光通讯方法概论

在整个光通讯产业发展的过程当中，主要有三种技术可以成为光通讯网络的解决方案，第一个就是以常见之各种光通讯组件为核心的全光(All Fiber)技术，也有人称之为FO(Fiber Optical)；第二个是利用机械结构与制程将光通讯组件微小化的微机电(Micro-electrical Mechanical System;MEMS)技术，也有人称之为MO(Micro-Optical)；第三个主要是将光通讯组件积体化，成为光学集成电路的平面光波电路(Planner Lightwave Current;PLC)技术，也有人称之为IO(Integrate Optical)。三种技术各有优点，也有各自的发展障碍。

光通讯方法概论

全光纤技术:

第一种全光纤技术的概念是发展以光纤等组件为主的光通讯系统。换言之就是利用光纤、光耦合器、光连接器等组件结合成为我们所需要的光通讯网络。其优势在于发展时间长，技术相对成熟，各种产品的发展也已经有许多厂商的投入。但是它的缺点就是每一种需求都需要一种组件，产品种类太多，造成网络设置不易控制，生产也不容易改良成为全自动生产的生产线。

微机电技术:而更有意义的是，因为它是利用半导体制程，所以产品量产可能性大幅提高。但是缺点就是因为它的体积小，所以不适合用原来成熟的制程技术与材料，所有产品必须重新开发，而且正因为它是利用半导体制程，所有的组件都跟细菌一样大，所以成品的稳定性受到更严苛的考验。而微机电除了可以应用在光通讯上，也可以应用在生物技术上，所以许多微机电研发计划同时发展各种领域的应用。在国内外，现在少有商品化产品出现。华新丽华的微机电工厂将于2001年9月份于杨梅落成启用。

半导体制程技术

《图一》

第三种方法也是利用半导体制程，生产一系列光通讯产品。而与微机电系统不同之处是微机电是纯粹的机械结构，而光学集成电路不仅是机械结构，它可能是利用某种光波导路(Waveguide)，将光讯号做适当的处理，与集成电路(IC)相当类似，所以才被称之为平面光波电路。它的优势是可能被大量生产，而且组件体积最小，不仅预期生产成本更低，也因为它超越了纯粹的机械结构，所以产品表现也会更好。缺点与微机电技术类似，发展时间较短，大部分材料与生产技术都不成熟，还有待进一步的研究与开发。但是在DWDM等产品上，已经有许多利用平面光波电路技术的产品正在销售当中。亚锐、光炬、上诠、鸿海与旺铼都计划要投入这个的领域，但目前实际推出产品的公司则相当少。工业技术研究院在这三种技术方面都已经投入许多研究能量，相信假以时日对我国整体产业竞争力的提升，必然产生相当程度的帮助。

光通讯组件简介

整个光通讯系统当中包括了各种光通讯组件，许多机构对于光通讯组件的分类大多以主动组件与被动组件的二分法为主，分类的依据则是组件作用时，外界有无需要供给能量。所以，需要输入电流的发光源、掺铒光纤放大器等组件被归类在主动组件，不需要输入能量就可以发挥作用的光纤、光耦合器或光隔绝器等被归类在被动组件。但是如果采取这样的分类方法，会让某些特定组件无法被归类到任何一类，例如掺铒光纤放大器当中的掺铒光纤，它是掺杂了一些铒元素的光纤，应该被归类在被动组件，但是如果要它发挥放大的作用，必须要注入以雷射为主的能量，这样一来又符合了主动组件的要件。在此建议参考电子零组件的分类方式，将光通讯组件区分为光主动组件、光被动组件、光机构组件与光功能组件等五类。而由于光通讯产业的特性，另外独立一个分类：次系统组件。

《图二》

「次系统组件」:

「次系统组件」并非由材料直接加工获得，而是需要组合许多组件之后，整体才能发挥作用。它包含了光放大器(Er-Doping Fiber Amplifier)、光加减多任务器(Optical Add-Drop Multiplexing)、波长多任务器(Wave Division Multiplexing)与光收发模块(Transceiver)等组件。每一种组件都使用了许多同样的组件。如果我们看波长多任务器，可以发现所使用的组件包括了合分波装置的薄膜(Thin Film Filter)、光纤光栅(Fiber Bragg Grating)或平面光波导(Array Waveguide Grating)。而光放大器则包括了高功率的雷射(Pump Laser)与特殊光纤(如掺铒光纤等)等两个主要的组件。至于光收发模块则有光发射器(Transmitter)、光接收器(Receiver)与其他IC组件等。除此之外，不论是光放大器、加减多任务器、波长多任务器与光收发模块，都需要连接器或印刷电路板等等的机构组件。这些组件组合起来才能发挥应有的功能。

其他四种光通讯组件

所谓「主动组件」乃指在电路中由外部获得能量供给时，可以发挥放大、振荡、整流等主动机能的零组件，包含了光衰减器(Attenuator)、光调变器(Modulator)与特殊光纤。「被动组件」则是其本身无法参与电子运动，而需藉由补充、链接主动组件而运作的零组件，如光纤(Optical Fiber)、光缆(Optical Cable)、光纤光栅、光波导、准直器(Collimator)、薄膜、光耦合器(Coupler)、光隔绝器(Isolator)与光循环器(Circulator)等。「功能组件」是指用以产生电气、机械或磁气讯号，及彼此间变换之转换器等零组件而言，例如光发射器与光接收器等等。「机构组件」则为一种辅助性零组件，可以发挥主动、被动与功能组件的特性，如光连接器(Connector)与光切换器(Switch)属之。

在此要强调，分类方法终究只是为了研究方便，原本不需太过赘述，但是各研究机构公布数据的时候，会因为定义的不同而造成结果有所不同，例如：某研究机构公布我国「主动组件」的年产值就有可能与另一个研究机构所公布的主动组件年产值不同，这是我们引用研究数据时必须特别小心的，必须了解其定义方式与包含种类。

三种光通讯方法下的DWDM

早期光通讯发展的时候，利用一特定波长光线代表一种信息。但是光纤只能同时通过一束光源，带宽终究有不够的一天，所以人们又想到利用合波与分波的概念，让一段光纤当中可以同时通过数道光源，就可以代表数种数据，光纤的带宽也就可以在瞬间扩增数倍。所谓分波的概念简单的说就如同太阳光的白色光线可以被三菱镜分成红、橙、黄、绿、蓝、靛与紫七种波长的光线。合波则是把七种数据，分别用七种波长的光线代表，混合后就成为一道如同太阳光一般的白色光线。在这个时候，白色光线可以经由光纤顺利传递到远方，到达目的地后再利用三菱镜分开还原成为七道光线，如此一来就可以达成带宽扩充七倍的效果。而我们常常在商品展览上面听到某厂商的DWDM有16个Channel，代表的就是该产品可以将光线区分成为16种波长，换言之就是将光纤原有的带宽扩充成为16倍。

在DWDM所扮演的角色最主要就是讯号的分离与合成。基于这样的需求，目前有许多方案可以满足这样的需求，主要几种方案包括了薄膜(Thin Film)(图一)，光纤光栅(Fiber Bragg Gratting)、平面光波导(Array Waveguide)(图二)与微机电式(图三)。四种所具备的特性与组件各自不同。一般薄膜式的DWDM生产技术较简单，价格也比较低廉，但是产品的表现比其他两种差，只能用在100GHz以上的Channel Spaceing与16个channel以下的产品。光纤光栅的生产技术属于专利需要授权，加上必须搭配光回旋器使用，所以价格也比较高。平面光波导的技术企图利用平面光波电路技术，将组件制作成为一种平面光波导，可以开发出信道数相当多的产品，2001年3月Alcatel就推出了256个channel的产品。

我国光通讯厂商的发展契机

我国光通讯产业在发展过程当中，先从进入障碍较低的被动组件着手，之后才切入主动组件领域。产值也从1998年的1亿6千万美元成长到2000年的3亿美元，预期2004年将会成长到6亿9千万美元。虽然成长快速，但是我国业者也面临到几个发展问题，第一、在低附加价值产品方面，大陆人工费用低廉，基础科学人才充沛，许多生产高劳力密集产品如光耦合器的厂商，已将生产基地转移到大陆。第二，在关键零组件方面，日本长期以来掌握了许多关键零组件，如渐变式透镜(Grin Lens)与套圈等，虽然我国已有业者能够生产部分关键零组件，但整体压力仍然存在。第三，在次系统组件方面，北美地区技术领先，不断开发出表现更优异的产品，对我国组件规格的质量要求日益增加，但价格却不断要求降价，对我国厂商的生产管理形成挑战。我国光通讯产业应当要借着引进北美模块技术以及日本关键零组件技术，快速扩充成为生产线，先利用我国优异的生产管理能力提升质量、提升良率并降低生产成本，而后再到中国大陆设置生产基地扩大产能，如此才能够在全球光通讯供应链当中扮演重要的技术转运与运筹管理地位，提升我国产业竞争力，开创另一个光电产业的新契机。

《图三》