14, september. 2011 光纖網路
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光纖網路光纖網路光纖網路
1414, , September. 2011September. 2011
許勝裕
上詮光纖通信
FOCI大綱
1.光通訊的起源
2.現行光通訊的基本元件-雷射，光纖，光二極體
3.光纖面臨的挑戰
4.光纖連接器
5.光通訊的被動元件
6.光纖網路的架購
7.光纖與雲端技術
8.總結
FOCI
鎬京的烽火台西周時，為了防備西邊犬戎部落的侵擾，政
府在鎬京附近的驪山一帶，修建了許多烽火台。一旦發現犬戎入侵，士兵就在烽火台上點火或生煙，召喚諸侯到鎬京抗敵。
烽火戲諸侯周幽王是西周晚期的暴君，他為了逗寵妃褒
姒一笑，在無戰況時竟派人點燃了烽火台上的烽火。各路諸侯以為天子有難，急忙率兵至鎬京。褒姒在城樓上看到諸侯的狼狽相，就放聲大笑。諸侯知道自己被戲弄，都十分不滿。
西周的滅亡後來，犬戎入侵鎬京，幽王點燃烽火。諸侯
以為幽王再次戲弄他們，都不理會烽火警報，結
果周幽王被犬戎所殺，西周滅亡。
光通訊的起源
FOCI
Transmitter
medium
Receiver
光通訊的基本架購
FOCI
Theodore Maiman in 1960.
雷射的誕生
FOCI
準直、單頻，同調
氣態氦氖雷射器：最重要的紅光放射源（632.8 nm）。二氧化碳雷射器：波長約10.6 μm（紅外線），重要的工業雷射。準分子雷射器：比如KrF（248 nm）、XeF（351-353 nm）、ArF（193 nm）、XeCl（308 nm）、F2（157 nm，均為紫外線)。固態Nd:YAG（摻釹釔鋁石榴石）：最常用的固體雷射器，工作波長一般為1064nmNd:YVO4（摻釹釩酸釔）：低功率應用最廣泛的固體雷射器，工作波長一般為1064nm，可以通過KTP,LBO非線性晶體倍頻後產生532nm的雷射器。Yb:YAG（摻鐿釔鋁石榴石）：適用於高功率輸出，這種材料的碟片雷射器在雷射工業加工領域有很強優勢。
雷射光的基本特性
FOCI半導體雷射與垂直共振腔面射形雷射
FOCI
2009 Nobel Proze Winner, 高錕《光頻率介質纖維表面波導》
光纖的誕生
FOCI光纖的光學原理
FOCI
CATV, Broadcast
Down streamUp streamMultimode Application
LDLDLaser, LEDLaser, LEDsource
1550nm1490nm1310nm850nmWavelength
光纖的通訊波段
FOCI光纖的製作
FOCI
FiberSignal mode (SM) Multimode(MM)
Cladding
Core
Grad-index Step index
單模與多模光纖
FOCI
Source: Optical Transmission Fiber Design Evolution, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 26, NO. 9, MAY 1, 2008
(e)
(a)(c)
(b)
光纖的演進
FOCI
400-1700nmGermanium
800-2600nmIndium Gallium Arsenide
190-1100nmSilicon
光二極體
FOCI
優點1.中繼距離長，方便長距離通訊：光纖的突出優點之一就是損耗小。目前，光纖的損 耗約0.2dB/km，甚至更低。若光傳送15公里，損耗是15x0.2=3dB，即光的強度還有原來的一半。和傳統的銅電纜傳輸系統比較，光纖通訊使傳輸的中繼距離增長至數十公里，因而可大幅減少中繼器之數目及降低通訊系統的成本。
2. 光纖具有極大的通訊容量。一般普通同軸電纜的工作頻寬約330MHz～550MHz，相較之下，光纖有著極高之訊息容量。
3. 光纜重量輕、體積小，故埋設光纜時，可節省管道空間。
4. 光纖屬於非金屬的石英介質絕緣體，不會受到電磁波等之干擾，在高干擾的環境可保持訊號完整。不受電磁干擾，傳送資訊保密性強。
5. 光纖的材料一般皆為石英玻璃，其具有不腐蝕、耐火、耐水及壽命長之特性，使光纖傳輸可節省經營成本。
缺點:元件昂貴，光纖質地脆、彎曲半徑大、易因屈曲而損毀、機械強度低、佈線時需要小心及需要專門的切割及連接工具，光纖的接駁、分路及耦合比銅線麻煩等
光纖的優點
FOCI光纖的微彎
FOCI光纖的微彎
FOCI抗微彎光纖
FOCI光纖連接器
FOCI
Curvature, Apex, Offset
Light source Power meter
Light source Power meter
Io
I
I.L.=10*Log(Io/I)
FOCI光纖熔接機
FOCI
Width:1.5um Width:6um Width:3um
width
Coupler
Width:1.5um Width:6um Width:3um
光纖耦合器
FOCI光纖分歧器
FOCI光纖網路架構
FOCI
WAN LAN RacktoRack
CardtoCard
OnCard
OnMulti-Chip Module
OnChip
Distance > 2 km > 10 m 30 m 1 m 10 cm –30 cm
0.5 cm –10 cm
0.1 mm -10 mm
Number of Lines
1 1-10 100 100-1000
1000 10,000 100,000
Use of Optics
1980s 1990s 2000 2010 2015 2020 2030
光纖網路的演進
FOCI
Source: Lightwave, March 2010
光纖到X的架構
FOCI
FOCI現行光纖到戶的架購現行光纖到戶的架購
Active EthernetActive Ethernet
Passive Optical Network (PON)Passive Optical Network (PON)
Source: Fiber to the Home Refresher and Primer - Fundamentals and System Elements, FTTH Council, 2010.09
Google will use Ethernet FTTH Google will use Ethernet FTTH or Active Ethernet as the or Active Ethernet as the access technology for Google access technology for Google Fiber Communities.Fiber Communities.
FOCIEntryEntry--level 3DTV on the Market in 2010level 3DTV on the Market in 2010
Source: The Advantages of Fiber | FTTH Council, 4th Edition/Spring 2010
Bandwidth Bandwidth Bandwidth
FOCIFiber Deployments By Independent Telcos
Source 1: BROADBAND PROPERTIES, March/April 2010
Source 2: New Developments and Emerging Technologies – Electronics, Systems and Networks, FTTH Council, 2010.09
Independent telcos overwhelmingly favor GPON technology, but active Ethernet technology continues to gain in popularity. In the last year or two, many telcos have deployed GPON to residential customers and active Ethernet to business customers
FOCIFTTH Global Ranking for All FTTH Global Ranking for All Economies
FOCI光纖與雲端運算系統
FOCILight Peak Technology
FOCIOptical connect for Light Peak Technology
FOCIOptical connect for Light Peak Technology
FOCI
O/E part
Receptacle lens Receptacle lens
Receptacle lensGuide pins
q
Fiber BFiber A
L1 L2
f f
O/E 跳線
FOCI
Plug lens
Fiber
Guide pin holes
USB 型式的光纖連接線
FOCI
28 February 2011 / Vol. 19, No. 5/ OPTICS EXPRESS 4301
主動式光纖連接線
FOCIZero client application
FOCI總結
1.光纖網路最後一哩的鋪設
2.光與高頻電訊號的轉換與連接
3.隨高速網路衍生的新型的服務
4.無線高速光通訊