光通訊元件簡介

曾逸敦中山大學機電系

電腦整合自動化實驗室

目錄1. 光通訊基本架構介紹2. 光纖3. 光被動元件 3.1 光連接器 3.2 光耦合器4. 光主動元件 -光收發模組5. 光發射模組構裝 5.1 被動式對準 5.2 主動式對準

1. 光通訊基本架構

Transmitter

Transmitter

Transmitter

electrical signal

electrical signalDWDM

MultiplexerOptical

AmplifierDWDM

Demultiplexer

Reveiver

electrical signal

Reveiver

Reveiver

electrical signal

ONU(optical network unit)

WDM

PD(receiver)

LD(transmitter)

Fiber

NEC ONU

光通訊元件

2. 光纖

全反射原理

光纖傳播原理

光纖抽絲

3. 光被動元件

傳統 SC光連接器

3.1 光連接器

傳統 SC 光連接器

三種 SFF 光纖連接器比較  MT-RJ LC VF-45

套管柱的數量 1 2 無

套管的材質 塑膠 陶瓷 無

對準方式 定位梢及套管 定位孔及套管 V 型槽

閂鎖方式 同 RJ-45 同 RJ-45 同 RJ-45

主要推動廠商 AMP 、 HP Lucent 3M

協力廠商     台灣光纖網路聯盟 ( 如右表 ) 優勢 最多支持廠商 最少能量損失 不須套管

晶片設計 華邦電子

光纖訊號收發器

捷耀科技

光纖材料 卓越科技

保護元件 冠德、台精

網路集線器與交換器

智邦、益網、智翔、得勝、定揚

系統整合與服務廠商

極致電子、優網通、冠德、上尚、彩富

台灣光纖網路聯盟

3.2 光耦合器

波長無關耦合器 (WIC)

‧波長無關耦合器 (WIC, Wavelength Independent Coupler)

‧波長有關耦合器 (WDM, Wavelength Division Multiplexer)

波長有關耦合器 (WDM)TFF 型 WDM 波長分離

波長有關耦合器 (WDM)TFF 型 WDM 波長合成

DWDM 簡介高密度分波多工 / 解多工(Mux/DeMux) 模組技術

模組市場比重

特 點 優 點

薄膜濾波器 (Thin Film Filter ： TFF)

86% 適合不超過 16 個波長的頻道數適用於長途的傳輸上對窄的頻道間距發展的有障礙

技術成熟、溫度穩定性高、波長選擇性高

陣列波導 (Array Waveguide Gratting ： AWG)

8% 成本與頻道數無絕對的關係用平面波導的技術將光電元件整合降低成本和半導體技術相近，適合用來製造低成本的積體元件

使用 IC 製造過程可大量生產、利於高波道數發展、可整合多功能在單一晶片

光纖光柵 (Fiber Bragg Gratting ： FBG) 濾波器

6% 光纖光柵主要是使特定波長光源被反射產品價格高

濾波效果佳 (99% 以上 ) 、低插入損失、易耦合於光纖

DWDM 價目表與廠商 每台價格 平均每個 ch 價格

TFF 濾波模組

100GHz-16ch 每台價格約 100萬日圓，

平均每個 ch 約在 5~10 萬日圓

AWG 濾波模組

100GHz-40ch 每台價格約在 150 萬日圓

平均每個 ch 約在 3~6萬日圓

FBG 模組 模組樣品價每台 200~300 萬日圓

平均每個 ch 約在 3~4萬日圓

分項領域 台灣主要生產廠商 領導廠商

DWDM 元件 波若威、精碟、台精、玉山 Corning-OCA 、 JDS-FITEL 、 DiCon 、 Lucent 、 Hitachi 、 Pirelli 、3M

4. 光主動元件 - 光收發模組

光發送器基本動作原理

構裝的型式圓柱型

(TO-Can Package)

雙排線型

(Dual-in-Line Package)

碟型

(Butterfly Package)

傳輸速度: 1Gbps以下 特性：體積小、成本低

傳輸速度: 1.2Gbps 特性：體積較大，可容納致冷器及監測器控制輸出功率

傳輸速度: 10Gbps 特性：與雙排線型相似

TO-CAN 細部構造圖

Laser diode

Heat sink

Window

Protective can

Monitor photodiode

DIP 細部構造圖

Butterfly 細部構造圖

Typical LD module assembly

Solder preform

Fiber-Ferrule assembly

Module bodyTEC(thermoelectric cooler)

OSA(optical subassembly)

Weld clip

光收發模組 (transceiver)

光收發模組材料成本分析

元件 發光源與接收器

驅動 IC 與數位類比轉換 IC

PCB 、外殼、連接器

所佔比例 60 ％ 30 ％ 10 ％

光收發模組產業分析

台灣主要生產廠商 國外領導廠商嘉信、前鼎、達電、光環、鴻亞、友加、新怡力

Lucent 、 Nortel 、 Alcatel 、 HP 、 Fujitsu 、 AMP 、 Sumitomo 、Hitachi

光發 / 收器我國主要光纖廠商與外商競爭對手

5. 光發射模組構裝

主動式與被動式對準比較

5.1 被動式對準

V型槽固定光纖V型槽固定鏡組 高精度黏晶

被動式對準常用技術

實例 1. 紅外線對準

實例 2. 凸塊定位梢構裝步驟

蝕刻 V 型槽

做出 marker

將 LD 對準黏合

5.2 主動式對準

Newport butterfly LW4200 Laser Weld Fiber Attachment System

Butterfly 主動式對準構裝將butterfly封裝盒置於平台夾具上

啟動待對準之雷射

,調整平台位置 使光纖對準雷射直至輸出耦光效率滿足需求

將光纖套管及U型基座以雷射焊接焊接在一起

將光纖套筒放於適當位置

焊接完成取下模組

Butterfly構裝機構

2-Beam Laser Weld