光纖通訊基礎(chǔ)簡(jiǎn)介(上).doc

光纖通訊基礎(chǔ)簡(jiǎn)介(上)一、光通訊簡(jiǎn)介1、使用光通訊技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)它是以光當(dāng)作載波，透過(guò)光纖當(dāng)傳輸介質(zhì)將信息傳遞至遠(yuǎn)方。若以銅質(zhì)同軸電纜與光纖作一比較，同軸電纜是搭配電磁波以數(shù)百M(fèi)Hz至數(shù)個(gè)GHz頻率，以模擬的方式來(lái)傳遞信息，但其載波頻率會(huì)受到20GHz理論值的限制；若以長(zhǎng)距離光纖通訊而言，光的載波頻率可達(dá)193,000GHz。而傳輸信息的頻寬取決于載波頻率，因此，若同軸纜線最大上限可以傳輸兩個(gè)10GHz的頻道，理論上，光纖則可以傳輸數(shù)以千計(jì)的10GHz的頻道。此外，光纖質(zhì)輕直徑小，在光纜鋪設(shè)過(guò)程中可以節(jié)省空間，加上在傳輸?shù)倪^(guò)程中的衰減比銅質(zhì)導(dǎo)線低，以單模光纖而言，每公里衰減約為0.20.5dB，且對(duì)于光訊號(hào)在光纖傳輸過(guò)程中，對(duì)于電磁波的干擾較不敏感，因此適合高容量及長(zhǎng)距離通訊。2、應(yīng)用的層次光通訊主要應(yīng)用在電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視及數(shù)據(jù)傳輸方面，而電信方面的應(yīng)用是最早的，例如越洋的通信，因其高容量及可靠度的優(yōu)點(diǎn)，并可以在長(zhǎng)距離(600km以上需要中繼器，最大可達(dá)9000km)傳輸時(shí)載上數(shù)以萬(wàn)計(jì)的通話信號(hào)，因而有效的提升通話負(fù)載量及品質(zhì)的問(wèn)題。有線電視方面，因所需求的頻寬較高，每個(gè)頻道的所需的影像頻寬約為6MHz(聲音頻道約為8KHz)，以光纖傳遞模擬影像訊號(hào)，可以達(dá)到一百個(gè)以上的頻道，其中包括聲音、影像及互動(dòng)的數(shù)據(jù)傳輸。而數(shù)據(jù)通信(Datacommunication)上面，則是現(xiàn)在最熱門的話題，隨著信息時(shí)代的來(lái)臨，網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)需要大量的頻寬來(lái)傳遞多媒體的信息，從短距離(1500m)的Gigabit網(wǎng)絡(luò)卡、LAN，到中距離(120km)的MAN以至于長(zhǎng)距離(60600km以上)的越洋光纜都需要光纖的大容量來(lái)解決頻寬不足的問(wèn)題，近年來(lái)，因網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)Interent的盛行及遠(yuǎn)距教學(xué)等實(shí)施，對(duì)于數(shù)據(jù)通訊的需求每年以倍數(shù)成長(zhǎng)，而光纖通信系統(tǒng)架構(gòu)則是最佳的選擇。3、基本光纖通訊架構(gòu)圖一為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖通訊的基本架構(gòu)，基本上是由光收發(fā)模塊及光纖所組成，首先我們利用數(shù)字或模擬調(diào)變的方式將信息載在發(fā)射器上，以光波為載波透過(guò)光纖將訊號(hào)傳遞至遠(yuǎn)方，若距離較長(zhǎng)，光纖則透過(guò)聯(lián)結(jié)器(Connector)或接合器(splice)方式延長(zhǎng)，最后到達(dá)光傳感器端，在注重噪聲與訊號(hào)比(S/N Ratio)情況下，并用clock recover的方式下將光訊號(hào)轉(zhuǎn)回電訊號(hào)，而將信息解調(diào)回來(lái)。 4、數(shù)據(jù)傳輸趨勢(shì)圖二是數(shù)據(jù)通訊標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)過(guò)程示意圖，近年來(lái)，通信標(biāo)準(zhǔn)所定義的容量有逐年增加趨勢(shì)，主因是區(qū)域及全球?qū)︻l寬速度及容量渴望的影響，而光纖通訊的解決方案，對(duì)傳輸每單位Mb所需的成本也會(huì)逐年的下降。若以網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的大小來(lái)區(qū)分，會(huì)常見(jiàn)到幾個(gè)名詞WAN(Wide Area Network)國(guó)對(duì)國(guó)或全球長(zhǎng)距網(wǎng)絡(luò)、MAN(Metropolitan Area Network)區(qū)域性或城市間通訊網(wǎng)路、LAN(Local Area Network)一般使用者的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或使用路由器(Router)連結(jié)Internet、Dial-up Network即一般個(gè)人計(jì)算機(jī)的調(diào)制解調(diào)器或電話所聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡(luò)。一般來(lái)說(shuō)，前兩者網(wǎng)絡(luò)屬于通訊公司所有，用來(lái)處理數(shù)以萬(wàn)計(jì)的電話通訊，而后兩者則與PC及數(shù)據(jù)通信息息相關(guān)。 二、光學(xué)物理特性在光纖通信方面，我們是利用光當(dāng)作載波(Carrier)，因此，再更進(jìn)一步了解光通訊之前，應(yīng)對(duì)光學(xué)的物理特性做一個(gè)概括性的了解，接下來(lái)，我們對(duì)光的物理特性應(yīng)用在通信上基礎(chǔ)的知識(shí)做一簡(jiǎn)單的介紹。1、光通訊傳輸波段(Communication Band)基本上，我們可視光是電磁波的一種，若我們以sin波形來(lái)表示，則為其波長(zhǎng)，如圖三所示。光速在真空中傳遞速率為3108m/s，若在介電材質(zhì)中傳遞(如玻璃)，會(huì)因折射率不同而速度變慢，波長(zhǎng)也會(huì)因此而有所改變，但一般來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)皆是定義在真空的狀態(tài)下。圖四則是一般常用的光譜波段示意圖，其中橫軸表示可為頻率及波長(zhǎng)。因?yàn)楣馑?頻率波長(zhǎng)，所以頻率與波長(zhǎng)對(duì)光速是為倒數(shù)關(guān)系，但在通訊上一般較常用波長(zhǎng)來(lái)描述。舉例來(lái)說(shuō)，若我們以現(xiàn)今DWDM通信波長(zhǎng)1550nm(10-9m)來(lái)估計(jì)，頻率約193THz(1THz=1000GHz)，如我們只利用到1%的頻寬，則頻寬可達(dá)193GHz！2、光的功率(Optical Power)傳輸用的Laser power也有它相對(duì)應(yīng)的規(guī)范，如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的IEC825-1或美規(guī)CFR 1040.10等。一般光功率所使用的單位有mW及dBm兩種，前者為線性，后者是取log值。使用后者的好處是分析訊號(hào)時(shí)，可增加其動(dòng)態(tài)范圍(Dynamic Range)使吾人在同一坐標(biāo)軸中分析時(shí)易于觀察，例如1000mW與2mW的訊號(hào)，兩者尺度差異為500倍，但若換成30dBm與3dBm，尺度在10倍左右而易于分析。而當(dāng)我們分析兩個(gè)相對(duì)的功率時(shí)，則用dB來(lái)表示。3、同調(diào)性及干涉效應(yīng)(Coherent & Interferent)此效應(yīng)屬于光波動(dòng)的特性，當(dāng)考慮一同波長(zhǎng)的光源，若組成光源的各光子間其相位(Phase)的相關(guān)程度越高，則表示同調(diào)性(Coherent)越高，而干涉或繞射的程度也會(huì)跟著提高。若同調(diào)性越高，當(dāng)傳輸時(shí)較能保持一定的相位，例如Laser；而相關(guān)程度越低，光子間的相位較不易保持，呈random的現(xiàn)象，例如自然光及LED皆是。CL(Coherent Length)的定義則是光子間能維持相位同調(diào)的相關(guān)性長(zhǎng)度。而干涉及繞射效應(yīng)是當(dāng)兩個(gè)不同的光子到達(dá)同一個(gè)位置時(shí)，因相位差異造成的建設(shè)性或破壞性干涉，使光強(qiáng)度有極大值或極小值的變化。 4、反射(Reflection)當(dāng)光行進(jìn)時(shí)遇到任何的斷面或是折射率不連續(xù)的地方，例如air gap、misalignment時(shí)，就會(huì)造成反射，當(dāng)利用光做數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，反射會(huì)造成兩個(gè)問(wèn)題，第一是反射光源產(chǎn)生的噪聲會(huì)抑制傳輸?shù)腟/N比，第二是反射能量會(huì)造成Laser Source端的不穩(wěn)定。若端面是兩個(gè)以上，因折射率不連續(xù)之故，則會(huì)產(chǎn)生二次或三次的反射現(xiàn)象，且端面距離若在CL的范圍內(nèi)，則必需考慮光源強(qiáng)度或波長(zhǎng)改變時(shí)造成周期性干涉的影響。反射損耗(RL Return Loss)的定義如下，其值越大表示越不易在端面上產(chǎn)生反射。 5、偏極化(Polarization)光可視為電磁波的一種形式，偏極則表示行進(jìn)波在傳遞時(shí)的脈動(dòng)方向，因電磁波在傳遞時(shí)，電場(chǎng)與磁場(chǎng)方向?yàn)檎?orthogonal)，因此在表示偏極化時(shí)一般以電場(chǎng)方向來(lái)定義，即Ex及Ey，若行進(jìn)波一直維持在Ex或Ey軸行進(jìn)，則稱此波為水平或垂直線性偏極，若行進(jìn)波行進(jìn)時(shí)會(huì)因時(shí)間改變做順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則稱此波為右旋或左旋圓偏極。一般以SOP(State Of Polarization)來(lái)表示極化的狀態(tài)。而DOP(Degree Of Polarization)則表示單位能量所產(chǎn)生偏極程度，例如LED，其值相對(duì)的較小，表示偏極化程度較低，而自然光是各方同相性，視為無(wú)偏極化，但半導(dǎo)體雷射光源的極化程度較高，可達(dá)90%以上?；旧?，任一偏極可分成Ex及Ey兩個(gè)分量，但兩個(gè)分量的相位差為0或180度則為線性偏極，而圓偏極是由兩個(gè)等量的Ex及Ey所形成，但當(dāng)Ex及Ey分量在波行進(jìn)時(shí)相位角相差90或270度時(shí)，因兩分量相位差而使偏極會(huì)隨時(shí)間有周期性的變化，若兩分量大小相等稱為圓偏極，若大小不等便是橢圓偏極。另一種情況下，當(dāng)兩分量相位差并不為90度的整數(shù)倍時(shí)，都有可能形成橢圓偏極。因此，當(dāng)我們對(duì)偏極光源應(yīng)用/4或/2的延遲片(使相位角延遲90或180度)，便可以將圓偏極分解成兩個(gè)線偏極，或由某個(gè)偏極化狀態(tài)轉(zhuǎn)移至另一個(gè)偏極化狀態(tài)。對(duì)于偏極化系統(tǒng)的計(jì)算表示方式有許多種，如Muller Method 的矩陣或Joness矩陣方式，但因?yàn)槭菙?shù)學(xué)形式，我們不易從數(shù)學(xué)模式的換算中得到訊息，而Poincar Sphere則提供了一個(gè)容易辨別極化狀態(tài)及程度的圖表，類似RF的Smith Chart，吾人從圖中便能很快的知道極化的狀態(tài)。這是利用Stoke參數(shù)來(lái)表示，此參數(shù)共有四個(gè)值，分別為(S0,S1,S2,S3)，S0代表能量的大小，S1代表水平或垂直線性偏極，S2代表+45度或-45度線性偏極，S3表示右旋或左旋圓偏極，其如圖九所示。若相位差或強(qiáng)度不同的橢圓偏極，它就不會(huì)出現(xiàn)在這三個(gè)軸上，而可能在圓中的任一點(diǎn)，若點(diǎn)出現(xiàn)在三個(gè)軸的中心，就表示此為無(wú)偏極化，它的好處在于我們可以記錄或分析極化從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個(gè)狀態(tài)的過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，光會(huì)隨著介質(zhì)的邊界條件而改變極化的狀態(tài)，亦即當(dāng)我們送入一偏極化光源至光纖中時(shí)，若對(duì)光纖做溫度或應(yīng)力的變化，便會(huì)改變極化的狀態(tài)，若要維持極化的一定性，就需采用PM(Polarization Maintain)光纖。另外，在光纖通訊方面，水平偏極與垂直偏極所傳輸?shù)乃俣葧?huì)有些許差異，這是我們因?yàn)榭梢暪饫w為一種birefrigent，這個(gè)差異，會(huì)在高速數(shù)據(jù)傳輸時(shí)造成信號(hào)延遲失真，一般稱為PMD(Polarization Mode Dispersion)，關(guān)于這方面，我們?cè)诠饫w部分再做解釋。 6、數(shù)字及模擬訊號(hào)調(diào)變(Digital & Analog Modulation)數(shù)字調(diào)變利用兩功率切換的方式做訊號(hào)的調(diào)變(即0與1)，若以Laser來(lái)說(shuō)，P0并不一定代表無(wú)光源輸出，而是比Threshold偏壓稍高，如此Laser才能在高速反應(yīng)下操作。一般在Transcever上會(huì)量測(cè)到消滅比例Extinction Ratio(ER=P1/P0)，這可以反映出S/N比，另外，在通信上常用到時(shí)域分工TDM(Time Division Multiplexing)，如同無(wú)線通信GSM的原理，將時(shí)域分成數(shù)個(gè)Channel，每隔一段周期性時(shí)間后便輪到下一位User，另外是常被鑒定為通信品質(zhì)依據(jù)的位錯(cuò)誤率Bit Error Ratio(BER=Nerror/Ncorrect)，定義是傳輸一個(gè)數(shù)目的位資料下產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)目比例，例如若傳100個(gè)位，經(jīng)過(guò)數(shù)字調(diào)變后產(chǎn)生一個(gè)位的錯(cuò)誤，則BER為1E-2，一般在通信的標(biāo)準(zhǔn)為1E-9至1E-12甚至到1E-15。模擬調(diào)變類似AM調(diào)變的方式，將RF訊號(hào)透過(guò)Mixer將資料利用模擬方式載在Laser上傳輸，以CATV較為常用，因功率調(diào)變方式會(huì)使系統(tǒng)對(duì)于反射相當(dāng)敏感，因此其光纖連接頭大部分為斜角端面(如APC)，目的是使反射減少。 三、通訊規(guī)范(Communication Standard)通信規(guī)范的制定是為了提供系統(tǒng)及組件制造商能夠整合為目的，大致包含測(cè)試設(shè)備的兼容性、各種通訊參數(shù)的定義、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試步驟及方法、各種資料協(xié)議間的聯(lián)結(jié)、傳輸品質(zhì)提升及合工/分工器(Multiplex/Demultiplex)系統(tǒng)效能提升等。通信規(guī)范的理念來(lái)自于七層網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議(Internet Protocol)中的實(shí)體層(Phyical Layer)，此為最基本的硬件規(guī)范，如功率、傳輸速度(Bit Rate)、抖動(dòng)(Jitter)等，進(jìn)而由此延伸到電路功能設(shè)計(jì)及光組件方面各種參數(shù)的定義。以下是對(duì)于通信的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范做一簡(jiǎn)單的介紹1、PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy)PDH是SONET的前身，早期在60年代的通訊用途中，數(shù)據(jù)傳輸屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式，因此沒(méi)有一定的通訊標(biāo)準(zhǔn)，但當(dāng)各地區(qū)的區(qū)域性的電訊要匯入較大的資料流量做長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，因各地區(qū)信息的時(shí)脈速度不盡相同，而會(huì)造成傳輸上時(shí)間間隔(time interval)的問(wèn)題，當(dāng)時(shí)的解決方式是在資料間隔時(shí)間較長(zhǎng)的時(shí)脈中加入假的字符，使數(shù)據(jù)傳輸能有類似同步的效果，不過(guò)這會(huì)有許多缺點(diǎn)，如在高速傳輸?shù)南到y(tǒng)中較不易上傳或下載速度較慢的資料，另外，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，使得編碼或傳輸接口的問(wèn)題也無(wú)法獲得有效的解決。2、SONET/SDH (Synchronous Optical Network / Synchronous Digital Hierarchy)SONET最初是由美國(guó)的Bell公司所制定，目的是資料從主干到達(dá)各區(qū)域的分支點(diǎn)時(shí)仍能夠維持通訊時(shí)脈的一致性，它的架構(gòu)是以125ms為規(guī)律的一個(gè)時(shí)間區(qū)隔，越高的數(shù)據(jù)傳輸速度，其單位時(shí)間內(nèi)載的字符數(shù)也相對(duì)越多，但仍以125ms的時(shí)脈為基準(zhǔn)。而SDH則適用北美以外的區(qū)域，而由歐洲所制定，目的是在國(guó)際間的傳輸上也有相同的標(biāo)準(zhǔn)，而此規(guī)范允許當(dāng)一定范圍的資料速度由不同管道匯入或匯出多任務(wù)(Multiplex)資料流量時(shí)，不需要解多任務(wù)(Demultiplex)就可以直接做傳輸。3、DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) Standard典型的光通訊，是采用單一載波單方向傳輸數(shù)據(jù)，但因?yàn)闈B餌光纖放大器(Erbium Doped Fiber Amplify)的問(wèn)世，使得同一條光纖內(nèi)容許許多載波同時(shí)存在傳遞信息，此標(biāo)準(zhǔn)的定義大部分是由ITU(International Telecommunication Union)所制定，目的是為了保證不同波長(zhǎng)的載波之間功率的穩(wěn)定性并避免各信道載波之間的串音(cross talk)造成信號(hào)的失真等。例如ITU G.692 就定義各信道(channel)之間的區(qū)間以100GHz為標(biāo)準(zhǔn)(即兩載波間間隔為0.8nm)，且固定以193.1THz(約為1550nm)為標(biāo)準(zhǔn)頻率向上或向下延伸，例如我們以193.1THz當(dāng)作第一個(gè)信道，并以100GHz為間隔開(kāi)四個(gè)信道，則下一個(gè)載波頻率便為193.2THz、193.3THz、193.4THz。另外，TIA協(xié)會(huì)制定的是以50GHz為間隔的標(biāo)準(zhǔn)。4、ATM(Asynchronous Transfer Mode)這可看成是一個(gè)多功能的技術(shù)，它的目的在于能夠有更廣泛的應(yīng)用層次，使不同的傳輸模式皆能通用，而使現(xiàn)有的通訊容量最佳化，它可以在PDH或SONET/SDH下執(zhí)行，若我們將SONET/SDH看做為信息的基礎(chǔ)架構(gòu)，則ATM則是加強(qiáng)了切換的服務(wù)功能。下表一為常見(jiàn)的通訊傳輸速度規(guī)格SONET/SDH Rates PDH OC-3, STM-1 155.52 Mb/s North America OC-12, STM-4 622.08 Mb/s DS1 1.544 Mb/s OC-48, STM-16 2488.32 Mb/s DS2 6.312 Mb/s OC-192, STM-64 9953.28 Mb/s DS3 44.736 Mb/s DS4 139.264 Mb/s Datacom Rates Europe FDDI 125(100) Mb/s E1 2.048 Mb/s FireWire 100-800 Mb/s E2 8.448 Mb/s Fiber Channel 266-1063 Mb/s E3 34.368 Mb/s Ethernet 10 or 100 Mb/s E4 139.264 Mb/s G-Ethernet 1250 Mb/s 另外，下表二是制定DWDM標(biāo)準(zhǔn)的組織其網(wǎng)站及所設(shè)定的部分規(guī)范簡(jiǎn)介。ITU-T http:/www.itu.ch G.691 Optical interfaces for single channel SDH systems with optical amplifiers G.692 Optical interfaces for multi-channel systems with optical amplifiers G.957 Optical interfaces for equipment and systems relating to SDH Telcordia GR-253 SONET transport systems: Common generic criteria GR-1377 SONET DC-192 transport system generic criteria IEC http:/www.iec.ch 61290 Basic specification for optical amplifier test methods 61291-1 Optical fiber amplifiers Part 1: Generic specification TIA TIA/EIA-526-4A Optical eye pattern measurement procedure TIA/EIA-526-6 Optical S/N ratio measurement procedure for DWDM systems 四、光纖特性及相關(guān)組件在光纖通訊領(lǐng)域中，所用到的傳遞媒介皆以光纖為主，依材質(zhì)有分為塑料及玻璃兩種，因考慮到的因素不同而有不同的選擇，前者大多用于短距通訊如個(gè)人計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、視聽(tīng)設(shè)備等，主要考量因素在于價(jià)格，而后者大多用于長(zhǎng)距離通訊如城市及城市間甚至到越洋海底光纜等，主要考量因素在于損耗及傳輸品質(zhì)，另外對(duì)于環(huán)境的要求也較為重視，例如海底光纜其外披覆層材質(zhì)就應(yīng)考慮到抗海水腐蝕性，而目前最熱門的DWDM的系統(tǒng)采用的光纖皆為玻璃材質(zhì)。若單就傳輸?shù)牟糠謥?lái)說(shuō)，光纜有包含光纖、接合器(Splice)及連接器(Connector)等，而本段就針對(duì)光纖的特性部分做一介紹。1、光纖簡(jiǎn)介光纖基本上是由折射率約1.5左右的核心層(Core)與披覆層(Cladding)介電材質(zhì)所組成(折射率refraction index可以n來(lái)表示)，它的地位相當(dāng)于微波通訊中的阻抗(Impedance)，在光纖制作過(guò)程中要維持折射率的一定，其目的是要光在傳播時(shí)在核心層內(nèi)造成全反射，而使光在彼端傳輸損耗達(dá)到最小。一般核心層的折射率要比披覆層稍高，而披覆層主要目的是使光在全反射時(shí)，使核心層端與外界所造成的肌膚效應(yīng)(skin effect)達(dá)到最小損耗所設(shè)計(jì)。若以折射率分析，光纖有分為步階式(SI Step Index)與漸進(jìn)式(GI Gradient Index)兩種，以圖十為例，表示為100/140m的步階式光纖(前表示核心層直徑，后表示加上披覆層直徑)。一般此種核心層直徑大小的光纖有石英材質(zhì)(SiO2)及塑料壓克力材質(zhì)(PMMA Polymethyl methacrylate)兩種。 2、數(shù)值孔徑(NA Numerical Aperture)光纖的數(shù)值孔徑是表示在何種角度下的光源耦合入光纖時(shí)可以在核心層端內(nèi)造成全反射，若我們用Snell定律可推導(dǎo)出數(shù)值孔徑大小，如圖十一所示。若以量測(cè)方面來(lái)定義，它是從光纖發(fā)射出sin光源強(qiáng)度分布中的半波寬為值，它代表著當(dāng)光源耦合入光纖時(shí)的難易度，由此，我們也較清楚知道光學(xué)組件制作時(shí)應(yīng)采用何種聚焦透鏡，一般來(lái)說(shuō)，上述步階式光纖NA值約為0.30.4左右。 3、石英(SiO2 Silica)光纖對(duì)波段的吸收?qǐng)D十二為石英光纖在不同波長(zhǎng)的光源下，每單位公里所造成的衰減示意圖，造成衰減的主要原因有下列三種瑞立散射(Raleigh scattering)、吸收(Absorption)及光纖內(nèi)部的微彎曲(Micro bending)。分述如下瑞立散射是造成光纖衰減的主因，主要是因?yàn)楣饫w的結(jié)構(gòu)是玻璃材質(zhì)，其結(jié)晶成分是非均勻性的，因此造成光在傳播中會(huì)有散射，這種現(xiàn)象會(huì)隨波長(zhǎng)越長(zhǎng)而衰減越??；而吸收有來(lái)自光纖制作時(shí)的不純物與水分滲入的影響，其中以水分子吸收影響最為明顯，因水分子的氫氧基鍵結(jié)會(huì)對(duì)1.39m部分波長(zhǎng)光源產(chǎn)生吸收，因此在光纖通訊中，較不常用此一波段，但近年來(lái)光纖制程有所改進(jìn)，而可以將此吸收部分降至趨近于零；第三種來(lái)自于光纖制程時(shí)內(nèi)部應(yīng)力產(chǎn)生的微彎曲造成的衰減，它出現(xiàn)在所有的波段中，應(yīng)在光纖制程上盡量避免此一效應(yīng)。從圖十二中的三個(gè)區(qū)域，是光通訊最常使用的波段，第一個(gè)波段衰減最大，不適合做長(zhǎng)距離傳輸，第二第三衰減較小，其中1550nm左右波段有衰減的最小值，因此最適合做長(zhǎng)距離傳輸。 4、多模及單模光纖光是電磁波的一種，而光纖可視為是電磁波的波導(dǎo)(Wave-guide)，若我們以邊界條件的概念來(lái)推導(dǎo)入射波的傳遞模態(tài)(propagation mode)，在固定波導(dǎo)直徑大小下，當(dāng)某個(gè)頻率以下(波長(zhǎng)以上)的傳輸時(shí)，波導(dǎo)內(nèi)只容許一個(gè)路徑傳播，我們稱此頻率為截止頻率(Cutoff frequency)或截止波長(zhǎng)(Cutoff wavelength)，在截止波長(zhǎng)以上只有一種傳遞路徑者稱為單模(SM Single Mode)，以下者(有兩種以上傳輸路徑)稱為多模(MM Multi Mode)。以850nm的波長(zhǎng)為例，100/140m步階式光纖可以有數(shù)千種以上的模態(tài)(如TE00、TE01.為其中兩個(gè)模態(tài)，而一個(gè)模態(tài)代表一個(gè)傳輸?shù)穆窂?，因此光在傳輸時(shí)有數(shù)千種路徑可選擇，而造成多模失真(Multimode Dispersion)，而使得傳輸能力限制在每公里20Mb/s，若為塑料光纖則會(huì)受到約每公里5Mb/s的上限，因此限制了上述步階式直徑的光纖傳輸極限，但卻因?yàn)橹瞥趟栀M(fèi)用較節(jié)省而適用于短距傳輸上，如LAN、汽車內(nèi)部通訊或視聽(tīng)音響系統(tǒng)中。解決多模失真的方案是采用漸進(jìn)式折射率光纖，如圖十三所示，其核心層中央的折射率較大，而靠近披覆層的折射率較小，因光在折射率大的介質(zhì)中速度較慢，因此在不同路徑下，到達(dá)的時(shí)間趨于一致，而使模態(tài)失真減少，一般常用的漸進(jìn)式折射率光纖有50/125m與62.5/125m兩種，其傳輸能力可以提高到每公里1Gb/s。前提到在截止波長(zhǎng)以上稱為單模光纖，若以1300nm或1550nm為截止波長(zhǎng)，其相對(duì)應(yīng)的光纖為9/125m與10/125m兩種。理論上，傳輸能力可達(dá)到每公里1000Gb/s，但因有其它原因(CD、PMD)，使得單模光纖傳輸速度無(wú)法完全達(dá)到1000Gb/s。 表三為各種類光纖規(guī)格大略比較表材質(zhì) 石英光纖 塑料光纖 折射率型態(tài) 步階式 漸進(jìn)式 步階式 步階式 模態(tài) 多模 多模 單模 多模 直徑比(舉例) 100/140m 50/125m 9/125m 3mm core約80% 數(shù)值孔徑 0.30.4 0.2 0.1 0.30.5 每公里傳輸速度 20Mb/s 1Gb/s 1000Gb/s 5Mb/s 使用波長(zhǎng)(nm) 850 850、1300 1300、1550 650、780、850 使用光源 LED Laser、LED Laser LED 每公里衰減(dB) 310 0.53 0.20.4 2050 5、色散(CD Chromatic Dispersion)當(dāng)光在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，因波長(zhǎng)的不同而造成速度上的差異稱為色散，例如白光穿透三菱鏡時(shí)所造成分色的光譜便是一例。因任何耦合入光纖的光源并非絕對(duì)單一的波長(zhǎng)(Laser也不例外)，因此這種速度上的延遲便會(huì)造成失真，因此在我們就必須要量測(cè)它并加以補(bǔ)償。以單模光纖為例，色散所造成的延遲約為數(shù)十ps(nm*km)，即光源越純，色散失真越小(多模光纖也有此現(xiàn)象，但其模態(tài)失真延遲時(shí)間的數(shù)量級(jí)約為10ns = 10000ps，數(shù)量級(jí)遠(yuǎn)大于CD，因此可以不考慮此一影響)，此種失真會(huì)使傳輸速度在10Gb/s以上或傳輸距離數(shù)百公里以上時(shí)會(huì)有相當(dāng)大的影響，補(bǔ)救的方法一般采用布拉格光纖(FBG Fiber Bragg Grating)做補(bǔ)償(后述)。 6、偏極化模態(tài)失真(PMD Polarization Mode Dispersion)考慮單模光纖在單一波長(zhǎng)光源傳輸下，雖然為同一傳輸路徑，但偏極化卻不一定為同一方向，若將此向量分成水平與垂直軸來(lái)看，偏極光在此兩方向傳遞速率不會(huì)一致，而造成訊號(hào)時(shí)間延遲，約為數(shù)個(gè)ps(nm*km)，基本上，在光纖中是無(wú)法做事后的補(bǔ)償，因此在制程上就要盡量避免此一現(xiàn)象。而在高速通訊系統(tǒng)中如DWDM，便會(huì)要求整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)，而在某些組件上，也會(huì)需要減少此一訊號(hào)延遲失真。另外一個(gè)常見(jiàn)的量測(cè)是偏極化耗散(PDL Polarization Dependent Loss)，以光纖為例，因偏極光在傳輸時(shí)其偏極的方向會(huì)隨光纖應(yīng)力、彎曲及本身材質(zhì)特性而使極化方向改變，而極化方向會(huì)使光感測(cè)二極管(PD Photo Detector)所得到的光電流會(huì)有誤差，因此在高速傳輸中此一參數(shù)的要求也日形重要。 7、聯(lián)結(jié)器(Connector)光纖在制作過(guò)程中有一定的長(zhǎng)