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實驗 14: 光纖被動元件特性量測

實驗 14: 光纖被動元件特性量測. 光通訊被動元件簡介 插入損失 (Insertion Loss ) 量測 - 單一波長損失量測 - 波長相關損失量測 返回損失 ( Return Loss) 量測 極化相關損失 (Polarization Dependent Loss) 量測 波長相關色散 ( Chromatic Dispersion) 量測 極化相關色散 ( Polarization Mode Dispersion) 量測. 光通訊被動元件. 被動元件 是不須外來能量提供即可有自身對傳輸訊號 的某些功能者 光通訊被動元件之分類 :

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實驗 14: 光纖被動元件特性量測

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  1. 實驗 14: 光纖被動元件特性量測 光通訊被動元件簡介 插入損失(Insertion Loss )量測 - 單一波長損失量測 - 波長相關損失量測 返回損失(Return Loss)量測 極化相關損失(Polarization Dependent Loss)量測 波長相關色散(Chromatic Dispersion)量測 極化相關色散(Polarization Mode Dispersion)量測

  2. 光通訊被動元件 • 被動元件是不須外來能量提供即可有自身對傳輸訊號 • 的某些功能者 • 光通訊被動元件之分類: • - 全光纖式(All fiber type)被動元件 • - 微光學式(Micro-optics type)被動元件 • - 光波導式(Planar lightwave circuit type)被動元件

  3. 光通訊被動元件之功能 • 傳輸光訊號:光纖, 光纜 • 衰減光訊號: 可調式衰減器(Variable attenuator) • 改變光訊號在空間上的分佈: 方向耦合器(Directional coupler), • 星狀耦合器( Star coupler), 光纖準直器(Collimator) • 連接光訊號:光纖跳接線(Patch cord), 連接器(Adapter, Splice) • 隔絕反射光訊號:光纖隔絕器(Isolator) • 光路圓環: 光纖旋光器(Circulator) • 光訊號的波長分光與波長合光:波長多工器(Wavelength division • multiplexer), 低通/高通/帶通濾波器(low-/high-/band-pass filter) • 反射光訊號: 光纖光柵(Fiber Bragg grating)

  4. 光通訊被動元件之型態分類 • 熔燒拉錐式元件 (Fused Biconic Taper) • 光纖光柵 (Fiber Gratings) • 微光學式元件 (Micro-optics devices) • 平面光波導元件 (Planar Lightwave Circuits)

  5. 熔燒拉錐式元件 • 全光纖式元件 • 22 輸出/入元件 • 製作成本低 • 可靠性高 (High reliability)

  6. 光纖耦合器之相關產品 • 單模光纖耦合器 • -1(2)2, 1(3)3 • -Tree coupler, Star coupler • 多模光纖耦合器 • -1(2)2 • -Tree coupler, Star coupler • 寬頻光耦合器 • (Wide-band SM Coupler) • -Single window (1310 or 1550) • -Two window (1310/1550) • 波長多工器 • (Wavelength Division Multiplexer) • -980/1550 • -1310/1550 • -1480/1550 • -1625/1550 • 光衰減器 • (Attenuator)

  7. 光纖光柵 • 光纖光柵是一全光纖元件, 其光纖核心(core)有週期性 • 的折射率變化 • 利用光纖對紫外光(波長為248或244 nm)的光感性 • (Photosensitivity), 在光纖核心中曝照出所須的折射率變 • 化分布 • 光纖光柵元件之應用有窄頻反射器(Narrow-band reflector • 增益平坦化濾波器(Gain-flattening filters), 色散補償器 • (dispersion compensators), 光加取多工器(OADM)…

  8. 光纖光柵之製作 • 利用UV雷射(波長為248或244 nm)為光源, 設法形成干涉條紋 • 由光纖側邊入射將UV干涉條紋曝照在光纖核心上 • 應用相位光罩(Phase mask)形成干涉條紋, 可有效降低光學架構 • 的複雜性 Source: Lucent OFC1999

  9. 微光學元件 • 光訊號被擴束成空氣中傳播之準直光束 • 依據不同的功能須求設計晶體核心的組成 • 最終還須將光訊號耦合回光纖中 Collimator Collimator Fiber Pigtail Fiber Pigtail Collimated Beam Collimated Beam Crystals (Core)

  10. O-ray E-ray (backward light) 光纖隔絕器之隔絕特性

  11. 平面光波導元件 • 以半導體製程設備製作光波導元件 • 可整合眾多功能於一元件晶片中 • 有可能與其他光通訊主動元件積體封裝於一晶片上 • 與光纖耦合封裝技術是此類元件降低光損耗與提昇 • 可靠度的重要課題

  12. 單一波長插入損失量測 Cutback Method Power Meter Laser Source DUT P1(dBm) 熔接點 Power Meter Laser Source P2 (dBm) I.L. (dB) = -(P2 (dBm) - P1(dBm))

  13. 光纖耦合器之特性量測 • 步驟1. 紀錄P1與P2的讀值 • 步驟2. 紀錄P0的讀值 註: mode filter是指光纖繞圈, 作用在於濾除 Cladding mode 光

  14. 光纖耦合器之特性量測

  15. 光纖耦合器之方向性損耗量測 • 步驟1. 紀錄P1的讀值 • 步驟2. 紀錄P0的讀值 註: terminator是指光纖尾端繞小圈, 作用在於濾除端纖反射光

  16. WDM光纖耦合器之隔絕度量測 • 步驟1. 紀錄P1與P2的讀值 • 步驟2. 紀錄P0的讀值 註: Laser source是分別採用波長為1310nm 與1550nm的雷射

  17. 波長相關插入損失量測 Cutback Method Optical Spectrum Analyzer Broadband Light Source DUT 熔接點 P1() (dBm) Optical Spectrum Analyzer Broadband Light Source P2() (dBm) I.L.() (dB) = -(P2 (dBm) - P1(dBm))

  18. Optical Spectrum Analyzer P1() Broadband Light Source 1530/1550nm 波長多工器 Optical Spectrum Analyzer P2() 1530/1550nm波長多工器頻譜特性量測 • 步驟1. 分別量測Port 1與Port 2的輸出頻譜P1() & P2() • 步驟2. 量測寬頻光源的輸出頻譜P0() Optical Spectrum Analyzer Broadband Light Source P0() I.L.1() (dB) = – (P1() –P0()) I.L.2() (dB) = – (P2() –P0())

  19. 頻譜特性參數分析 • 振幅 (Amplitude) : • - 插入損失 (vs. ) • - 平坦度 (Flatness) • - 隔絕度 (Isolation) • 波長 (Wavelength) : • - 中心波長準確度 (ITU Grid) • - 頻寬 (Bandwidth @ 0.5dB, @ 25dB) • - 頻道間距 (Channel spacing)

  20. 返回損失的量測 Coupler Method Angle output Isolator P1 Coupler Laser Source P2 terminator Power Meter Back-Reflection Meter Return Loss (dB) = – (P2 (dBm) – P1(dBm))

  21. 極化相關損失 掃描輸入 各種極化光 DUT 紀錄輸出光功率變化 • PDL來源 : • 材料吸收特性具極化相關性 • 斜向入射介面反射率不同 • 光纖彎曲引起應力不均

  22. Poincare Sphere LVP : 垂直極化光 LHP : 水平極化光 L+45 : 45°線性極化光 L–45 : –45°線性極化光 LCP : 左旋圓形極化光 RCP : 右旋圓形極化光

  23. Mueller Matrix Method Power Meter Polarization Controller Light Source Pa, Pb, Pc, Pd Power Meter Polarization Controller Light Source DUT PA, PB, PC, PD • 步驟1.量測四種入射極化光(LHP, LVP, L+45, RCP)功率 • 步驟2. 量測由待測物輸出之四種極化光功率

  24. Mueller Matrix Method

  25. 極化相關損失量測 PDL Meter in out PDL Meter in out Isolator • 步驟1. 將PDL Meter入射端連接至出射端 • 量測四種入射極化光功率 熔接點 • 步驟2. 將PDL Meter入射端連接至Isolator輸入端 • 再由Isolator輸出端連接至出射端, 量測四 • 種極化光之出射功率然後PDL Meter自行 • 計算出Isolator 之PDL值

  26. 光纖之波長相關色散現象 • 波長相關色散(Chromatic Dispersion) • 材料色散 • (Material Dispertion) • 光波導色散 • (Waveguide Dispertion) • CD = mat + wave 材料色散 2 1 光波導色散 2 1

  27. 波長相關色散量測 Phase Shift Method Tunable Laser Receiver Modulator DUT Phase Comparator RF Signal Source 

  28. 波長相關色散量測 • 步驟1.將光網路分析儀之Port 1連接至FBG • filter輸入端, 再由FBG filter輸出端連接 • 至Port 2. • 步驟2. 選擇量測反射訊號,量測反射光 • 之反射頻譜 • 步驟3. 量測反射光之群時間延遲 • 步驟2. 選擇量測穿透訊號,量測穿透光 • 之穿透頻譜 • 步驟3. 量測穿透光之群時間延遲(Group Delay) 光網路分析儀 (Optical Network Analyzer) Port 1 Port 2 熔接點 FBG filter

  29. 極化相關色散(Polarization Mode Dispersion) • Variation in propagation delay with polarization state • Leads to pulse broadening • Sources of PMD : isolators, circulator, transmission fiber, • Erbium-doped fiber Polarized input pulse PMD Differential Group Delay

  30. 極化相關色散量測 Polarization Beam Splitter Polarization Controller Optical Modulator Tunable Laser DUT Receiver Receiver RF Signal Source Phase Comparator Phase Comparator Polarization Phase Shift Method fmod

  31. 極化相關色散量測 光網路分析儀 (Optical Network Analyzer) Port 1 Port 2 校正線 • 步驟1. 將光網路分析儀之Port 1以校正線連接至其Port 2. • 步驟2. 選擇量測穿透訊號, 進行Polarization controller校正與 • PMD量測歸一化動作

  32. 極化相關色散量測 光網路分析儀 (Optical Network Analyzer) Port 1 Port 2 Circulator 熔接點 FBG filter • 步驟3. 將光網路分析儀之Port 1連接至 • Circulator之Port 1,再由Circulator • 之Port 2連接至FBG filter輸入端, • 最後由Circulator之Port 3連接至 • 光網路分析儀之Port 2. • 步驟4. 選擇量測穿透訊號,量測 • FBG filter之極化相關色散

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