于以上的特性,不论是组件制程或构装的成本都较边射型雷射为低。
这也是为什么850nm 的VESEL 目前几乎完全取代边射型雷射被用于短距离(几百公尺)高速率(1Gb/s 到10Gb/s )的数据传输链接。
不过目前长波长VESEL (1300nm 或1550nm )尚未有成熟的产品[9],所以在此二通讯的波段仍以边射型雷射(Fabry-Perot 及DFB )为主。
可以预期的是一但长波长VESEL 技术能够成熟,通讯波段的雷射光源应会有革命性的改变。
图九:VCSEL 组件示意图至于光传接模块的发展趋势则如图十所示:图十:光传接模块发展趋势要采用何种技术则是要看这个光传接模块是要用在怎样的系统中。
有些应用(如骨干网络)需要很高的质量(高调变速度、单频、准确的中心波长等等),有些的应用(如optical Ethernet )则在意低成本、小体积(如Small-Form-Factor )等。
目前短距离以使用LED 及850nm VCSEL 雷射为主,稍长距离使用1300nm FP 雷射,更长距离则使用DFB 雷射(1300nm 或1550nm ),DWDM 则以1550nm DFB 雷射为主。
目前的光放大器技术主要仍以掺铒光纤放大器为主,可以是在C-band ,或是在L-band ,可以是简单型的单频道光放大器模块,也可以是具备增益平坦化及动态增益控制的复杂光放大器次系统。
半导体光放大器具有低成本的优点,不过因载子生命时间较短,所以非线性效应很大,不适合用来同时放大太多波长。
不过到很适合来发展非线性光信号处理技术,如所谓的optical 3R 技术(Re-amplication, Re-timing, Re-shaping ),也就是直接在光学的层次以电子技术所难以企及的高速来直接作信号的重生。