第 三 章 光 通 訊 元 件 3-1 第 ㆔ 章 光 通 訊 元 件 光 源 光 纖 檢 測 器 為 光 纖 通 訊 主 要 的 元 素, 藉 由 電 驅 動 雷 射 產 生 光 源, 而 光 在 透 過 光 纖 為 媒 介 傳 送 資 料, 最 後 由 檢 測 器 接 收 即 完 成 了 簡 易 光 纖 傳 輸 的 概 念 而 要 使 光 纖 通 訊 網 路 系 統 的 具 彈 性 應 用 除 了 軟 體 的 介 面 外, 光 元 件 則 佔 有 重 要 的 地 位 從 具 有 光 訊 號 傳 輸 與 接 收 的 光 收 發 模 組 連 接 光 訊 號 功 能 的 光 纖 連 接 器 光 訊 號 分 歧 與 混 合 的 光 耦 合 器 ( 又 稱 光 分 歧 器 合 分 波 器 ) 調 整 訊 號 大 小 的 光 衰 減 器 光 訊 號 單 方 向 進 行 的 光 隔 絕 器 光 訊 號 切 換 與 路 由 的 光 開 關 將 訊 號 放 大 的 光 放 大 器 元 件 等 等 光 元 件, 有 了 這 些 光 元 件 的 結 合, 光 纖 通 訊 網 路 架 構 才 能 實 現 光 傳 輸 在 過 去 的 幾 年, 光 元 件 受 整 體 產 業 的 影 響 呈 現 低 迷 的 景 氣, 也 使 得 廠 商 在 經 營 策 略 上 與 已 往 有 不 同 的 型 態, 垂 直 整 合 與 一 次 購 足 似 乎 逐 漸 成 為 主 流 而 光 元 件 產 品 的 界 線 也 逐 漸 模 糊, 朝 積 體 化 小 型 化 為 目 標 在 技 術 發 展 層 次 無 論 是 在 低 價 化 大 量 化 的 元 件 或 是 以 矽 製 作 且 具 有 光 學 功 能 的 裝 置 都 仍 然 令 人 興 奮 本 章 將 介 紹 主 要 產 業 總 體 光 元 件 的 技 術 發 展 與 市 場 分 析, 進 而 探 討 國 內 外 廠 商 的 動 態 在 產 品 上 將 連 接 器 耦 合 器 衰 減 器 光 開 關 光 收 發 模 組 光 放 大 器 等 元 件 納 入 此 次 的 綜 合 研 究 範 疇, 較 有 別 於 過 去 分 成 主 被 動 元 件 的 章 節 撰 寫 方 式
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-2 3-1 光 通 訊 元 件 產 品 介 紹 3-1-1 光 纖 連 接 器 光 連 接 器 主 要 用 於 光 纖 之 間 的 可 裝 卸 連 結, 以 便 於 切 換 或 測 試 用 由 於 光 的 傳 輸 不 同 於 一 般 電 的 傳 輸, 它 必 須 具 有 高 度 的 精 準 度 才 能 有 良 好 的 光 學 特 性 ( 主 要 為 插 入 損 失 與 反 射 損 失 ), 也 就 是 連 結 器 機 械 方 面 的 精 密 度 夠 高 再 配 合 良 好 組 裝 及 研 磨 才 能 製 作 出 好 的 跳 接 線 依 形 狀 可 分 為 PC( Physical Contact) 和 APC( Angled PC) 兩 種,PC 接 頭 是 磨 成 球 面,APC 則 是 將 接 頭 磨 8 度 角 一 般 而 言,PC 接 頭 的 插 入 損 失 大 約 0.1dB 反 射 損 失 則 為 45~50 db APC 接 頭 插 入 損 失 比 PC 接 頭 稍 大, 大 約 0.2dB, 而 反 射 損 失 則 可 到 65dB 以 上, 主 要 應 用 於 CATV 網 路, 因 為 類 比 的 視 訊 傳 輸 要 求 較 好 的 反 射 損 失 目 前 單 一 接 頭 以 FC SC ST 為 最 普 遍 ST ST 光 纖 連 結 器 是 AT & T Bell Laboratories 於 1985 年 初 推 出 ST 型 光 纖 連 結 器 的 設 計 是 使 用 彈 簧 及 定 位 孔 接 合, 類 似 於 同 軸 電 纜 用 的 BNC 接 頭 此 特 點 使 光 纖 與 套 圈 免 於 多 次 使 用 時 旋 轉 鬆 動, 因 此 確 保 更 一 致 的 插 入 損 失 其 設 計 是 接 觸 式 (physical contact) 設 計 且 易 安 裝 FC/ PC FC 是 日 本 電 報 電 話 公 司 (Nippon Telegraph and Telephone Corp., NTT) 所 發 展 出 來 連 結 器 套 圈 的 端 面 是 平 面, 連 結 器 互 相 接 合 時 能 達 到 面 的 接 觸 (Face Contact, FC) FC 的 修 正 型 名 為 FC / PC, 是 第 一 個 應 用 光 纖 端 末 實 體 接 觸 以 降 低 插 入 損 失, 及 以 光 纖 連 接 介 面 反 射 最 小 化 來 提 高 反 射 損 失 SC SC 型 ( square/ subscriber connector) 光 纖 連 接 器 算 是 新 推 出 的 產 品, 是 日 本 NTT 於 1986 年 所 開 發 出 來 的, 此 連 接 器 採 用 截 面 為 方 形 之 塑 膠 模 造 成 型 外 殼 它 應 用 推 力 使 連 結 器 接 合, 拉 力 使 連 結 器
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-3 分 離, 使 接 合 時 免 於 旋 轉 性 直 準 偏 差, 接 合 時 可 聽 見 卡 搭 聲, 讓 使 用 者 知 道 連 接 器 已 接 合 SC 型 光 纖 連 接 器 的 插 入 損 失 相 當 低, 反 射 損 失 高, 及 可 達 到 高 精 密 度, 此 在 多 芯 數 纜 線 安 裝 時 相 當 有 用 此 連 接 器 的 防 拉 特 性, 當 纜 線 向 外 或 內 側 邊 拉 出 時, 仍 能 維 持 光 學 接 觸, 當 纜 線 有 任 何 擾 動 時 可 確 保 此 能 量 損 失 低 而 可 忽 略 SC 型 採 用 新 的 ANSI/ TIA/ EIA-568 標 準, 適 用 於 商 業 大 樓 配 線 MU MU 光 連 接 器 基 本 結 構 沿 襲 SC 光 連 接 器 以 日 本 市 場 為 主, 套 管 直 徑 1.25mm, 約 SC 光 連 接 器 大 小 的 一 半, 每 個 光 連 接 器 相 鄰 寬 度 約 5mm 以 下, 可 以 形 成 高 密 度 組 裝 MT 系 列 高 密 度 光 纖 連 接 器, 不 同 於 陶 瓷 套 管 芯 數 較 少, 採 用 密 度 較 高 的 塑 膠 套 管, 如 Tyco Electronics 擁 有 高 芯 數 MT 套 管 技 術 MT 系 列 套 管 有 一 種 名 為 HBMT( High density Backplane MT) 高 密 度 光 纖 連 接 器, 未 來 利 用 MT 型 的 24 芯 塑 膠 套 管 堆 疊 四 個, 可 以 達 到 96 芯 的 光 連 接 介 面 ( 圖 3-1-1) 圖 3-1-1 96 芯 HBMT 連 接 器 資 料 來 源 :Molex 其 特 性 和 優 點 歸 納 如 表 3-1-1, 可 以 和 PC 板 相 結 合, 因 此 在 光 交 換 系 統 和 骨 幹 網 路 提 供 一 個 很 好 的 解 決 方 案
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-4 表 3-1-1 高 密 度 光 纖 連 接 器 的 性 和 優 點 特 性 優 點 在 1.6 吋 內 密 度 達 96 芯 可 在 主 機 板 或 插 卡 邊 緣 的 三 軸 靈 活 浮 動 鉚 釘 或 螺 絲 鑲 崁 使 用 MT 系 列 塑 膠 套 管, 可 包 括 :2, 4, 8, 12, 24 芯 多 模 和 單 模 佔 範 圍 小 能 增 加 機 板 的 應 用 容 許 插 卡 的 靈 活 度 鉚 釘 可 以 固 定 零 件 不 會 產 生 鬆 動 螺 絲 可 以 容 易 移 除 可 彈 性 增 加 所 需 要 的 光 纖 連 接 密 度 資 料 來 源 :Molex/ 整 理 著 重 在 光 纖 交 換 連 接 技 術 上, 美 國 公 司 Page Automated Telecommunication Systems, Inc.( PATSI) 的 MTS( MT Ferrules-SFF Multi-Channel Connections) 多 通 道 光 跳 接 線 產 品 具 有 易 彎 曲 和 體 積 小 ( 圖 3-1-2) 等 特 性, 應 用 於 多 通 道 的 數 據 連 接, 著 重 在 光 纖 封 裝 技 術 圖 3-1-2 MTS 跳 線 資 料 來 源 :PATSI 對 於 網 路 設 備 製 造 商 而 言, 多 芯 光 纖 帶 狀 連 接 器 需 更 注 重 對 位 的 觀 察, 以 及 帶 狀 的 清 潔 目 前 多 芯 光 纖 帶 狀 連 接 器 仍 無 觀 察 與 清 潔 標 準, 且 不 同 的 材 料 封 裝 難 以 維 持 一 定 可 靠 度
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-5 小 型 光 纖 連 接 器 小 型 光 纖 連 接 器 (Small Form Factor,SFF) 的 體 積 僅 為 傳 統 SC ST 連 接 器 的 二 分 之 一, 對 於 設 備 的 空 間 能 有 更 多 的 彈 性 目 前 約 有 VF-45 LC 和 MT-RJ 等 三 種 小 型 光 纖 連 接 器 VF-45 光 纖 連 接 器 又 稱 為 SG( per TIA/ EIA-604-7) 連 接 器, 由 3M 公 司 於 90 年 代 末 期 推 出 其 特 色 為 運 用 V 型 槽 技 術 來 進 行 光 纖 的 對 準 (Alignment) 與 耦 合 (Coupling), 此 外, 材 質 上 亦 揚 棄 了 陶 瓷 套 圈 (Ceramic Ferrule) 改 用 低 成 本 的 耐 熱 塑 膠 組 件 在 施 工 安 裝 方 面, 程 序 大 幅 簡 化, 不 需 使 用 黏 膠 (Epoxy), 研 磨 方 式 也 由 以 往 的 8 字 型 改 為 一 字 型, 平 均 每 個 雙 心 (Full Duplex) 接 頭 之 製 作 時 間 僅 需 2 分 鐘, 良 率 也 大 幅 提 高, 達 到 約 98% 除 了 VF-45 之 外, 市 場 較 具 有 競 爭 性 的 小 型 光 纖 連 結 器 尚 有 AMP 的 MT-RJ 與 Avaya( 前 身 為 Lucent) 的 LC, 以 下 針 對 各 家 廠 牌 的 連 接 器 分 別 介 紹 : MT-RJ: 除 AMP 外,HP( 現 為 Agilent) 亦 大 力 推 廣 其 體 積 較 LC 與 VF-45 略 小, 策 略 上 與 設 備 廠 商 合 作 為 主, 故 國 外 大 廠 大 致 都 有 支 援 MT-RJ 之 設 備 LC: 由 佈 線 系 統 大 廠 Avaya 推 出, 其 衰 減 值 是 三 種 產 品 中 最 低 的, 約 0.1dB, 因 其 性 能 上 的 特 色 與 價 格 的 策 略 來 推 測,LC 較 適 合 應 用 於 電 信 網 路 而 非 區 域 網 路 高 速 塑 膠 光 纖 連 接 器 擁 有 與 光 纖 連 接 器 相 同 的 優 點, 且 連 接 孔 徑 相 對 光 纖 連 接 器 較 大 對 光 比 較 容 易 汽 車 市 場 部 分, 歐 洲 部 分 高 級 車 採 用 MOST 規 範, 美 國 與 日 本 將 依 照 IEEE1394b 規 範 建 置 車 內 系 統 3-1-2 光 纖 耦 合 器 耦 合 器 (Coupler) 有 時 又 稱 為 光 分 歧 器 (Splitter) 主 要 的 功 能 是 應 用 於 光 纖 干 涉 是 檢 測 器, 光 纖 儀 器, 數 據 傳 輸 等 耦 合 器 的 有 數 種 不 同 的 分 類 方 法, 依 組 態 分 有 標 準 耦 合 器 (1 2) 星 型 耦 合 器 (N N) 及 樹 狀 星 型 耦 合 器 (1 N); 若 依 光 學 特 性 分 則 有 標 準 耦 合 器 寬 頻 耦 合 器 與 波 長 無 關 耦 合 器 (Wavelength Independent
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-6 Coupler, WIC) 及 分 波 多 工 器 (Wavelength Division Multiplexer, WDM); 依 所 用 的 光 纖 種 類 分, 有 單 模 與 多 模 耦 合 器 二 種 ; 若 依 製 造 方 法 分, 則 有 微 小 光 學 元 件 (Micro-Optics) 光 纖 燒 結 (Fused Biconical Taper) 及 平 面 波 導 線 路 (Planar Lightwave Circuit) 之 分 表 3-1-2 為 各 種 分 法 之 綜 合 表 3-1-2 耦 合 器 之 各 種 分 類 法 分 類 方 式 耦 合 器 組 態 (Configuration)1. 標 準 耦 合 器 1( 2) 2 2. 星 狀 耦 合 器 4 4, 8 8...N N 3. 樹 狀 耦 合 器 1 4, 1 8...1 N 光 學 特 性 ( characterestics) 光 纖 種 類 製 造 方 法 資 料 來 源 : 整 理 近 年 來 由 於 1. 標 準 耦 合 器 2. 寬 頻 耦 合 器 3. 波 長 無 關 耦 合 器 (WIN) 4. 分 波 多 工 器 (WDM) 1. 單 模 光 纖 耦 合 器 2. 多 模 光 纖 耦 合 器 1. 微 光 學 (Micro-Optics) 2. 光 纖 燒 結 (Fused Biconical Taper) 3. 平 面 波 導 線 路 (Planar Wave guide Circuit) FTTH 的 興 起 而 使 應 用 在 接 取 網 路 的 被 動 式 光 纖 網 路 (Passive Optical Network, PON) 成 為 熱 門 技 術 ( 見 第 四 章 光 通 訊 系 統 設 備 ), 而 系 統 中 主 要 的 元 件 為 由 光 路 終 端 機 (Optical Line Terminal, OLT) 接 出 後, 經 過 一 段 單 模 光 纖, 到 達 被 動 式 的 光 分 歧 器 (Passive Optical Splitter), 在 此 分 成 16 32 最 高 可 達 64 個 分 支, 分 別 接 入 各 用 戶, 在 用 戶 端 則 由 光 網 路 終 端 機 (Optical Network Terminal, ONT; 又 稱 為 Optical Network Unit, ONU) 負 責 收 發 訊 號 或 進 一 步 的 訊 號 處 理 而 其 簡 單 的 示 意 圖 可 參 考 圖 3-1-3 在 PON 架 構 中 所 使 用 光 分 歧 器 的 節 點 與 PLC 形 式 光 分 歧 器 的 概 念 簡 圖
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-7 圖 3-1-3 在 PON 架 構 的 PLC 形 式 光 耦 合 器 Air Closure unit B-PON ONU B-PON OLT Splitter module splitter 接 著 劑 V 溝 基 板 fiber PCL 基 板 Fiber array Package 資 料 來 源 : 整 理 而 目 前 以 PLC 的 形 式 較 為 熱 門, 以 矽 基 SiO2 光 波 導 技 術 製 作 的 1 N 分 支 光 功 率 分 配 器 (Splitter) 是 平 面 波 導 結 構 的 一 種 基 本 應 用, 它 具 有 傳 統 光 纖 耦 合 器 所 無 法 相 比 的 小 尺 寸 與 高 集 成 度, 而 且 帶 寬 寬 通 道 均 勻 性 好 在 2004 年 OFC 展 場 上 日 本 NHK 推 出 的 1 N (N = 4,8,16,32) 系 列
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-8 圖 3-1-4 PLC 形 式 光 耦 合 器 資 料 來 源 :NHK International 波 導 耦 合 器 ( 圖 3-1-4) 具 有 均 勻 性 好 (2.2dB,N=32),PDL 指 標 低 (0.3dB,N=32 16) 的 特 點, 分 別 可 用 於 1260-1360 和 1480-1580 波 段 而 N N (N = 4 8 16) 星 型 耦 合 器 的 耦 合 比 可 實 現 20% 到 80% 的 定 制 同 時 法 國 光 子 集 成 公 司 Teem 在 2003 初 推 出 的 基 於 平 面 波 導 技 術 的 N N 系 列 8x(1x2) 16x(1x2) 4x(1x8) 8x(1x4) 2x(1x16) 等 分 路 器 陣 列, 尺 寸 只 有 70 13 5.6 mm, 是 FBT 同 類 產 品 尺 寸 的 1 / 10, 具 有 非 常 小 的 插 損 和 回 損 指 標, 並 已 經 通 過 Telcordia GR-1209 和 GR-1221 測 試 3-1-3 光 衰 減 器 光 衰 減 器 可 以 應 用 於 系 統 的 評 估 研 究 和 調 整 校 正 等 方 面 衰 減 器 主 要 功 能 是 用 來 減 低 或 控 制 光 訊 號, 例 如, 在 WDM 網 路 系 統 上, 用 來 縮 小 在 通 道 間 的 能 量 差 距 和 維 持 所 有 通 道 噪 訊 比 一 定, 因 此 在 如 光 放 大 器 和 DWDM 模 組 等 皆 有 其 應 用, 也 因 此 一 般 光 衰 減 器 特 性 要 求, 包 括 : 插 入 損 失 低 反 射 損 失 低 鑑 別 率 線 性 度 與 重 複 性 好 衰 減 量 可 調 範 圍 大 衰 減 精 度 高 以 及 體 積 小 等 而 光 衰 減 器 有 許 多 種 類 的 製 造 方 式, 包 括 藉 由 調 整 空 氣 間 隙 改 變 一 對 光 纖 端 面 相 互 之 間 所 有 損 失 的 距 離, 和 應 用 濾 波 器 方 式 影 響 部 分 輸 入 光, 這 些 製 造 方 法 皆 可 包 含 固 定 式 和 可 調 式 光 衰 減 器 (Variable Optical Attenuator; VOA) 固 定 式 光 衰 減 器 價 格 較 低, 但 是 較 不 具 有 彈 性 ; 相 對 地, 可 調 式 光 衰 減 器 (VOA) 在 發 展 上 較 具 優 勢 同 時 也 是 目 前 主 流 的 趨 勢, 能 精 確 的 主 動 平 衡 光 的 能 量, 並 朝 向 結 合 模 組 次 系 統 ( 如 多 工 / 解 多 工 OADM 光 塞 取 器 ) 發 展 VOA 必 須 提 供 所 有 波 長 固 定 的 衰 減 量 和 相 關 溫 度, 亦 須 注 重 極 化 相 關 損 失 (PDL) 和 極 化 模 態 損 失 (PMD), 因 為 極 化 相 關 參 數 是
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-9 疊 加 的 並 且 不 能 被 補 償, 當 在 電 子 中 繼 站 距 離 增 加 時 其 值 變 得 重 要 例 如, 若 VOA 插 入 損 失 由 PDL 引 起 約 有 0.3 db, 則 在 10 個 EDFA 間 距 會 變 成 3dB 大 的 系 統 總 損 失 光 通 訊 網 路 通 道 數 目 的 增 加 會 影 響 光 放 大 器 和 系 統 其 他 零 組 件, 如 EDFA 對 於 光 能 量 的 輸 入 相 當 靈 敏, 因 此 在 光 能 量 控 制 上 需 要 將 各 個 通 道 數 可 程 式 化, 因 為 在 當 通 道 數 增 加 或 減 少 光 能 量 進 入 EDFA 時, 這 些 輸 入 光 能 量 的 變 化 會 對 EDFA 造 成 一 些 不 確 定 的 影 響, 例 如 : 光 譜 導 入 的 增 益 偏 斜, 增 益 偏 斜 定 義 為 對 改 變 反 轉 情 況 做 非 均 勻 的 增 益 大 部 分 在 減 低 增 益 偏 斜 和 保 持 平 均 反 轉 能 量 常 數 時, 會 在 設 計 寬 頻 寬 光 放 大 器 時 導 入 VOA, 如 此 可 以 減 低 受 激 拉 曼 散 射 的 影 響 VOA 製 造 技 術 VOA 製 造 的 方 法 有 許 多 種, 其 應 用 技 術, 如 圖 3-1-5, 以 及 相 互 間 簡 單 的 比 較 技 術 包 括 液 晶 (Liquid-Crystal; LC) 平 面 波 導 光 柵 和 MEMS 為 基 礎 的 VOA 圖 3-1-5 VOA 可 能 的 技 術 SiO/Si PWG Polymer PWG Liquid crystal Micro-Mechanical PWG technology: LC technology: MEMs technology: Polarisation dependence Wavelength flatness 1480nm- 1620nm Insertion Loss Dissipation Dynamic range Polarisation separation Temperature dependence Low insertion Loss Low dissipation Wavelength flatness Low polarisation Wavelength flat Low insertion Loss Low dissipation Latchable Very high dynamic rang 資 料 來 源 : 北 電 網 路
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-10 液 晶 可 調 變 光 衰 減 器 與 平 面 光 波 導 可 調 變 光 衰 減 器 優 點 是 沒 有 機 械 式 動 件 低 功 率 消 耗 低 成 本, 以 及 製 程 簡 單 液 晶 可 調 變 光 衰 減 器 由 玻 璃 細 管 套 住 兩 條 熔 接 光 纖, 光 纖 端 面 鍍 上 透 明 電 極, 當 沒 有 加 上 電 壓 時,LC 微 小 顆 粒 是 任 意 排 列, 光 訊 號 通 過 電 極 區 域 內 受 到 散 射 通 過 量 變 少, 如 圖 3-1-6(a); 當 有 加 上 電 壓 時, 電 極 區 域 內 LC 微 小 顆 粒 平 行 排 列, 元 件 變 成 可 穿 透 性, 如 圖 3-1-6(b) 圖 3-1-6 LC VOA 衰 減 控 制 (a) 沒 加 電 壓 時 (b) 加 電 壓 時 a b fibre Glass capillary LC droplets polymer electrodes V 資 料 來 源 :Lightwave 雜 誌 / 整 理 電 子 式 可 調 變 光 衰 減 器 (EVOA) 適 合 光 通 訊 大 部 分 應 用, 如 感 測 和 迴 路 控 制 設 計, 這 些 封 閉 性 迴 路 設 計 可 以 消 除 因 環 境 變 動 和 任 何 的 瓢 移 所 產 生 的 衰 減 變 化, 增 加 系 統 的 可 靠 性 小 型 分 歧 可 調 變 光 衰 減 器 (Tap VOA, TVOA) 可 整 合 光 檢 測 器 ( Photodiode, PD) 光 分 歧 器 (Tap Coupler) 和 電 子 式 可 調 變 光 衰 減 器 (EVOA) 三 個 不 同 的 元 件, 如 圖 3-1-7(b), 且 不 會 造 成 多 餘 的 損 失 或 使 特 性 變 差 未 來 發 展 成 數 位 光 衰 減 器 (Digital VOA) 可 減 少 光 和 電 的 元 件, 如 圖 3-1-7(c)
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-11 圖 3-1-7 電 控 式 光 衰 減 器 技 術 演 進 (a) 分 離 式 OA(b)TVOA(c)DVOA (a) 分 離 式 VOA (b)tvoa (c)dvoa 資 料 來 源 :Lightwave 雜 誌 3-1-4 光 開 關 光 開 關 在 光 通 訊 網 路 當 中 扮 演 著 光 波 切 換 的 功 能, 有 相 當 廣 的 應 用, 既 然 是 光 方 面 的 開 關 必 須 注 重 幾 個 方 面, 首 先 是 處 理 訊 號 的 穩 定 性, 因 為 光 開 關 在 光 網 路 上 扮 演 著 保 護 功 能, 另 外, 能 分 別 獨 立 切 換 各 種 波 長 容 量, 以 及 切 換 速 度 快 低 串 訊 等 傳 統 的 光 開 關 技 術 主 要 採 用 固 態 波 導 和 光 機 械 兩 種 技 術 : 固 態 波 導 開 關 由 於 有 較 高 的 串 訊 損 耗 和 功 耗, 只 能 在 有 限 的 開 關 陣 列 中 應 用, 不 適 合 向 大 規 模 的 開 關 陣 列 中 擴 展 ; 機 械 式 光 開 關 發 展 已 比 較 成 熟, 可 分 為 移 動 光 纖 移 動 套 管 移 動 準 直 器 移 動 反 光 鏡
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-12 移 動 稜 鏡 和 移 動 耦 合 器 傳 統 的 機 械 式 光 開 關 介 入 損 耗 較 低 ( 2dB); 隔 離 度 高 (>45dB); 不 受 偏 振 和 波 長 的 影 響 其 缺 陷 在 於 開 關 時 間 較 長, 一 般 為 毫 秒 量 級, 有 時 還 存 在 回 跳 抖 動 和 重 復 性 較 差 的 問 題 另 外 其 體 積 較 大, 不 易 做 成 大 型 的 光 開 關 矩 陣 因 此, 傳 統 的 機 械 光 開 關 難 以 適 應 高 速 大 容 量 光 傳 送 網 發 展 的 需 求 而 新 型 的 以 微 機 械 技 術 (MEMs) 為 基 礎 的 微 機 械 光 開 關 既 具 有 傳 統 機 械 光 開 關 的 介 入 損 耗 低 隔 離 度 高 等 優 點, 同 時 具 有 體 積 小 易 於 集 成 等 優 點, 成 為 大 容 量 交 換 光 網 路 開 關 發 展 的 主 流 方 向 除 了 MEMs 的 技 術 之 外, 還 出 現 了 很 多 新 技 術, 主 要 包 括 微 機 電 光 開 關 噴 墨 氣 泡 光 開 關 液 晶 光 開 關 熱 光 效 應 光 開 關 聲 光 效 應 光 開 關 全 像 式 光 開 關 液 晶 光 柵 光 開 關 等 一 般 主 要 用 以 下 參 數 考 察 光 開 關 : 開 關 速 度 陣 列 大 小 損 耗 可 靠 性 以 及 可 擴 展 性 等 依 光 開 關 產 品 相 關 特 性 分 類, 如 表 3-1-3 表 3-1-3 光 開 關 產 品 相 關 性 分 類 種 類 內 容 依 體 積 依 光 傳 輸 媒 介 1. 傳 統 光 開 關 體 積 大 2.MOEMS 光 開 關 體 積 小 1. 自 由 空 間 2. 波 導 方 式 依 控 制 方 式 包 括 : 反 射 鏡 片 移 動 稜 鏡 移 動 光 纖 等 依 驅 動 方 式 除 了 採 用 傳 統 的 驅 動 電 壓 或 電 流 外, 也 可 以 採 用 輔 助 光 靜 電 電 毛 細 管 效 應 或 熱 毛 細 管 效 應 等 資 料 來 源 : 整 理 依 光 傳 輸 媒 介 來 分, 波 導 型 光 開 關 相 關 的 研 究 相 當 多, 其 藉 由 干 涉 效 應 切 換 光 的 行 進 路 線, 或 利 用 熱 效 應, 經 由 薄 膜 加 熱 器 溫 度 上 升, 改 變 折 射 率 達 成 光 路 的 切 換, 但 目 前 由 於 所 需 加 熱 的 時 間 不 易 縮 短, 造 成 其 切 換 速 度 受 到 限 制, 因 此 在 材 料 的 選 擇 上 便 成 為 重 要 的 因 素 依 驅 動 方 式 來 分, 安 捷 倫 應 用 匹 配 液 或 氣 泡 式 於 平 面 波 導 ( PLC) 上, 以 及 利 用 噴 墨 技 術 方 式 或 熱 毛 細 管 現 象 達 成 光 路 的 控 制
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-13 各 類 光 開 關 的 損 耗 切 換 速 度 有 所 不 同, 簡 單 依 光 傳 輸 媒 介 將 製 造 光 開 關 分 成 : 波 導 光 開 關 和 自 由 空 間 光 開 關 兩 類, 如 圖 3-1-8, 透 過 波 導 方 式 的 光 開 關 損 耗 較 大, 透 過 電 光 開 關 在 速 度 切 換 上 較 快 圖 3-1-8 光 開 關 各 類 製 造 技 術 分 類 與 比 較 損 耗 越 來 越 大 自 由 空 間 光 開 關 波 導 光 開 關 速 度 越 來 越 快 電 子 機 械 光 開 關 熱 光 開 關 電 光 開 關 可 動 波 導 光 束 折 射 反 射 鏡 稜 鏡 SiO 2 聚 合 物 交 叉 波 導 電 介 質 液 晶 半 導 體. 毛 細 管. 氣 泡 LiNbO 3 InP 微 機 電 系 統 SOA 資 料 來 源 : 光 網 絡 的 組 網 與 優 化 設 計 3-1-5 光 收 發 模 組 光 收 發 模 組 為 光 纖 通 訊 中 必 要 的 元 件, 無 論 是 在 光 纖 通 訊 的 區 域 型 網 路 或 接 取 端, 資 料 的 傳 輸 皆 須 進 行 由 電 能 轉 換 成 光 的 訊 號, 在 接 收 的 那 一 端 著 進 行 光 轉 換 成 電 訊 號 以 讀 取 資 料 從 DWDM 到 SONET/SDH 的 系 統 設 備 及 以 Ethernet 為 標 準 的 架 構 皆 須 應 用 光 收 發 模 組 做 光 電 / 電 光 的 轉 換 如 圖 3-1-9 以 DUPLEX SC 型 式 的 光 收 發 模 組 為 例 其 內 部 結 構 可 分 為 由 發 光 二 極 體 ( Light emitting diode) 或 雷 射 二 極 體 ( Laser diode) 所 構 成 的 光 發 射 器 (Transmitter Optical Sub-Assembly; TOSA) 光 檢 測 器 ( Photodiode ) 也 就 是 光 接 收 器 ( Receiver Optical Sub-Assembly; ROSA) 驅 動 晶 片 (Driver IC) 後 置 放 大 器
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-14 ( Post-amplifier) 及 電 路 版 (PCB) 隨 著 體 積 縮 小 化 與 傳 輸 速 度 高 速 化 的 需 求 增 強, 光 發 射 器 與 光 接 收 器 已 整 合 為 光 收 發 模 組 在 製 作 的 過 程 中 主 要 的 技 術 為 雷 射 的 製 成 封 裝 光 與 電 介 面 的 電 路 設 計 以 及 效 能 的 量 測 圖 3-1-9 DUPLEX SC 型 式 光 收 發 模 組 示 意 圖 Post-Amp. ROSA Driver IC OS TOSA 資 料 來 源 : 光 收 發 模 組 的 規 格 而 其 分 類 的 規 格 則 已 由 ITU-T 及 IEEE 分 別 制 訂 SONET/ SDH 和 Ethernet 的 規 範 如 表 3-1-4 的 ITU 光 介 面 分 類 表 和 表 3-1-5 3-1-6 IEEE 1000Base-SX 的 傳 送 端 和 接 收 端 規 格 以 及 IEEE 1000Base-LX 的 傳 送 端 和 接 收 端 規 格 表 3-1-7 3-1-8
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-15 表 3-1-4 ITU-T table 1/ G.957 基 於 應 用 面 的 光 介 面 分 類 應 用 Intra-office Inter-office 光 源 波 長 (nm) 1310 1310 1550 1310 1550 Rec. Rec. Rec. Rec. Rec. Rec. 光 纖 種 類 G.652 G.652 G.652 G.652 G.652 G.653 Rec. G.654 傳 輸 距 離 (km)* 2 15 40 80 STM 層 級 STM-1 I-1 S-1.1 S-1.2 L-1.1 L-1.2 L-1.3 STM-4 I-4 S-4.1 S-4.2 L-4.1 L-4.2 L-4.3 STM-16 I-16 S-16.1 S-16.2 L-16.1 L-16.2 L-16.3 * 傳 輸 之 距 離 僅 用 於 分 類 並 不 適 用 於 標 準 規 格 資 料 來 源 :ITU-T 表 3-1-5 IEEE802.3 table 38-3 1000BASE-SX 傳 送 端 規 格 Description 62.5µmMMF 50µmMMF Unit Transmitter type Shortwave Laser Signaling speed(range) 1.25±100ppm Gbps Wavelength(λ,range) 760 to 860 nm Trise/Tfall(max;20%-80%;λ>830nm) 0.26 ns RMS spectral width(max) 0.85 ns Average launch power(min) -9.5 dbm RIN(max) -117 db/hz 資 料 來 源 :IEEE 802.3 表 3-1-6 IEEE802.3 table 38-3 1000BASE-SX 接 收 端 規 格 Description 62.5µmMMF 50µmMMF Unit Signaling speed(range) 1.25±100ppm GBd Wavelength(λ,range) 760 to 860 nm Average receive power(max) 0 dbm Receive sensitivity -17 dbm Return loss(min) 12 dbm 資 料 來 源 :IEEE 802.3
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-16 表 3-1-7 IEEE802.3 table 38-3 1000BASE-LX 傳 送 端 規 格 Description 62.5µmMMF 50µmMMF 10µmSMF Unit Transmitter type Longwave Laser Signaling speed(range) 1.25±100ppm GBd Wavelength(λ,range) 1270 to 1355 nm Trise/Tfall (max;20%-80%;λ>830nm) 0.26 ns RMS spectral width(max) 4 ns Average launch power(min) -11.5-11.5-11.0 dbm RIN(max) -120 db/hz 資 料 來 源 :IEEE 802.3 表 3-1-8 IEEE802.3 table 38-3 1000BASE-LX 接 收 端 規 格 Description Value Unit Signaling speed(range) 1.25±100ppm GBd Wavelength(λ,range) 1270 to 1355 nm Average receive power(max) -3 dbm Receive sensitivity -19 dbm Return loss(min) 12 dbm 資 料 來 源 :IEEE 802.3 光 收 發 模 組 的 封 裝 方 式 顧 名 思 義, 光 收 發 模 組 即 包 含 發 射 及 接 收 光 功 能 於 同 一 模 組 中 可 以 有 多 種 組 合 方 式 就 搭 配 的 光 纖 種 類, 可 分 為 : 單 模 多 模, 及 塑 膠 光 纖 使 用 的 光 收 發 模 組 ; 就 傳 收 的 訊 號, 可 分 為 :SONET / SDH ATM FDDI, 以 及 Ethernet 用 收 發 模 組 ; 而 以 傳 輸 速 率 來 分, 主 要 有 :155M 622M 1.25G 2.5G 10G, 以 及 40G; 此 外, 就 pin 腳 分 佈 可 蓋 分 為 單 列 (single in line) 及 雙 列 (dual in line); 依 外 殼 材 質, 可 蓋 分 為 塑 膠 及 金 屬 ; 亦 可 依 有 無 引 線 (pigtail), 分 為 引 線 式 (pigtail) 及 插 拔 式 (receptacle) 收 發 模 組 各 種 搭 配 選 擇 有 其 特 定 的 應 用 市 場 比 較 成 熟 的 封 裝 方 式 流 程 ( 參 考 圖 3-1-10) 為 先 將 LD LED ( 或 PD) 先 作 TO-CAN 封 裝 ; 再 將 TO-CAN 與 承 接 光 纖 連 接 器
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-17 ( Connector) 的 承 接 座 (Receptacle) 或 光 纖 引 線 (Pigtail) 組 立 成 光 次 模 組 (Optical Sub-Assembly;OSA); 再 將 OSA( 承 接 座 式 ) 銲 接 於 電 路 板 (Electric Sub-Assembly;ESA), 其 上 有 驅 動 IC 等 必 要 的 電 子 元 件, 加 上 做 EMI 遮 蔽 (Shield) 用 的 金 屬 封 蓋, 最 後 蓋 上 外 殼 就 完 成 了 整 個 模 組 封 裝 過 程 圖 3-1-10 目 前 常 用 的 封 裝 流 程 將 LD 及 PD 以 TO-can 的 型 式 封 裝 與 承 接 座 或 光 纖 組 成 OSA OSA 焊 接 在 電 路 板 上 (ESA) 加 上 外 殼 資 料 來 源 : 整 理 而 圖 3-1-10 顯 示 了 兩 單 列 5pin 雙 向 SFF 承 接 座 型 的 光 收 發 模 組 在 將 組 好 電 子 元 件 的 印 刷 電 路 板 (PCB) 固 定 於 下 蓋 外 殼 的 內 側 機 構 後, 即 將 兩 組 收 發 OSA 的 pin 腳 修 整 至 適 合 長 度, 並 彎 成 90 o 插 入 PCB 上 正 確 的 位 置, 進 行 焊 接 將 PCB 上 加 電 磁 波 干 擾 (EMI) 屏 障 (Shield) 金 屬 板 ( 通 常 此 板 上 有 孔 洞, 以 作 散 熱 用 ) 最 後 蓋 上 外 殼 上 蓋, 作 黏 接 結 合 亦 有 使 用 金 屬 外 殼, 或 在 塑 膠 外 殼 內 側 噴 金 屬 漆 等 方 式 以 增 加 EMI 防 制 效 果, 這 在 使 用 高 頻 元 件 時 更 為 重 要 光 收 發 模 組 產 品 發 展 趨 勢 無 論 是 何 種 傳 輸 速 率 的 光 收 發 模 組 都 以 有 符 合 多 元 協 定 (Multi source agreement) 的 光 收 發 模 組 是 較 被 市 場 認 可 的, 其 中 定 義 了 光 和 電 特 性 的 準 則 機 構 外 部 的 尺 寸 pin 腳 的 傳 輸 及 接 收 功 能 等 等 在 高 性 能 的 光 收 發 模 組 中, 如 10G 的 光 收 發 模 組 或 Transponder 則 增 加 了 一 顆 IC, 能 做 該 收 發 模 組 的 傳 輸 速 率 內 部 溫 度 extinction
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-18 ratio 等 在 操 作 下 的 重 要 數 值, 以 提 供 系 統 做 即 時 性 的 參 考 另 一 項 重 點 則 是 利 用 DWDM SFP 光 收 發 模 組 對 營 運 商 而 言 是 最 快 擴 展 用 戶 頻 寬, 並 為 用 戶 預 先 分 配 波 長 的 方 式 對 設 備 廠 商 而 言 也 可 減 少 系 統 設 計 複 雜 性, 由 於 在 光 收 發 模 組 內 已 增 加 數 位 診 斷 功 能 (Digital Diagnostics) 如 具 有 消 光 比 和 平 均 功 率 自 動 雙 環 路 控 制 功 能, 所 以 不 需 要 對 雷 射 老 化 或 退 化 補 償 所 需 的 溫 度 校 準 以 及 能 大 幅 提 高 網 路 監 測 性 等 目 前 主 要 力 推 的 公 司 如 表 3-1-9 所 示 由 於 此 一 領 域 在 應 用 上 仍 屬 新 型 光 元 件, 因 此 多 源 協 定 (Multi source agreement) 的 規 範 便 有 其 必 要 性, 參 與 的 廠 商 包 含 表 3-1-9 的 廠 商 之 外 還 有 Fujitsu NEC Excelight OCP Tyco 等 公 司 加 入 表 3-1-9 提 供 DWDM SFP 光 收 發 模 組 的 廠 商 公 司 名 稱 發 表 日 期 頻 寬 速 率 / 通 道 間 隔 Agilent 2003/ 6 2.5G/ 100GHz Luminent OIC 2004/ 2 2.5G/ 100GHz TriQuint 2004/ 2 2.5G/ 100GHz Finisar 2004/ 9 622M~2.7G/ 100GHz 產 品 特 色 第 一 款 可 熱 插 拔 DWDM 收 發 模 組 最 小 的 可 插 拔 DWDM 收 發 器 採 用 製 冷 雷 射 器 技 術 和 內 部 波 長 控 制 管 理 技 術 傳 輸 距 離 120km 資 料 來 源 : 除 了 小 型 化 的 趨 勢 之 外 近 年 來 光 通 訊 中 Bi-directional 形 式 的 光 收 發 模 組 也 隨 著 光 纖 到 家 的 鋪 建 而 蓬 勃 發 展 如 圖 3-1-11 的 結 構 圖 中 透 過 濾 波 鏡 (Filter) 的 分 光, 將 在 同 一 條 光 纖 內 的 兩 個 波 長 分 別 引 導 致 不 同 的 路 徑 由 於 此 類 型 的 光 收 發 模 組 的 特 色 在 於 能 同 時 有 兩 種 或 三 種 不 同 的 波 長 在 同 一 條 光 纖 內 傳 輸, 因 此 導 光 的 技 術 除 了 濾 波 鏡 (Filter) 之 外, 利 用 平 面 波 導 技 術 (Planar Lightwave Circuit) 如 圖 3-1-12 所 示 也 是 一 項 令 元 件 廠 商 所 關 注 的 方 式, 唯 目 前 此 一 技 術 的 初 期 投 資 成 本 過 高 因 此 在 實 際 鋪 設 中 的 用 量 還 是 極 少
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-19 圖 3-1-11 ONU 端 Bi-directional 光 收 發 模 組 結 構 圖 Lens PD PD CAN Per-Amp dvfrier LD CAN 1550nm LD filter 1310nm Fiber ferrule 資 料 來 源 :Optoelectronics/ 整 理 圖 3-1-12 Bi-directional PLC 型 光 收 發 模 組 結 構 圖 資 料 來 源 :Optoelectronics/ 整 理
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-20 3-1-6 光 纖 放 大 器 光 放 大 器 是 在 不 經 光 電 轉 換 的 狀 況 下, 直 接 將 光 訊 號 加 以 放 大, 其 優 點 在 於 網 路 升 級 以 增 加 傳 輸 速 率 或 傳 輸 訊 號 格 式 改 變 時 不 必 像 中 繼 器 (repeater) 一 樣 需 要 大 幅 度 更 換 光 訊 號 在 玻 璃 光 纖 內 的 傳 送 大 都 使 用 1310nm 1550nm 的 波 長 為 信 號 光 源 兩 個 主 要 影 響 光 信 傳 輸 的 因 素 是 光 衰 減 和 光 色 散, 一 般 來 說, 波 長 1550nm 在 玻 璃 光 纖 裡 有 最 低 的 衰 減, 然 而 其 有 效 的 有 效 傳 輸 距 離 也 約 為 100 120km 而 波 長 1310nm 在 玻 璃 光 纖 裡 有 最 低 的 色 散, 有 效 傳 輸 距 離 約 60 70km 所 以 光 纖 傳 輸 網 路 系 統 中, 在 每 一 個 以 上 所 述 的 距 離 內, 就 應 架 設 一 個 光 放 大 器 光 放 大 器 主 要 分 成 三 大 類 : (1) 光 纖 放 大 器 (Optical Fiber Amplifier; OFA) 光 纖 放 大 器 是 利 用 在 光 纖 中 摻 稀 土 (rare earth) 離 子 玻 璃 ( 石 英 或 其 他 類 似 介 質 ) 的 增 益 方 式, 在 光 纖 中 直 接 將 信 號 放 大 由 於 稀 土 離 子 在 玻 璃 中 不 具 方 向 性, 其 增 益 與 信 號 偏 極 化 無 關, 加 上 具 有 極 高 的 放 大 頻 寬, 因 此 應 用 上 架 構 簡 單, 與 傳 統 的 中 繼 器 ( Repeater) 比 起 來, 具 有 系 統 升 級 容 易 ( 僅 需 更 換 終 端 設 備 ) 可 彈 性 運 用 等 優 點, 更 可 配 合 分 波 多 工 的 傳 輸 模 式 來 擴 增 傳 輸 容 量 及 距 離 操 作 波 長 在 1550nm 的 摻 鉺 光 纖 放 大 器 (Erbium-Doped Fiber Amplifier; EDFA), 其 放 大 介 質 為 摻 鉺 石 英 光 纖, 由 於 技 術 上 已 非 常 成 熟, 因 此 廣 泛 應 用 於 中 長 途 陸 上 傳 輸 系 統 海 底 光 纜 傳 輸 系 統 及 有 線 電 視 傳 輸 分 配 系 統, 它 同 時 也 是 目 前 應 用 最 廣 泛 的 產 品 摻 鐠 光 纖 放 大 器 (Praseodymium-Doped Fluoride-Fiber Amplifier; PDFA) 是 用 摻 鐠 氟 化 光 纖 作 為 放 大 介 質, 用 在 1,310nm 波 長 範 圍 的 傳 輸, 目 前 還 在 研 發 的 階 段, 其 功 能 特 性 仍 未 達 商 業 化 水 準, 所 以 使 用 層 面 相 當 有 限 OFA 是 在 光 纖 摻 雜 稀 土 族 元 素, 其 特 性 包 括 低 非 線 性 係 數, 低 衰 減 耦 合 係 數, 與 光 信 號 的 極 性 無 關 和 有 非 常 寬 闊 的 操 作 波 段
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-21 光 纖 放 大 器 主 要 由 下 列 幾 個 主 要 元 件 組 成 : 1. 長 度 1 100m 的 摻 稀 土 元 素 光 纖 2. 高 功 率 泵 激 雷 射 ( 大 約 10 500mW) 3. 分 波 多 工 器 (WDM) 4. 光 隔 離 器 (Isolator) 5. 光 耦 合 器 (Coupler) 以 下 為 EDFA 的 結 構 ( 圖 3-1-13): 圖 3-1-13 EDFA 功 能 結 構 圖 示 光 隔 離 器 輸 入 光 信 號 980/1550 WDM 摻 鉺 光 纖 光 隔 離 器 5/95 耦 合 器 輸 出 光 信 號 -40dBm 0dBm 1530 1570nm 光 放 大 增 益 20 40dB 0dBm +16dBm 半 導 體 雷 射 泵 激 光 源 980(1480)nm 資 料 來 源 : 整 理 光 纖 熔 接 點 輸 出 功 率 監 控 其 中 要 被 放 大 的 輸 入 光 信 號 和 泵 激 雷 射 (pump laser) 由 分 波 多 工 器 耦 合 進 入 摻 鉺 光 纖 放 大 區 段, 而 輸 出 放 大 光 訊 號 摻 鉺 光 纖 放 大 器 (EDFA ) 由 於 其 放 大 波 段 正 處 在 單 模 光 纖 的 低 損 耗 窗 口 ( window), 與 現 有 的 光 通 信 系 統 的 波 長 相 匹 配 同 時 EDFA 具 有 效 率 高 輸 出 功 率 大 增 益 高 頻 帶 寬 雜 訊 低 對 偏 振 不 敏 感 等 優 點, 而 且 結 構 簡 單 可 靠 性 高 體 積 小 可 兼 容 PDH SDH 各 種 速 率, 因 而 具 有 廣 泛 的 應 用 (2) 半 導 體 光 放 大 器 (Semiconductor Optical Amplifier; SOA) 半 導 體 光 放 大 器, 其 構 造 結 構 類 似 於 前 文 所 提 的 FP-LD, 只 是 其 結 構 端 面 非 全 反 射 面, 依 據 端 面 反 射 率 與 操 作 條 件 可 分 為 :FP 放 大 器 (FPA) 注 入 式 鎖 模 放 大 器 (JLA), 以 及 行 波 放 大 器 (TWA) 三 類 可 在 直 流 偏 壓 下 將 入 射 於 活 性 層 內 的 光 作 放 大 兩 種 波 長 ( 1310nm/ 1550nm) 皆 能 適 用 且 價 格 低 廉, 不 過 由 於 其 增 益 與 光 的 偏 極 化 有 關, 輸 出 功 率 小 且 輸 入 輸 出 光 信 號 的 耦 合 較 困 難, 因 此
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-22 在 應 用 上 受 到 較 大 的 限 制, 一 般 只 能 使 用 為 前 置 放 大 器, 其 應 用 並 不 普 遍 半 導 體 光 放 大 器 的 好 處 在 於 易 和 其 他 光 元 件 和 線 路 整 合, 而 且 消 耗 電 力 較 低 (3) 拉 曼 放 大 器 (Raman Amplifier; RA) Raman 光 放 大 器 是 利 用 泵 激 光 源 和 光 纖 原 子 間 的 非 線 性 交 互 作 用 所 產 生 的 Stoke line 達 到 放 大 功 能 而 其 特 色 在 不 需 要 如 光 纖 放 大 器 中 需 要 一 段 特 殊 的 摻 鉺 光 纖, 而 其 放 大 的 媒 介 即 是 做 為 傳 輸 訊 號 的 一 般 光 纖 本 身 所 以 是 屬 於 分 散 式 放 大, 因 而 可 減 低 非 線 性 效 應 ( 如 : 四 波 混 頻 ), 因 此 在 DWDM 系 統 中 可 允 許 較 密 的 波 長 間 隔 另 方 面, 因 可 藉 由 改 變 不 同 波 長 的 泵 激 光 源 的 組 合 ( 不 同 波 長 的 多 工, 或 同 一 波 長, 但 不 同 偏 振 方 向 的 結 合 ), 可 達 到 在 任 意 波 段 進 行 光 訊 號 放 大 及 增 益 平 坦 化, 所 以, 對 於 朝 向 更 多 波 段 傳 輸 的 光 通 訊 網 路 而 言, 極 具 吸 引 力 只 是, 目 前 Raman 光 纖 放 大 器 在 效 能 表 現 上 有 兩 個 主 要 的 問 題 待 解 決 : 一 是 Raman 放 大 的 效 率 很 低, 需 要 極 高 的 泵 激 功 率 才 可 達 成, 二 是 泵 激 雷 射 光 源 的 價 格 無 法 降 低, 如 果 用 串 接 (cascaded) 的 方 式 會 增 加 電 路 設 計 的 複 雜 度, 同 時 會 影 響 到 轉 換 的 效 率 將 三 種 光 放 大 器 特 性 表 列 於 表 3-1-10 表 3-1-10 ㆔ 種 主 要 光 放 大 器 性 表 種 類 EDFA Raman 放 大 器 SOA 原 理 居 量 反 轉 拉 曼 散 射 居 量 反 轉 放 大 媒 介 摻 鉺 光 纖 傳 輸 用 光 纖 半 導 體 雷 射 Pump 方 式 光 光 電 Pump 功 率 數 數 十 mw 數 百 mw 數 W 數 百 mw 長 度 數 數 十 m 數 km 0.3mm 輸 出 功 率 高 最 高 低 雜 訊 特 性 普 通 最 好 最 差 與 光 纖 耦 合 容 易 容 易 難 資 料 來 源 : 整 理
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-23 3-1-7 Optical Interconnection 10Gb/ s DWDM 的 長 途 光 纖 系 統 在 近 1~2 年 鮮 少 有 產 業 報 告 或 研 討 會 提 起, 但 在 同 時, 北 美 市 場 對 高 於 10Gb/ s 的 傳 輸 速 率 並 應 用 在 非 常 短 距 離 的 傳 輸 需 求 卻 逐 漸 在 增 加 用 較 簡 單 的 方 式 來 解 釋 此 一 現 象 即 在 骨 幹 光 網 上 的 高 速 頻 寬 在 經 長 距 離 的 傳 輸 後 勢 必 要 在 某 個 節 點 使 用, 如 地 域 性 的 SONET/ SDH 系 統 路 由 器 或 交 換 機 等 等 在 下 列 領 域 中 是 主 要 應 用 上 短 距 離 高 頻 寬 傳 輸 的 需 求 如 ; DWDM 終 端 設 備 到 SONET 設 備 DWDM 終 端 設 備 到 光 交 接 系 統 (optical crossconnect) 設 備 DWDM 終 端 設 備 到 路 由 器 或 交 換 機 設 備 光 交 接 系 統 (optical crossconnect) 到 路 由 器 或 交 換 機 路 由 器 到 路 由 器 或 交 換 機 到 交 換 機 在 這 些 主 要 的 連 結 其 傳 輸 距 離 都 低 於 500 公 尺, 以 目 前 的 應 用 而 言 有 75% 的 傳 輸 距 離 都 少 於 100 公 尺 這 樣 的 傳 輸 距 離 稱 為 非 常 短 距 離 (VSR: Very Short Reach), 不 同 於 一 般 Telcordia 或 ITU 所 熟 悉 的 短 距 離 (short-reach) 中 距 離 (intermediate-reach) 或 長 距 離 (long-reach) 等 傳 輸 距 離 在 非 常 短 距 離 的 傳 輸 頻 寬 由 OC-3(155Mb / s) 到 OC-48(2.5Gb/ s) 皆 發 展 成 熟, 而 在 最 近 的 三 年 裡 在 系 統 廠 商 的 需 求 下 OC-192(10Gb / s) 的 非 常 短 距 離 應 用 的 模 組 已 使 用 在 intra-office point-of-presence 和 高 階 的 交 換 機 路 由 器 等
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-24 圖 3-1-14 Point-of-Presence 和 高 速 連 結 網 路 架 構 Long-Haul Transport N etwork OC-192 (Long-Haul) OXC VSR DWDM VSR VSR VSR VSR VSR VSR Core Routers Aggregation 資 料 來 源 :Cisco Systems 如 圖 3-1-14 所 示, 一 般 而 言 POP(Point-of-Prescen) 是 由 許 多 交 換 機 或 路 由 器 所 集 合 而 成 並 連 接 骨 幹 網 路 和 core router, 因 此 頻 寬 自 長 距 離 傳 輸 的 光 網 通 過 DWDM 終 端 設 備 或 光 交 接 系 統 (optical crossconnect) 設 備 再 傳 送 到 core router, 最 後 在 分 送 到 各 個 POP 而 其 中 線 條 較 粗 的 部 分 則 為 非 常 短 距 離 (VSR: Very Short Reach) 的 主 要 的 應 用 範 圍, 也 就 是 界 於 長 距 離 光 網 傳 輸 到 core router 間 一 般 10Gb / s 的 頻 寬 會 經 由 DWDM 系 統 作 調 變 及 解 調 變 後 使 頻 寬 降 至 OC-48 或 OC-12 再 接 入 局 端 的 SONET/ SDH 系 統, 當 然 也 有 可 能 未 經 解 調 變 的 作 直 接 接 入 光 交 接 系 統 (optical crossconnect) 設 備 或 網 路 核 心 路 由 器 (internet core router), 此 時,VSR 便 成 為 連 結 OC-192 最 佳 的 介 面 選 擇 有 許 多 系 統 大 廠 都 有 OC-192 的 DWDM 傳 輸 設 備, 如 Nortel
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-25 Cinea Lucent Alcatel Fujitsu 等 等 以 Cinea 的 CoreStream DWDM 系 統 為 例, 該 系 統 能 綜 合 任 何 OC-48 和 OC-192 的 頻 道, 總 波 道 數 可 容 納 160 波 長 並 且 每 一 個 波 道 皆 為 10Gb/ s 的 頻 寬, 此 時 VSR 便 扮 演 了 重 要 連 結 的 角 色, 然 而 若 系 統 有 OC-48 或 其 他 更 低 的 頻 寬 則 就 必 須 採 用 ITU I-64.2r (25km at 1550nm) 或 Telcordia GR-253 SR-2(2km at 1310nm), VSR 就 不 適 用 表 3-1-11 OC-192 VSR 目 前 的 應 用 系 統 及 廠 商 廠 商 產 品 Alcatel 7670 Routing Switch Platform 7770 Routing Core Platform Cinea Intelligent Optical Core Switch: Core Director CI Core Director Metro Director K2 Cisco Series 12400 Internet Router: 12406, 12410, 12416 Juniper M-160 Internet Backplane Router Nortel OPTera Connect Optical Switches: OPTera Connect HDX OPTera Connect DX Pluris TeraPlex 10 Router TeraPlex 20 Router Sycamore SN 16000 Intelligent Optical Switch Tellium Aurora 128 Switch Aurora Optical Switch OC-192 介 面 數 31 30 16 64 12 提 供 OC-192 介 面 的 總 類 SR, IR VSR, SR, IR VSR VSR VSR 5,8,15 VSR, SR, IR 8 SR1, SR2 8 16 VSR SR 7 VSR 15 VSR 128 SR, IR 32 128 VSR VSR 資 料 來 源 : 整 理 Parallel Optical Interconnection 的 標 準 規 格 OIF (Optical Interworking Forum) 為 發 展 VSR OC-192 OC-768 標 準 的 組 織, 自 1999 年 10 月 由 Cisco Systems AT&T Telcordia CINEA Agilent Qwest Sprint 等 廠 商 所 發 起 的, 主 要 在 致 力 於 光 纖 網 路 與 數 據 網 路 間 的 網 路 運 作 (Internetworking) 的 問 題 在 非 常 短
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-26 距 離 實 體 層 規 格 的 部 分 是 根 據 高 速 乙 太 網 路 (Gigabit Ethernet) 連 結 模 組 為 基 礎, 如 波 長 範 圍 在 830~860nm 最 小 的 輸 出 功 率 為 -10dB(0.1mW), 而 連 結 的 光 纖 則 是 使 用 帶 狀 光 纖 (ribbon fiber), 至 於 傳 輸 的 距 離 則 決 定 於 使 用 何 種 型 態 的 多 模 光 纖 表 3-1-12 OIF 對 VSR OC-192 的 議 規 格 傳 輸 距 離 光 纖 種 類 光 纖 數 量 雷 射 種 類 波 長 範 圍 VSR-1 300m MM(62.5μ m; 400MHz-Km) 12 VCSEL 850 VSR-2 600m SM 1 Fabry-Port 1310 VSR-3 300m MM(50μ m; 500MHz-Km) 4 VCSEL 850 VSR-4 85m MM(50μ m; 500MHz-Km) 300m MM(50μ m; 2000MHz-Km) 1 VCSEL 850 資 料 來 源 :OIF Optical Interconnection 產 品 概 述 VSR interconnects 以 元 件 產 品 而 言, 在 早 期 VSR 的 10Gb/ s 是 使 用 光 傳 送 與 光 接 收 分 別 的 模 組, 傳 輸 的 距 離 從 2km~40km, 事 實 上 此 種 傳 輸 距 離 比 較 適 用 於 長 距 離 的 傳 輸 在 成 本 上 的 考 量 上 較 經 濟, 所 以 對 VSR 的 應 用 來 說 並 不 能 提 供 長 久 的 解 決 方 案, 因 此 平 行 光 連 接 (Parallel Optical Interconnect) 的 相 關 產 品 便 孕 育 而 出 此 一 技 術 在 90 年 中 期 時 由 Motorola AMP Agilent IBM 和 Infineon 等 國 際 大 廠 所 研 發, 但 當 時 的 市 場 對 此 一 產 品 技 術 的 能 見 度 是 趨 近 於 零, 直 到 近 1~2 年 的 市 場 的 發 展 才 稍 有 起 色 為 了 降 低 Parallel optical interconnects 的 成 本, 具 有 低 臨 界 電 流 低 發 散 角 且 製 程 較 容 易 和 壽 命 較 長, 以 及 可 有 效 耦 合 單 模 光 纖 等 優 點 的 垂 直 共 振 腔 表 面 放 射 雷 射 (Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL) 自 然 而 然 就 成 了 佳 的 選 擇 目 前 以 VCSEL 為 基 礎 的
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-27 Parallel optical interconnects 主 要 有 四 種 形 式 : 12 fiber at 1.25Gb/ s per fiber 12 fiber at 1.6, 2.5, or 2.7Gb/ s per channel (Optical Backplane) 4 fiber at 2.5Gb/ s per fiber 4 fiber at 3.125 or 3.1875Gb/ s, 符 合 10Gigabit Ethernet 並 且 適 用 於 10Gigabit Fiber Channel 的 標 準 主 要 供 應 的 廠 商 包 含 了 Agilent Alvesta Picolight 等 等, 見 表 3-1-13 供 應 商 與 產 品 表 3-1-13 Parallel Optical Interconnect 供 應 商 與 產 品 廠 商 產 品 Agilent 12, 30Gb/ s Alvesta 4, 10Gb/ s E2O 12, 15Gb/ s, 30Gb/ s EMCORE 12 OC-192 Gore 12, 15Gb/ s, 20Gb/ s, 30Gb/ s Infineon 12, 10Gb/ s Picolight 12, 15Gb/ 32Gb/ s Zarlink 4,8,12,10-30Gb/ s 資 料 來 源 : 整 理 Parallel Optical Interconnect 的 產 品 為 發 送 與 接 收 合 併 的 元 件, 就 如 光 收 發 模 組 一 般, 如 圖 3-1-15
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-28 圖 3-1-15 4 4 平 行 光 收 發 模 組 示 意 圖 -1 資 料 來 源 :Alvesta 圖 3-1-16 4 4 平 行 光 收 發 模 組 示 意 圖 -2 資 料 來 源 :Alvesta
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-29 Optical Interconnection 產 品 概 述 Optical Backplane 在 前 面 所 介 紹 的 Parallel Optical Interconnects 是 介 於 機 殼 與 機 殼 間 (Chassis-to-Chassis) 的 傳 輸 環 境 或 者 可 稱 為 between box 所 傳 輸 的 距 離 就 是 VSR, 連 結 訊 號 的 方 式 是 用 帶 狀 光 纖 (ribbon fiber) 而 另 一 個 高 速 應 用 的 介 面 也 是 近 期 才 發 展 出 來, 在 交 換 機 內 作 高 速 傳 輸 的 應 用, 稱 為 Optical Backplane, 主 要 應 用 在 PCB 與 PCB 之 間 的 傳 輸 也 可 稱 為 within box, 連 結 訊 號 的 方 式 是 利 用 基 板 上 波 導 來 做 傳 輸 的 路 徑 通 常 應 用 在 Terabits 等 級 的 高 階 交 換 機 或 core optical interconnect switch 的 產 品 內, 供 應 系 統 的 廠 商 有 Nortel Sycamore 或 Pluris 等 廠 商 表 3-1-14 應 用 Optical Backplane 的 交 換 機 與 路 由 器 設 備 廠 廠 商 產 品 連 接 的 應 用 連 接 的 種 類 BrightLink BOSS 1000 Optical Switch Optical Backplane 4-Channel 10Gb/s Nortel OPTera Connect HDX I/O shelf to switch core 12-Channel 30Gb/s Pluris TeraPlex 10 Router TerPlex 20 Router Line cards to fabric cards Control cards to fabric cards Fabric cards to fabric cards 12-Channel 10Gb/s Sycamore SN 16000 Intelligent optical Switch Port chassis to switch chassis Cards to cards within chassis 12-Channel 30Gb/s 資 料 來 源 : 整 理 以 Optical Backplane 元 件 而 言, 主 要 是 運 用 聚 合 物 波 導 (Polymer waveguide) 的 技 術, 如 圖 3-1-17 3-1-18 所 示, 首 先 用 hot embossing 的 技 術 或 e-beam waiting 的 技 術 製 作 基 材 上 的 光 波 導, 之 後 結 合 俱 有 高 反 射 效 率 的 鏡 面 並 傾 斜 45 度 而 在 傳 輸 端 方 面 則 使 用 VCSEL, 當 VCSEL 圓 形 的 發 散 光 自 雷 射 發 出 後 透 過 濾 鏡 (Lens) 經 反 射 鏡 的 折 射 後 進 入 波 導 (waveguide), 在 另 一 端 的 反 射 鏡 將 導 引 光 訊 號 由 光 偵 測 器 接 收
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-30 圖 3-1-17 Optical Backplane 結 構 示 意 圖 -1 資 料 來 源 :Optoelectronics Department, Univ. of Ulm 圖 3-1-18 Optical Backplane 結 構 示 意 圖 -2 資 料 來 源 :Optoelectronics Department, Univ. of Ulm
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-31 不 同 於 Gigabit Ethernet 和 Fiber Channel 光 收 發 模 組 有 著 明 確 而 根 深 蒂 固 的 應 用 市 場,Parallel Optical Interconnection 仍 是 個 興 新 的 市 場, 在 市 場 景 氣 低 迷 的 2001 年 作 送 樣 測 試, 較 明 顯 的 少 量 出 貨 在 2002~2003 年 間, 而 主 要 的 客 戶 仍 是 產 業 界 的 龍 頭 廠 商 如 Cisco Systems Cinea Nortel Sycamore Networks Alcate 等 國 際 大 廠 使 用 VSR 和 Optical Backplane 的 應 用, 然 而 日 本 在 Optical Interconnection 的 應 用 卻 注 重 在 彩 色 影 印 機 的 高 畫 質 呈 現 與 影 音 畫 質 在 HDTV 的 最 佳 化, 如 圖 3-1-19 Fuji Xerox 對 Optical Interconnection 技 術 發 展 與 應 用 領 域 的 規 劃 可 之 一 二 圖 3-1-19 Fuji Xerox Optical Interconnection 產 品 發 展 趨 勢 資 料 來 源 :Fuji Xerox 3-1-8 其 他 光 通 訊 元 件 光 間 隔 器 光 間 隔 器 (Interleaver) 也 稱 為 Slicer Wavesplitter, 應 用 分 離 奇 偶 通 道 的 技 術 使 波 道 間 距 能 更 緊 密, 提 高 傳 輸 容 量 光 間 隔 器 是 濾 波 器 的 一 種, 用 來 分 離 DWDM 多 工 解 多 工 系 統 的 奇 數 波 道 和 偶 數 波 道, 運 用 光 隔 絕 器 雖 然 單 價 高, 但 是 每 波 道 的 成 本 相 對 較 低, 對 於 整 個 DWDM 波 道 只 需 少 數 光 間 隔 器, 且 在 系 統 開 始 舖 設 時 不 一 定 要 置 入 光 間 隔 器, 因 此 市 場 相 對 其 他 元 件 來 得 小
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-32 光 隔 絕 器 光 隔 絕 器 用 於 光 纖 通 訊 傳 輸 系 統 上, 能 避 免 其 他 元 件 和 不 連 續 的 散 射 造 成 在 傳 輸 系 統 的 反 射 不 利 效 應, 例 如 : 反 射 進 入 雷 射 發 射 器 會 造 成 光 源 的 啁 啾 和 振 動, 影 響 光 纖 通 訊 傳 輸 系 統 的 運 作 光 隔 絕 器 亦 被 用 在 光 放 大 器 上, 用 來 防 止 放 大 的 光 能 量 回 饋 到 增 益 光 纖 光 隔 絕 器 一 般 分 成 兩 類 : 自 由 空 間 型 一 般 用 於 發 光 源, 常 用 於 與 極 化 相 關 的 光 隔 絕 器 ; 另 一 方 面, 引 線 型 和 光 放 大 器 用, 常 用 於 與 極 化 無 關 的 光 隔 絕 器 光 隔 絕 器 要 求 的 特 性, 包 括 : 體 積 小 插 入 損 失 低 隔 絕 度 高 入 射 角 度 寬 以 及 可 靠 度 高 等 用 於 光 放 大 器 的 光 波 長 相 關 光 隔 絕 器, 應 用 於 雙 向 放 大 器 時 置 於 中 間 部 位, 主 要 為 改 進 雜 訊, 且 利 用 多 級 結 構 設 計 令 其 達 到 小 型 化 雙 向 化 功 能 可 重 構 式 光 多 工 塞 取 機 (Reconfigurable OADM ) 所 謂 光 多 工 塞 取 機 (OADM; Optical Add/ Drop Multiplexer), 也 稱 為 波 長 塞 取 多 工 器 (WADM,Wavelength ADM) 的 次 系 統 模 組, 在 光 纖 網 路 中, 要 將 訊 號 由 環 形 架 構 下 載 (Drop) 到 各 地 區 的 網 路 及 將 地 區 網 路 的 訊 號 要 上 傳 ( Add) 至 該 環 形 網 路 必 需 藉 由 所 謂 的 塞 取 多 工 的 光 網 路 元 件 來 達 成 如 前 所 述 WDM 技 術 的 目 前 已 朝 都 會 區 網 路 發 展 已 能 在 單 一 條 光 纖 中 支 援 多 條 SONET/ SDH 環 形 ( Ring) 網 路 架 構 ( 如 : 通 常 以 一 個 多 工 傳 輸 中 的 波 長 做 為 一 個 環 形 網 路 ) 而 在 此 情 況 下, 網 路 節 點 (Node) 對 應 於 每 一 波 長 都 需 安 裝 一 ADM( Add/ Drop Multiplexer), 但 問 題 在 於 並 非 所 有 的 資 訊 流 都 需 要 在 節 點 中 做 上 傳 下 載 的 電 子 訊 號 處 理, 因 此 造 成 佈 建 過 多 ADM 的 成 本 浪 費 簡 言 之,WDM 技 術 的 出 現 後, 雖 然 降 低 了 光 元 件 及 系 統 的 成 本, 卻 增 加 了 電 子 處 理 元 件 及 設 備 的 成 本 因 此, 可 重 構 式 光 塞 取 多 工 器 或 稱 可 重 配 置 光 塞 取 多 工 器 的 發 展, 希 望 能 運 用 在 網 路 節 點 上 以 一 個 能 處 理 多 條 經 由 該 節 點 做 上 傳 下 載 波 長 能 力, 因 而 能 取 代 多 組 ADM, 以 大 幅 降 低 網 路 建 置 的 成 本, 並 降 低 光 纖 連 接 至 用 戶 處 的 複 雜 度 在 技 術 上 由 於 可 調 式 元 件 在 光 層 流 量 交 換 系 統 中 具 有 波 長 選 擇 性 的 功 能 因 而 促 使 ROADM 的 更 成 熟
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-33 在 市 場 上 美 國 電 信 大 廠 Verizon 採 用 Photuris 公 司 的 ROADM 技 術, 該 技 術 匯 集 了 DWDM 及 TDM 服 務, 允 許 對 波 長 進 行 重 新 分 配, 而 且 並 不 需 要 鋪 建 新 光 纖 的 成 本 優 勢, 來 升 級 Texas A&M 大 學 的 寬 頻 網 路, 另 外 Alcatel 也 將 自 家 都 會 區 域 網 路 系 統 設 備 增 加 ROADM 的 功 能, 使 得 電 信 服 務 供 應 商 在 網 路 結 構 中 增 加 any-wavelength-to-anywhere 功 能 的 同 時 更 可 提 供 波 長 跟 蹤 功 能 還 允 許 電 信 服 務 供 應 商 對 個 別 波 長 進 行 完 全 及 時 的 檢 測, 簡 化 了 網 路 運 營 和 維 護 成 本 由 表 3-1-15 得 知 電 信 營 運 商 在 採 購 新 設 備 時 的 新 考 量,OADM 的 設 備 從 歷 時 三 年 的 沈 睡 中 甦 醒 過 來, 對 未 來 ROADM 的 發 展 會 是 更 加 穩 健 地 成 長 表 3-1-15 美 國 主 要 營 運 商 目 前 所 執 行 的 ROADM 計 畫 營 運 商 系 統 設 備 廠 商 經 費 主 要 項 目 AT&T Siemens $100M Multi-reach DWDM, ROADM MCI Siemens/ Ciena $200M Multi-reach DWDM, ROADM Version Lucent - Metro ROADM SBC Alcatel/ Tropic $300M Metro ROADM MCI - - Metro ROADM RFI 資 料 來 源 : 整 理
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-34 3-2 光 通 訊 元 件 市 場 分 析 光 纖 通 訊 的 全 盛 時 期 何 時 能 再 回 桂 冠 加 冕 重 返 榮 耀? 回 顧 過 去 的 3 年, 光 纖 通 訊 如 同 17 世 紀 天 價 般 的 歐 洲 鬱 金 香 狂 熱 20 世 紀 初 的 美 國 鐵 路 熱 潮 千 禧 年 之 前 的 台 灣 蛋 塔 風 潮 等 看 似 瘋 狂 歷 史 故 事, 而 光 通 訊 熱 鬧 的 泡 沫 澡 從 服 務 業 的 電 信 業 者 (Telecom Carrier) 網 站 及 網 站 服 務 業 者 (ISP) 開 始 發 作, 這 泡 泡 一 路 洗 到 上 游 的 設 備 廠 商, 尤 以 大 型 系 統 營 收 比 重 高 的 骨 幹 設 備 (Backbone) 與 光 纖 通 訊 設 備 元 件 廠 商, 最 後 影 響 到 整 體 經 濟 每 每 相 關 的 報 告 或 文 章 回 顧 光 纖 通 訊 這 一 段 歷 史, 總 是 歸 咎 於 光 通 訊 元 件 單 價 過 高 過 度 期 望 過 度 投 資 等 等 但 回 憶 起 凱 因 斯 所 提 出 創 造 性 破 壞 ( Creative Destructive) 的 發 展 過 程 似 乎 證 明 著, 因 新 科 技 所 引 起 的 暴 起 暴 落 循 環 總 是 能 驅 動 整 體 社 會 福 祉 的 再 向 前 發 展, 然 而 過 度 的 投 資 看 來 浪 費, 但 也 是 找 出 最 後 贏 家 最 有 效 的 方 式, 而 這 也 正 是 資 本 主 義 在 科 技 界 的 資 本 遊 戲 中 殘 酷 的 一 面 在 光 纖 通 訊 失 寵 的 同 時, 所 幸 投 資 者 的 注 意 力 轉 向 更 魅 人 的 技 術 與 科 技, 光 通 訊 產 業 在 這 期 間 透 過 關 廠 併 購 整 合 等 MBA 教 科 書 中 都 出 現 過 的 方 式 逐 漸 找 出 幻 滅 後 的 生 存 法 則, 回 歸 到 最 基 礎 點 幸 運 地, 具 有 前 瞻 願 景 的 國 家 以 實 際 鋪 設 光 纖 做 為 重 點 通 訊 建 設, 因 而 再 度 編 織 起 全 球 光 纖 通 訊 的 大 網 3-2-1 全 球 光 通 訊 元 件 市 場 發 展 趨 勢 在 全 球 光 通 訊 元 件 的 統 計 中 包 含 光 收 發 模 組 光 放 大 器 泵 浦 雷 射 ; 光 連 接 器 光 耦 合 器 光 隔 絕 器 光 開 關 光 衰 減 器 等 產 品 項 目 圖 3-2-1 已 省 略 光 通 訊 元 件 在 2000 2001 年 物 極 必 反 的 心 寒 統 計 數 據, 渡 了 數 年 漫 漫 寒 冬 後, 似 乎 發 現 了 春 燕 的 蹤 跡, 在 2004 年 全 球 光 通 訊 元 件 市 場 預 計 可 達 24 億 美 金, 是 繼 2003 年 後 的 第 一 波 4% 的 成 長, 若 樂 觀 地 展 望 光 通 訊 元 件 未 來 的 成 長 率 約 在 15% 23% 之 間, 若 維 持 較 保 守 的 預 測 應 是 會 在 6%~12% 之 間, 而 這 其 中 變 動 的 因 素 又 以 FTTH 在 全 球 鋪 建 的 進 度 影 響 最 大
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-35 圖 3-2-1 全 球 光 通 訊 元 件 市 場 USD 100M 50 40 30 20 10 Active Passive 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Passive 7 8 8 9 10 10 Active 15 15 16 19 25 35 資 料 來 源 :FC 04/ 整 理 光 通 訊 元 件 在 輝 煌 時 期 市 場 值 超 過 100 億 美 金, 由 圖 3-2-2 可 發 現 在 RHK 的 統 計 中 出 現 連 續 四 年 跳 躍 式 下 滑 的 曲 線, 與 圖 3-2-1 的 統 計 稍 有 不 同 地 方 在 於 RHK 統 計 2003 年 的 市 場 要 比 2002 年 要 再 下 滑 24%, 而 圖 3-2-1 的 統 計 則 是 呈 持 平 由 於 RHK 的 統 計 數 據 是 未 包 含 光 連 接 器, 在 圖 3-2-1 的 全 球 光 元 件 市 場 中, 整 理 的 統 計 數 據 主 要 為 考 量 日 本 對 FTTH 相 關 光 元 件 的 需 求 增 加, 如 光 收 發 模 組 光 耦 合 器 與 光 連 接 器 等 以 致 於 2003 年 的 市 場 並 無 明 顯 下 滑 或 上 揚, 若 RHK 將 全 球 市 場 近 1.5 億 美 金 的 光 連 接 器 合 併 計 算, 大 致 上 2003 年 全 球 光 元 件 的 市 場 約 在 22 億 美 金 左 右 的 水 平, 與 圖 3-2-1 的 差 距 在 約 10% 之 內
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-36 $M 12,000 圖 3-2-2 2000~2003 年 全 球 光 通 訊 元 件 市 場 10,000 8,000 6,000 4,000-36% -61% -24% 2,000 0 2000 2001 2002 2003 資 料 來 源 :RHK 2004/ 整 理 將 2003 年 剖 分 成 季 別 來 觀 察, 如 圖 3-2-3 所 示 在 2003 年 第 二 季 達 4.7 億 美 金 而 第 三 季 成 長 了 8% 再 接 下 來 的 每 一 季 都 呈 現 樂 觀 的 成 長 趨 勢, 據 RHK 的 估 計 2004 年 全 球 的 光 通 訊 元 件 市 場 可 達 21~25 億 美 金 之 間 ( 同 樣 是 未 包 含 光 連 接 器 的 統 計 ) 圖 3-2-3 全 球 光 通 訊 元 件 市 場 $M 700 600 500 400 300 200 100 0 2Q03 3Q03 4Q03 1Q04 2Q04 資 料 來 源 :RHK 2004/ 整 理
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-37 3-2-2 台 灣 光 通 訊 元 件 市 場 發 展 趨 勢 在 我 國 光 通 訊 元 件 方 面, 雖 然 日 本 FTTH 光 收 發 模 組 的 規 格 改 變 造 成 部 份 廠 商 出 貨 減 少 但 同 時 也 拜 美 國 FTTP 之 賜, 使 得 台 灣 的 廠 商 在 光 收 發 模 組 OSA 封 裝 的 代 工 上 彌 補 了 日 本 FTTH 訂 單 的 缺 口 如 圖 3-2-4 估 計 2004 年 台 灣 光 元 件 的 產 值 約 在 46 億 新 台 幣 ( 約 1.36 億 美 金 ), 並 預 估 未 來 在 亞 太 地 區 量 產 標 準 化 光 元 件 機 會 漸 增, 因 此 在 2005 年 ~2007 年 間 產 能 的 增 加 是 被 預 期 的 圖 3-2-4 台 灣 光 元 件 產 值 百 萬 台 幣 9,000 7,500 6,000 4,500 3,000 1,500 0 2003 2004 2005 2006 2007 Passive 1,617 1,685 1,887 2,190 2,628 Active 2,571 2,925 3,639 4,782 5,738 資 料 來 源 :, 2004/ 10 由 圖 3-2-5 台 灣 光 元 件 產 品 比 例 分 佈 中 可 了 解, 有 近 6 成 的 產 值 是 出 自 於 光 收 發 模 組, 其 次 為 光 連 接 器 其 餘 的 部 份 所 佔 的 比 例 皆 在 3%~5% 之 間, 如 光 耦 合 器 光 放 大 器 等 等
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-38 圖 3-2-5 台 灣 光 元 件 產 品 比 例 分 佈 Coupler, 5% CWDM/ DWDM, 5% OA, 3% Other, 3% Connector, 25% TRx, 57.9% 資 料 來 源 :, 2004/ 10 所 佔 台 灣 光 通 訊 元 件 產 值 比 例 最 高 的 光 收 發 模 組 在 近 1 2 年 內 成 為 主 流 產 品, 其 最 大 的 競 爭 優 勢, 即 在 完 整 的 產 業 供 應 鏈 如 表 3-2-1 所 示, 目 前 生 產 光 收 發 模 組 之 後 段 封 裝 廠 商, 估 計 約 15 家, 其 中 專 業 磊 晶 廠 約 有 5 家 晶 粒 製 程 到 雷 射 封 裝 約 有 9 家, 而 具 有 垂 直 整 合 型 的 全 製 程 光 收 發 模 組 廠 約 有 2 家, 總 計 台 灣 生 產 光 收 發 模 組 之 專 業 廠 約 有 17 家 現 今 大 部 分 廠 商 已 有 外 銷 能 力 且 在 品 質 及 價 格 上 皆 具 競 爭 力 目 前 產 業 中 前 3 家 廠 的 生 產 量 約 佔 整 個 市 場 的 80%, 這 些 廠 商 約 有 九 成 分 佈 在 桃 園 新 竹 一 帶 方 圓 70 公 里 的 區 域 內 ; 其 中 以 含 括 平 鎮 中 壢 竹 北 竹 科 等 地 區 為 最 多, 集 中 度 達 90%; 其 次 較 為 零 散 除 此 之 外, 以 光 收 發 模 組 廠 為 核 心 的 相 關 週 邊 支 援 廠 商 及 各 類 供 應 商 等 數 十 家 進 口 材 料 代 理 商 基 材 板 廠 以 及 週 邊 設 備 和 耗 材 供 應 廠 商 等, 亦 齊 聚 在 臺 北 桃 園 中 壢 新 竹 一 帶, 以 就 近 服 務 其 客 戶, 達 到 隨 訂 隨 到 的 即 時 供 應 服 務 鑒 於 我 國 光 收 發 模 組 產 業 能 在 方 圓 60~70 公 里 的 區 域 集 結 如 此 完 整 健 全 且 具 有 彈 性 靈 活 之 組 織 特 性 的 中 心 以 及 週 邊 衛 星 支 援 體 系, 這 種 兼 具 機 動 與 週 延 的 產 業 群 聚 特 性, 不 但 提 供 給 我 國 光 收 發 模 組 廠 商 相 當 程 度 的 區 位 化 經 濟 (Localization Economies) 利 益, 對 於 甚 為 講 究 交 貨 品 質 與
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-39 時 效 的 光 收 發 模 組 產 業 而 言, 無 疑 地 也 是 一 項 極 具 國 際 競 爭 力 的 優 勢 來 源 表 3-2-1 台 灣 光 收 發 模 組 產 業 結 構 及 製 造 商 磊 晶 長 成 晶 粒 製 程 TO 封 裝 OSA 封 裝 成 品 組 裝 勝 陽 誼 虹 光 環 國 內 廠 商 聯 亞 禧 通 全 新 鴻 亞 威 凱 和 心 連 展 華 敏 捷 耀 創 威 傳 承 太 空 梭 友 嘉 華 星 友 嘉 聯 鈞 光 磊 台 達 電 冠 德 岳 豐 前 鼎 光 紅 建 聖 前 源 鴻 海 亞 洲 光 學 逢 源 嘉 信 晶 誼 資 料 來 源 : 整 理 對 產 業 面 而 言, 併 購 整 合 或 退 出 市 場 的 產 業 趨 勢 在 台 灣 也 跟 上 這 全 球 的 動 向, 如 鴻 亞 與 新 怡 力 的 結 合 光 紅 建 聖 被 美 商 Oplink 併 購 ( 稍 後 並 未 達 成 協 議 ) 逢 源 買 下 錸 德 的 光 通 訊 元 件 部 門 以 及 和 心 退 出 光 收 發 模 組 領 域 等 等 美 國 光 元 件 廠 近 年 來 紛 紛 在 亞 太 地 區 設 立 據 點 或 直 接 併 購 公 司, 無 非 就 是 基 於 成 本 的 考 量 之 外, 光 纖 到 家 在 亞 洲 廣 泛 普 及 的 可 能 性 比 其 他 地 區 都 要 來 的 可 預 見 性 高, 因 此 一 場 更 為 激 烈 的 土 洋 通 路 大 戰, 將 考 驗 著 台 灣 光 元 件 場 未 來 在 全 球 光 通 訊 的 定 位 3-2-3 光 連 接 器 市 場 發 展 趨 勢 根 據 Fuji Chimera 2004 年 市 場 報 告,2004 年 光 纖 連 接 器 產 量 約 8 千 萬 個 較 2003 年 小 幅 上 揚 10%, 預 估 2005 年 生 產 數 量 將 再 成 長 約 10%, 而 在 產 值 上 仍 呈 持 平 的 現 象 約 在 1.4 億 美 金 之 譜, 如 表 3-2-2 預 估 2003 年 傳 統 光 纖 連 接 器 SC FC 銷 售 數 量 變 化 不 大, 小 型 光 纖 連 接 器 銷 售 數 量 增 加 且 擴 大 佔 有 比 例
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-40 表 3-2-2 光 連 接 器 種 類 別 銷 售 數 量 種 類 2003 2004 銷 售 數 量 / 千 個 佔 有 率 % 銷 售 數 量 / 千 個 佔 有 率 % SC 40,000 55.6% 42,000 52.4% LC 18,000 25% 21,500 26.8% MU 2,000 2.8% 3,500 4.4% FC 1,700 2.4% 1,900 2.4% 其 他 10,300 14.3% 11,200 14% 總 計 72,000 100.0% 80,100 100.0% 資 料 來 源 :FC 2004/ 整 理 光 纖 連 接 器 受 市 場 不 景 氣 與 技 術 漸 趨 成 熟 所 影 響, 生 產 地 區 大 部 份 轉 移 到 亞 洲 地 區, 且 近 年 來 往 日 本 以 外 的 亞 洲 國 家 生 產 光 纖 連 接 器 的 趨 勢 更 明 顯, 如 圖 3-2-6 銷 售 主 要 以 日 本 美 國 為 主, 佔 總 銷 售 85% 以 上 圖 3-2-6 2003 全 球 光 纖 連 接 器 生 產 區 分 佈 18KK 亞 洲, 25% 6KK 歐 洲, 8% 30KK 日 本, 41.7% 18KK 北 美, 25% 資 料 來 源 :Fuji Chimera 2004/ 整 理
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-41 3-2-4 光 耦 合 器 市 場 發 展 趨 勢 分 歧 器 也 是 光 纖 耦 合 器 的 一 種, 提 供 輸 出 2 個 以 上 相 同 或 不 同 比 例 的 光 能 量, 分 歧 器 應 用 在 網 路 的 廣 播 和 分 路, 例 如 : 有 線 電 視 或 任 何 需 要 訊 號 下 載 光 纖 耦 合 器 和 光 分 歧 器 的 產 品 相 當 成 熟, 可 藉 由 整 合 其 他 元 件 ( 例 如 : 光 隔 絕 器 ), 形 成 小 型 化 元 件 隨 著 光 纖 到 家 的 發 展 1 4 和 1 8 光 纖 耦 合 器 使 用 量 逐 漸 增 加 三 埠 數 的 光 耦 合 器 利 用 分 出 小 的 訊 號 光 源 或 泵 激 光 源 可 作 為 監 視 用 途, 這 些 光 纖 耦 合 器 (TAP coupler) 不 會 分 離 波 長, 只 不 過 分 出 光 能 量, 一 般 摻 鉺 光 纖 放 大 器 (EDFA) 會 利 用 許 多 光 纖 耦 合 器 來 監 視 不 同 的 光 放 大 點 WDM 耦 合 器 利 用 不 同 的 光 纖 熔 接, 特 別 是 EDFA 內 部 連 接 泵 激 雷 射 (980nm 或 1,480nm 波 長 ), 用 於 1,550nm 傳 輸 波 段, 也 有 用 來 分 開 1,310nm 與 1,550nm 等 寬 頻 帶 的 WDM 傳 輸 系 統 隨 著 目 前 光 通 訊 市 場 的 滑 落, 光 放 大 器 市 場 受 到 不 小 的 衝 擊, 機 會 似 乎 在 新 興 的 拉 曼 泵 激 模 組 相 關 的 極 化 光 纖 耦 合 器 和 WDM 光 耦 合 器, 這 些 產 品 由 於 需 要 掌 握 高 光 功 率 且 高 單 價, 所 以 相 對 競 爭 廠 商 較 少 光 纖 耦 合 器 主 要 生 產 廠 商 有 JDSU Oplink 和 波 若 威 等 光 纖 耦 合 器 市 場 自 2003 年 即 開 始 逐 步 回 升 ( 圖 3-2-7), 產 品 在 銷 售 數 量 上 明 顯 增 加, 但 是 產 品 價 格 仍 維 持 低 檔 (1 8 熔 燒 式 約 為 36 美 金 1 8 PLC 約 為 18 23 美 金 )
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-42 圖 3-2-7 全 球 光 纖 耦 合 器 產 量 Unit:K 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 2003 2004 2005 2006 2007 PLC 420 560 850 1040 1150 熔 燒 式 1650 2010 2340 2670 3070 資 料 來 源 :Fuji Chimera 2004/ 整 理 光 纖 耦 合 器 製 造 方 法 中, 平 面 光 波 導 (PLC) 光 分 歧 器 最 適 合 分 歧 數 較 多 的 製 造 方 式, 尤 其 以 日 本 光 纖 到 家 的 應 用 如 圖 3-2-7 平 面 光 波 導 (PLC) 光 分 歧 器 銷 售 數 量 2003 年 約 為 42 萬 個, 使 用 量 持 續 擴 大 估 計 2005 年 可 達 到 56 萬 個, 使 得 PLC 型 的 光 耦 合 器 佔 有 比 例 提 升 到 約 20% 圖 3-2-8 全 球 PLC 型 光 耦 合 器 應 用 銷 售 量 分 佈 ( 單 位 : 千 個 ) 1*16 splitter, 30, 7.1% 1*32 splitter, 2, 0.5% WINC, 70, 16.7% 1*4 splitter, 168, 40% 1*8 splitter, 150, 35.7% 資 料 來 源 :Fuji Chimera 2004/ 整 理
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-43 隨 著 日 本 FTTH 的 建 設 及 各 個 營 運 商 或 建 商 間 的 競 爭, 使 得 FTTH 的 成 長 備 受 肯 定 在 日 本 市 場 以 1*8 的 PLC 光 耦 合 器 最 被 看 好, 而 在 北 美 則 是 以 1*16 和 1*32 的 型 式 較 具 成 長 的 架 勢 3-2-5 光 衰 減 器 市 場 發 展 趨 勢 由 於 光 衰 減 器 具 有 減 低 或 控 制 光 訊 號 的 功 能, 因 此 可 以 應 用 於 系 統 的 評 估 研 究 和 調 整 校 正 等 方 面 例 如, 在 WDM 網 路 系 統 上, 用 來 縮 小 在 通 道 間 的 能 量 差 距 和 維 持 所 有 通 道 噪 訊 比 因 此 在 光 放 大 器 和 DWDM 模 組 等 皆 有 其 應 用 光 衰 減 器 有 許 多 種 類 的 製 造 方 式, 包 括 藉 由 調 整 空 氣 間 隙 改 變 一 對 光 纖 端 面 相 互 之 間 所 有 損 失 的 距 離, 和 應 用 濾 波 器 方 式 影 響 部 分 輸 入 光, 這 些 製 造 方 法 皆 可 包 含 固 定 式 和 可 調 式 光 衰 減 器 (Variable Optical Attenuator; VOA) 固 定 式 光 衰 減 器 價 格 較 低, 但 是 較 不 具 有 彈 性 ; 相 對 地, 可 調 式 光 衰 減 器 (VOA) 在 發 展 上 較 具 優 勢, 能 精 確 的 主 動 平 衡 光 的 能 量, 並 朝 向 結 合 模 組 次 系 統 ( 如 多 工 / 解 多 工 OADM 光 塞 取 器 ) 發 展 $M 80 圖 3-2-9 全 球 光 衰 減 器 市 場 60 40 20 0 2002 2003 2004 2005 2006 可 調 變 式 0.7 9.5 11.6 13.2 14.7 固 定 式 37.1 40 43.8 45.7 48.5 資 料 來 源 :FC 04/ 整 理 從 圖 3-2-9 可 知 全 球 光 衰 減 器 市 場 仍 以 固 定 式 為 主 流, 但 自 可 調 式 光 衰 減 器 在 通 過 Telcordia 的 可 靠 度 測 試 後,2003 年 市 場 便 給 予 正
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-44 面 的 回 應 預 計 2004 年 將 可 達 22% 的 成 長 幅 度, 但 之 後 的 成 長 便 會 趨 於 13%~15% 之 間 緩 和 地 增 幅 3-2-6 光 開 關 市 場 發 展 趨 勢 光 開 關 一 般 使 用 於 主 機 板 和 光 網 路 設 備 上,1 2 2 2 光 開 關 元 件 較 多, 但 也 有 1 N 的 光 開 關 元 件 裝 設 在 WDM 模 組 上, 用 於 保 護 所 有 的 通 道 光 訊 號 切 換 於 1999 年 和 2000 年 受 到 注 視, 目 前 服 務 供 應 商 需 求 全 光 式 交 換 連 接 系 統 (OXC) 較 少, 且 在 未 來 幾 年 發 展 緩 慢 只 有 少 數 幾 家 廠 商, 如 Calient 和 Movaz 兩 家 設 備 供 應 商, 對 OXC 領 域 投 入 較 積 極,Calient 擁 有 光 學 微 機 電 (MOEMS) 製 造 公 司 Kionix; Movaz 和 Coring 合 作 光 開 關 技 術 的 研 發 未 來 較 有 希 望 的 是 在 可 重 構 式 光 塞 取 器 (ROADM) 方 面, 因 廠 商 對 波 長 服 務 的 興 趣 漸 增 根 據 Fuji Chimera 2004 年 市 場 報 告 指 出, 自 2002 年 全 球 光 開 關 市 場 觸 底 後,2003 年 銷 售 量 開 始 逐 步 小 量 爬 升, 可 惜 力 道 不 足 使 得 許 多 廠 商 隨 著 泡 沫 消 失, 知 名 的 OMM 也 在 其 中 對 未 來 的 成 長 性 廠 商 們 的 反 應 和 修 正 後 的 市 場 報 告 相 去 不 遠, 如 圖 3-2-10 所 示, 在 2006 年 之 前 僅 呈 5 % 以 下 的 成 長 幅 度, 目 前 提 供 光 開 關 主 要 廠 商 為 JDSU Dicon 和 Oplink 等 隨 著 光 開 關 技 術 的 發 展, 特 別 是 微 機 電 全 光 開 關 技 術 的 日 漸 成 熟 以 及 可 靠 度 逐 漸 被 市 場 接 受, 從 圖 3-2-11 的 主 要 光 開 關 類 型 可 知 2003 年 光 開 關 市 場 主 要 仍 是 以 稜 鏡 機 械 式 光 開 關 為 主, 但 市 場 佔 有 率 與 2002 年 相 比 已 減 少 4%, 然 而 以 MOEMS(Micro-Opto-electromechanical systems) 為 基 礎 的 光 開 關 自 2001 年 市 場 初 步 發 展, 至 2003 年 銷 售 量 市 場 佔 有 率 約 近 8%, MOEMS 技 術 發 展 的 光 開 關 目 前 仍 以 低 埠 數 產 品 為 主, 預 計 將 來 在 網 路 主 幹 線 和 區 域 性 的 系 統 設 備 中 將 會 採 用 此 一 技 術 的 光 開 關, 而 大 型 的 MOEMS 技 術 為 基 礎 的 產 品 如 全 像 光 開 關 和 光 交 換 連 接 系 統 可 能 還 要 在 耐 心 等 候 至 少 在 3 5 年 才 能 成 為 市 場 主 流 產 品 如 果 MOEMS 元 件 的 性 能 進 一 步 改 進 而 投 入 使 用, 同 時 製 造 技 術 也 得 到 提 高, 則 中 大 型 元 件 將 在 價 格 較 為 敏 感 的 都 會 光 纖 網 路 市 場 中 得 到 廣 泛 應 用
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-45 圖 3-2-10 全 球 光 開 關 市 場 $M Unit: K 400 800 380 360 340 320 600 400 200 300 2002 2003 2004 2005 2006 Revenue 333.3 340 352.3 367.6 389.5 Quantity 500 520 550 580 620 0 資 料 來 源 :FC 04/ 整 理 圖 3-2-11 全 球 光 開 關 類 型 分 佈 光 纖 機 械 式, 3% MOEMS, 8% 資 料 來 源 :FC 04/ 整 理 稜 鏡 機 械 式, 89%
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-46 3-2-7 光 收 發 模 組 市 場 發 展 趨 勢 在 接 取 端 或 是 企 業 用 戶 端 的 應 用 如 Ethernet 與 光 纖 通 道 等 應 用, 其 成 長 的 幅 度 與 市 場 值 都 比 電 信 規 格 的 光 收 發 模 組 來 的 吸 引, 特 別 是 乙 太 網 的 應 用 同 樣 以 2003 年 為 例, 乙 太 網 光 收 發 模 組 的 市 場 值 約 在 3 億 6 千 萬 美 金 ( 不 含 10/ 100Mbps 的 cooper 光 收 發 模 組 ), 而 其 年 平 均 成 長 率 約 在 9%~10% 之 間 而 1G 的 光 收 發 模 組 中 以 短 波 長 (VCSEL) 的 需 求 數 量 最 大 約 在 3 百 35 萬 顆, 但 通 常 數 量 越 大 市 場 的 價 格 就 會 相 對 的 成 反 比, 如 此 一 類 短 波 長 的 光 收 發 模 組 市 場 價 就 在 美 金 40 元 以 下 但 在 Ethernet 的 項 目 中 令 人 注 意 的 是 10G 的 光 收 發 模 組, 如 圖 3-2-13 為 2003 年 與 2004 年 各 項 10G MSA 的 市 場 統 計 與 預 測 圖 3-2-12 全 球 光 收 發 模 組 市 場 $M 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Fiber Channel Ethernet SONET/SDH WDM 2003 2004 2005 2006 2007 資 料 來 源 :CIR 2004/ 整 理 10G 的 消 息 已 喧 騰 多 時 卻 也 未 見 巨 幅 的 成 長, 但 從 統 計 資 料 來 觀 察 在 2003 年 底 的 出 貨 量 已 從 原 本 的 每 月 數 百 顆 躍 升 至 每 月 數 千 顆 的 需 求 量, 特 別 是 Cisco 已 採 用 10G 的 埠 在 設 備 上 提 供 客 戶 使 用 而 10G 有 許 多 不 同 的 多 元 協 定 以 圖 3-2-13 的 分 析 來 看, 似 乎 以 XENPAK 未 來 的 成 長 較 為 看 好, 由 於 Cisco 與 Extreme 的 推 薦 採 用 使 得 XENPAK 集 百 般 寵 愛 於 一 身, 而 Cisco 更 是 在 Catalyst 6500 和 新 設
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-47 備 Catalyst 3750 採 用 10G BASE-SR XENPAK 的 模 組 應 用 在 多 模 光 纖 的 傳 輸 上, 而 Foundry 也 在 兩 款 交 換 機 上 設 置 4 個 XENPAK 埠 的 位 置 XENPAK 靠 著 元 件 穩 定 性 與 可 靠 度 的 優 勢, 雖 然 體 積 大 了 點 ( 與 XFP 相 較 之 下 ) 卻 也 不 影 響 它 受 設 備 商 的 青 睞 另 一 方 面,XFP 確 實 也 是 被 許 多 廠 商 看 好 的 產 品, 如 Bookham 和 Finisar 在 2004 年 的 OFC 上 展 示 了 傳 輸 80km 的 XFP, 而 其 他 廠 商 如 Agilent Avanex Intel JDS-U Luminet MergeOptics Network Elements Picolight Sumitomo 和 Triquint 則 專 注 在 10km 和 40km 的 傳 輸 距 離 應 用 而 日 本 Fujitsu Quantum Devices Mitsubishi Electric Oki Opnext 和 住 友 電 氣 產 業 (Sumitomo) 等 五 家 公 司 於 今 年 三 月 宣 佈 制 定 了 支 援 XFP 規 格 傳 輸 速 度 為 10Gbps 的 光 收 發 器 中 嵌 入 型 光 發 送 器 (TOSA) 和 嵌 入 型 光 接 收 器 (ROSA) 的 通 用 規 格, 即 MSA(Multi Source Agreement) 此 MSA 計 畫 TOSA/ ROSA 相 容 條 款 包 括 下 列 四 項 : 通 用 外 形 尺 寸 封 裝 介 面 規 格 接 腳 配 置 以 及 電 氣 及 光 學 特 色 從 廠 商 支 持 的 角 度 來 看 XFP 的 體 積 小, 可 熱 差 拔 等 優 勢 在 未 來 應 具 發 展 潛 能, 但 在 這 之 前 還 得 必 須 解 決 技 術 上 的 問 題, 如 散 熱 性 與 EMI 等 問 題 圖 3-2-13 全 球 10GigE MSA 預 估 $M 60 2003 2004 50 40 30 20 10 0 300-pin XENPAK XPAK XFP X2 資 料 來 源 :CIR 2004/ 整 理
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-48 在 低 價 化 的 趨 勢 下 光 收 發 模 組 的 製 造 已 往 亞 太 地 區 生 產, 同 時 近 年 來 由 於 FTTH 的 建 設 而 增 加 使 得 亞 太 地 區 的 光 收 發 模 組 更 為 熱 絡, 從 圖 3-2-14 中 不 難 發 現, 台 灣 與 中 國 大 陸 的 廠 商 在 出 貨 量 方 面 已 遠 超 過 日 本 的 廠 商, 但 在 銷 售 金 額 與 附 加 價 值 較 高 的 2.5Gbps 和 10Gbps 等 高 階 光 收 發 模 組 的 主 要 出 或 以 日 本 廠 商 居 多, 同 時 也 凸 顯 日 本 在 光 收 發 模 組 技 術 的 領 導 地 位 在 2003 年 中 國 廠 商 的 出 貨 量 已 超 越 台 灣 廠 商 的 出 貨 量, 但 在 產 值 上 卻 低 於 台 灣 廠 商 由 統 計 數 字 上 顯 示, 低 價 掠 奪 市 場 的 競 爭 下 未 反 映 在 應 有 的 營 收 表 現 另 一 方 面, 雖 然 韓 國 的 產 值 及 出 貨 量 皆 不 及 台 灣 或 中 國 但 仍 穩 定 地 成 長 圖 3-2-14 韓 台 光 收 發 模 組 產 值 與 數 量 Units: KK 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Korea Q'ty (KK) China Q'ty (KK) Taiwan Q'ty (KK) Japan Q'ty (KK) Korea Revenue (USD M) China Revenue (USD M) Taiwan Revenue (USD M) Japan Revenue (USD M) 2001 2002 2003 2004(f) 2005(f) 300 250 200 150 100 50 0 Revenue: USD M 資 料 來 源 :, 2004 再 深 入 探 討 台 灣 與 中 國 在 各 種 不 同 速 率 的 光 收 發 模 組 上 所 佔 的 比 例, 中 國 主 要 光 收 發 模 組 的 產 出 有 九 成 以 上 皆 是 低 速 率 的 OC-3, 而 台 灣 對 此 型 的 頻 寬 的 光 收 發 模 組 則 也 佔 了 近 八 成 由 此 可 知 兩 地 再 生 產 光 收 發 模 組 上 並 無 太 大 的 差 異 化, 唯 不 同 點 在 於 台 灣 有 近 九 成 的 光 收 發 模 組 是 屬 於 外 銷 而 中 國 則 有 超 過 5 成 的 內 銷 營 收
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-49 3-2-8 光 纖 放 大 器 市 場 發 展 趨 勢 光 放 大 器 由 於 能 同 時 使 多 波 長 訊 號 無 須 作 光 / 電 / 光 轉 換 即 可 放 大, 可 以 說 EDFA 的 商 用 是 使 DWDM 系 統 得 以 實 現 的 關 鍵 因 素 隨 著 DWDM 網 路 系 統 的 快 速 成 長, 刺 激 其 市 場 成 長 快 速 除 了 長 距 離 傳 輸 中 為 補 償 光 波 在 傳 輸 中 所 損 耗 的 能 量, 亦 應 用 於 需 做 分 光 的 網 路 系 統 中, 以 避 免 分 光 後 線 路 中 的 訊 號 能 量 過 低, 所 以 當 光 纖 網 路 系 統 向 用 戶 端 發 展, 大 量 的 運 用 分 歧 器 (Splitter) 時 就 需 使 用 光 放 大 器 ( 如 運 用 於 接 取 網 路 的 PON 系 統 ) 同 樣 受 到 通 訊 市 場 衰 退 影 響, 在 2003 年 相 較 前 一 年 是 減 少 近 50% 由 於, 光 放 大 器 的 主 要 應 用 在 長 途 通 訊 系 統 設 備 中, 但 由 於 光 纖 通 訊 泡 沫 化 的 原 因 之 一 就 是 長 途 網 路 過 度 的 鋪 設 隨 著 都 會 網 路 的 普 及 發 展, 在 圖 3-2-15 中 2004 年 市 場 的 景 氣 仍 表 現 持 平, 在 數 量 上 預 測 是 增 加 到 了 3 萬 個 但 由 於 價 格 競 爭 的 壓 力 下 總 營 收 估 計 比 2003 年 要 少 了 2%~4%, 隨 著 低 價 的 光 放 大 器 的 普 及 預 計 由 2005 年 之 後 的 成 長 會 較 為 樂 觀 圖 3-2-15 全 球 光 放 大 器 市 場 $M K 500 90 400 300 200 100 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 revenue 431 238 233 276 328 426 unit 50 25 30 40 55 80 60 30 0 資 料 來 源 :FC 04/ 整 理 光 纖 拉 曼 放 大 器 由 於 具 有 較 寬 的 工 作 波 長 範 圍 及 較 低 的 雜 訊 影 響 近 幾 年 來 備 受 關 注, 目 前 在 長 途 網 路 傳 輸 上 是 與 EDFA 搭 配 使
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-50 用, 未 來 可 望 在 長 途 骨 幹 網 路 中 取 代 EDFA, 但 由 於 其 是 以 分 散 式 放 大 所 以 預 估, 未 來 在 都 會 / 接 取 網 路 應 仍 是 以 EDFA 為 主 EDFA 從 1994 年 開 始 商 用 化, 現 在 已 成 為 DWDM 系 統 的 關 鍵 元 件, 其 市 場 正 在 快 速 成 長 許 多 著 名 的 大 公 司 像 Corning 朗 訊 JDS Uniphase 都 紛 紛 投 入 製 造 光 纖 拉 曼 放 大 器 近 幾 年 來 備 受 關 注, 其 提 高 了 光 通 訊 網 路 中 放 大 器 之 間 的 間 距, 未 來 一 定 會 在 10G bit/ s 和 40G bit/ s 的 高 速 網 路 中 扮 演 重 要 角 色 不 過 最 近 的 一 兩 年 內 光 纖 拉 曼 放 大 器 還 不 會 在 陸 地 光 纖 系 統 被 廣 泛 應 用, 但 其 市 場 景 氣 轉 淡, 因 此 光 纖 拉 曼 放 大 器 成 長 的 速 度 規 模 將 延 遲 半 導 體 光 放 大 器 有 兩 項 優 點 :(1) 可 以 封 裝 在 雷 射 二 極 體 的 蝶 型 封 裝 內, 因 而 大 大 降 低 成 本 ;(2) 頻 譜 較 寬, 很 適 合 用 在 都 會 區 域 網 路 WDM 系 統 以 圖 3-2-16 可 看 出 在 2004 年 EDFA 仍 佔 了 所 有 放 大 器 中 近 八 成 的 市 場 數 量 約 為 2 萬 4 千 個, 而 拉 曼 放 大 器 約 佔 20% 左 右, 數 量 則 增 加 到 了 6 千 個, 在 SOA 市 場 則 由 於 市 場 的 緩 慢 復 甦 使 得 在 銷 售 量 方 面 並 無 太 大 的 進 展 圖 3-2-16 2003 年 全 球 光 放 大 器 種 類 分 佈 Raman 20% EDFA 80% 資 料 來 源 :Fuji Chimera 2004/ 整 理 由 圖 3-2-17 中 可 知,2004 年 全 球 光 放 大 器 仍 是 以 應 用 在 陸 上 WDM 網 路 系 統 為 主, 約 佔 64% 但 在 海 底 所 使 用 光 放 大 器 的 應 用 因 市 場 的 影 響 衰 退 至 小 於 1%
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-51 圖 3-2-17 2004 年 全 球 光 放 大 器 應 用 市 場 分 佈 其 他 35% WDM 路 上 用 64% WDM 海 底 用 1% 資 料 來 源 :Fuji Chimera 2004/ 整 理 3-2-9 光 連 結 市 場 發 展 趨 勢 不 同 於 Gigabit Ethernet 和 Fiber Channel 光 收 發 模 組 有 著 明 確 而 根 深 蒂 固 的 應 用 市 場,Parallel Optical Interconnection 仍 是 個 興 新 的 市 場, 在 市 場 景 氣 低 迷 的 2001 年 作 送 樣 測 試, 較 明 顯 的 少 量 出 貨 在 2002~2003 年 間, 而 主 要 的 客 戶 仍 是 產 業 界 的 龍 頭 廠 商 如 Cisco Systems Cinea Nortel Sycamore Networks Alcate 等 國 際 大 廠 使 用 VSR 和 Optical Backplane 的 應 用 Very Shot Reach (VSR) 在 VSR 的 應 用 主 要 可 分 為 三 個 層 面 ; 在 DWDM 的 終 端 設 備, 當 需 連 接 其 他 電 信 的 設 備 的 運 用, 另 一 方 面 則 是 應 用 在 Edge 端 的 路 由 器 對 路 由 器 的 連 結 及 交 換 機 對 交 換 機 的 的 高 速 連 結 由 於 VSR 主 要 的 應 用 皆 在 電 信 系 統, 然 而 電 信 產 業 的 蕭 條 對 此 一 技 術 的 成 長 是 一 大 阻 力, 但 市 場 分 析 師 們 皆 看 好 未 來 的 景 氣 並 預 計 在 2004 年 電 信 產 業 將 恢 復 原 有 正 常 的 成 長 水 平, 但 與 2000 年 時 的 高 峰 仍 有 一 段 差 距 從 圖 3-2-18 10Gbp/ s 的 VSR 市 場 值 可 看 出, 以 DWDM 終 端 設 備 的 使 用 量 佔 80% VSR 的 應 用, 並 且 據 Strategy Unlimited 的 報 告 指 出 今 年 產 值 在 65 百 萬 美 元 的 水 平, 路 由 器 對 路 由 器 的 應 用 為 次 之,
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-52 約 佔 16 百 萬 美 金, 市 佔 率 最 低 的 為 交 換 機 對 交 換 機 的 的 高 速 連 結, 僅 1.5 百 萬 美 金 在 價 格 方 面, 今 年 市 場 平 均 單 價 大 約 落 在 美 金 520 元 左 右, 而 每 年 以 近 17% 的 速 度 下 滑 圖 3-2-18 OC-192 VSR 光 收 發 模 組 市 場 值 Revenue ($M) 500 400 300 200 100 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Switch to Switchs 0.1 0.7 1.5 3.8 7.4 11.4 Router to Router 1.6 5.3 16 39.2 76.7 100.5 DWDM terminals 1.9 14.2 65.1 142.2 210.3 291.9 資 料 來 源 :Strategies Unlimited 02/ 整 理 Optical Backplane Optical Backplane 主 要 的 應 用 在 高 效 能 的 電 信 系 統 設 備, 以 目 前 的 設 備 大 多 用 在 Optical crossconnects Terabits-class Internet core router 和 Multiservice/ ATM switch 等
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-53 圖 3-2-19 Optical Backplane 市 場 值 Revenue ($M) 1,500 1,000 500 0 Terabit Core Routers 0 0.1 7 83 323 750 Multiservice/ATM Switches 2001 2002 2003 2004 2005 2006 0 5.2 34.5 88 179.5 305.2 Optical Crossconnect 1 3.7 9.8 26.8 58.6 94.1 資 料 來 源 :Strategies Unlimited 02/ 整 理 從 圖 3-2-19, Strategies Unlimited 的 報 告 中 可 發 現 在 2001~2003 年 間 的 市 場 值 相 對 而 言 是 非 常 的 小, 以 2003 年 為 例 僅 有 51 百 萬 美 金 的 市 場 值 但 到 了 2006 年 期 市 場 值 高 達 1,150 百 萬 美 金, 統 計 出 Optical Backplane 的 年 複 合 成 長 率 大 約 是 在 382.7%, 而 其 中 成 長 最 為 驚 人 的 是 Terabits Routers 的 應 用 市 場, 年 複 合 成 長 率 高 達 758.6%, 另 一 方 面,2003 年 Optical Backplane 的 單 價 大 約 在 美 金 600 元 左 右 的 範 圍 並 以 每 年 平 均 15% 的 跌 幅 向 下 滑 落
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-54 3-3 光 通 訊 元 件 產 業 動 態 光 通 訊 元 件 產 業 會 朝 向 整 合 型 發 展 還 是 片 散 型 的 產 業 結 構? 此 一 話 題 在 3 4 年 前 光 通 訊 產 業 曾 掀 起 一 陣 廣 泛 的 討 論 有 人 認 為 它 會 像 電 腦 產 業 般 從 技 術 壟 斷 到 專 業 分 工, 也 有 人 揣 測 光 元 件 產 業 的 發 展 會 像 航 空 業 的 零 件 供 應 商 般, 如 一 架 747-400 客 機 就 包 含 超 過 5 百 萬 個 零 件 而 這 些 零 件 來 自 上 百 個 不 同 的 供 應 商 隨 著 時 間 的 流 逝 回 憶 起 這 些 預 測 的 結 論, 從 近 1 2 年 的 光 通 元 件 的 併 購 案, 特 別 是 今 年 上 半 年 的 國 際 大 廠 的 動 作 更 是 頻 頻 ( 如 表 3-3-1), 而 問 題 的 答 案 似 乎 也 已 漸 漸 明 朗 表 3-3-1 主 要 光 通 訊 元 件 公 司 併 購 簡 表 公 司 被 併 購 公 司 / 部 門 主 要 技 術 交 易 金 額 ( 美 金 ) Avanex Alcatel optical component BU Corning optical BU(2003/05) 光 波 調 變 器 射 散 補 償 器 兩 案 共 計 6 千 3 百 萬 Bookham Onetta(2004/05) New Focus(2003/09) Ignis Optics(2003/09) 摻 鉺 光 纖 放 大 器 測 試 與 量 測 光 收 發 模 組 2 千 7 百 萬 1.9 億 1 千 7 百 萬 JDS-U E2O (2004/05) 光 收 發 模 組 6 千 萬 Finisar Honeywell VCSEL BU(2004/03) Infineon fiber optics BU(2004/04) VCESL 7 千 5 百 萬 光 收 發 模 組 2.3 億 OpNext Pine (2003/06) 光 收 發 模 組 - 資 料 來 源 : 從 Nortel Lucent 等 電 信 大 廠 開 始 把 自 家 的 光 元 件 部 門 獨 立 出 去 或 拍 賣, 已 逐 漸 顯 示 系 統 設 備 商 將 專 心 致 力 於 核 心 事 業, 而 元 件 供 應 商 則 為 了 一 次 滿 足 客 戶 的 需 求 也 透 過 企 業 併 購 的 商 業 手 法, 擴 充 通 路 及 產 品 系 列 逐 漸 定 位 成 一 次 購 足 的 光 元 件 供 應 商, 如 JDS-U Avanex ( 如 上 表 3-3-1 買 下 客 戶 的 光 元 件 事 業 體 ) Bookham 等 有 趣 的 是 在 近 期 的 併 購 中, 製 作 光 收 發 模 組 的 廠 商 似 乎 頗 受 青 睞 如 2001 年 才 成 立 的 Ignis Optics 專 注 於 單 模 與 多 模 的 光 收 發 模 組 的 廠 商 以 1 千 7 百 萬 美 金 嫁 入 Bookham 在 光 纖 通 道 市 場 的 一 方 霸 主 E2O communication 以 6 千 萬 美 金 進 入 JDS-U 的 帝 國 而 Finisar 買 下 Infineon 光 元 件 部
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-55 門 就 有 點 像 買 下 次 要 敵 人 打 擊 主 要 敵 人, 雖 然 此 併 購 案 並 未 成 功, 但 卻 使 得 光 收 發 模 組 頓 時 成 為 光 通 訊 年 度 熱 門 元 件 3-3-1 經 營 模 式 的 轉 變 在 2004 OFC 展 場 上 的 一 次 訪 談 中 與 美 商 公 司 談 起 光 通 訊 近 幾 年 的 變 化, 印 象 最 深 刻 的 內 容 是 他 回 憶 著 過 去 只 要 公 司 推 出 最 新 產 品, 除 了 客 戶 爭 著 要 作 測 試 之 外 每 一 筆 交 易 的 利 潤 可 高 達 九 成 九 不 過 那 是 1998 1999 年 的 事 情 了 光 通 訊 的 技 術 從 1960 年 雷 射 問 世 1966 年 光 纖 被 發 明 之 後 相 關 的 技 術 便 陸 續 地 孕 育 而 生, 而 光 纖 通 訊 的 廠 商 的 經 營 模 式 在 當 時 就 如 同 早 期 的 半 導 體 產 業 般, 幾 間 大 型 垂 直 整 合 型 的 IC 廠 包 辦 所 有 的 設 計 及 生 產, 而 到 了 80 年 代 這 樣 的 經 營 模 式 開 始 解 體,outsourcing 的 概 念 開 始 蔓 延 而 foundry 廠 就 如 雨 後 春 筍 般 的 發 展 起 來 反 觀 光 通 訊 似 乎 也 正 順 著 這 股 趨 勢 轉 變 中, 特 別 是 在 產 業 泡 沫 化 之 後 更 是 加 速 了 經 營 型 態 的 轉 變, 如 Lucent 將 IC 與 光 元 件 部 門 另 創 Agere system, 前 年 又 將 光 元 件 部 門 賣 給 TriQuint, 另 一 電 信 大 廠 Nortel 同 樣 也 在 前 年 將 光 元 件 部 門 賣 給 Bookham, 而 在 今 年 又 更 進 一 步 的 將 自 己 的 生 產 線 與 全 球 維 修 中 心 賣 給 Flextronics, 只 留 下 研 發 與 系 統 解 決 方 案 種 種 轉 變 影 響 著 產 業 結 構, 對 元 件 商 而 言 面 對 客 戶 端 及 產 業 變 化 的 結 果 使 得 在 經 營 模 式 上 也 必 須 作 了 許 多 改 變 表 3-3-2 光 通 訊 元 件 經 營 模 式 的 轉 變 與 機 會 生 產 模 式 的 特 質 技 術 的 角 色 增 加 利 潤 模 式 舊 型 態 經 營 模 式 新 型 態 經 營 模 式 機 會 與 威 脅 複 雜 的 技 術 僅 能 小 轉 包 給 不 具 威 脅 性 的 培 植 潛 在 競 爭 對 量 產 能 二 線 或 三 線 代 工 廠 手 擁 有 最 新 技 術 為 保 成 本 控 管 與 現 有 的 多 整 合 性 元 件 10G 持 競 爭 優 勢 的 代 名 源 協 定 侷 限 技 術 的 發 和 接 取 端 的 應 用 詞 展 領 導 性 產 品 成 本 與 供 應 鏈 管 理 遵 守 8/2 法 則 持 續 性 的 合 併 一 次 購 足 的 經 營 利 基 產 品 的 區 隔 成 本 與 供 應 鏈 管 資 料 來 源 :
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-56 從 表 3-3-2 中 的 對 照 表 可 了 解 光 元 件 廠 經 營 模 式 轉 變 的 概 貌, 除 了 產 業 結 構 的 改 變 之 外, 全 球 化 的 效 應 也 影 響 著 經 營 型 態 上 的 改 變, 領 導 廠 商 利 用 全 球 外 包 的 機 會 尋 找 低 價 的 原 物 料 與 勞 工 藉 以 降 低 產 品 生 產 的 成 本, 以 及 將 省 下 來 的 經 費 投 資 在 新 的 設 計 與 行 銷 活 動 上 然 而 這 一 波 的 全 球 化 效 應 衝 擊 之 下 似 乎 對 新 興 的 亞 太 光 元 件 公 司 帶 來 成 長 的 助 力 台 灣 光 通 訊 元 件 的 轉 變 以 台 灣 為 例 大 多 數 的 廠 商 都 在 2000 年 或 2001 年 成 立, 正 值 景 氣 下 滑 之 際, 但 在 當 時 從 產 品 的 研 發 到 通 過 Telcordia 認 證 至 少 得 花 一 年 的 時 間, 因 此 大 多 數 的 光 元 件 公 司 都 是 在 2002 年 底 至 2003 年 初 才 逐 漸 站 穩 腳 步 圖 3-3-1 台 灣 光 通 訊 產 業 結 構 圖 光 光 纖 卓 越 巨 晰 億 通 華 榮 纜 大 同 惟 達 電 台 林 太 平 洋 冠 德 華 新 麗 華 華 榮 聯 合 光 纖 台 一 億 泰 大 亞 光 元 先 進 合 機 中 華 電 纜 萬 泰 光 主 動 元 件 凱 裕 東 盈 光 合 訊 和 心 誼 訌 新 鴻 亞 連 展 華 敏 捷 耀 創 威 福 登 信 誼 聖 威 岳 豐 太 空 梭 冠 德 鴻 海 亞 洲 光 學 光 環 得 迅 前 鼎 隆 磐 嘉 信 台 達 電 通 訊 設 備 / 量 測 設 備 光 被 動 元 件 上 詮 偉 電 光 紅 建 聖 台 精 偉 智 大 地 光 纖 連 展 逢 源 波 若 威 百 訊 環 科 蒲 朗 克 萬 旭 光 騰 光 合 訊 亞 洲 光 學 超 越 光 台 林 仲 琦 榮 群 捷 耀 宜 捷 威 碩 彥 樺 光 星 通 威 創 鈦 威 資 料 來 源 : 而 在 穩 定 步 伐 後 國 外 的 公 司 也 才 開 始 找 上 門 但 在 同 時 彼 岸 的 中 國 大 陸 的 新 興 光 元 件 廠 也 同 時 劇 增, 挾 著 廣 大 內 需 市 場 的 優 勢 吸 引 著 外 資 與 技 術 的 投 入, 以 全 球 前 5 大 的 元 件 公 司 都 有 在 中 國 大 陸 設 製 造 生 產 而 內 地 公 司 的 崛 起 直 接 衝 擊 了 台 灣 元 件 廠 的 市 場, 與 其 他 的 產 業 相 同 第 一 大 影 響 就 是 價 格, 而 台 灣 廠 商 相 對 回 應 的 是 以 品 質 服 務 與 良 好 的 管 理, 而 這 也 正 因 應 了 光 元 件 廠 的 新 經 營 模 式 需 同 時 具 備
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-57 低 價 優 勢 與 品 質 同 時 one stop shopping 的 概 念 也 在 台 灣 開 始 發 酵, 因 此 如 圖 3-3-1 中 有 許 多 的 公 司 逐 漸 走 向 光 主 被 動 元 件 廠 ( 用 粗 匡 所 選 的 廠 商 ), 如 逢 源 利 用 併 購 錸 德 光 通 訊 部 門 的 方 式 進 入 了 主 動 元 件 的 領 域 光 合 訊 在 提 供 光 放 大 器 的 同 時 也 能 供 給 光 偶 合 器 ; 另 一 方 面 以 新 鴻 亞 的 例 子 也 看 出 部 分 的 廠 商 走 的 是 垂 直 整 合 型 的 方 式 但 無 論 是 one stop shopping 或 是 垂 直 整 合, 台 灣 的 光 通 訊 元 件 產 業 都 還 未 定 調 在 未 來 的 一 年 可 能 還 會 有 更 劇 烈 的 變 化 但 面 對 未 來 的 機 會 在 接 取 端 與 10G Ethernet 等 產 品, 相 信 元 件 廠 間 競 爭 會 變 的 更 劇 烈, 但 此 一 類 型 產 品 對 價 格 是 相 當 的 敏 感, 對 向 來 以 低 成 本 著 名 的 亞 太 元 件 廠 在 此 一 領 域 應 有 相 當 大 的 發 展 空 間 3-3-2 光 纖 到 家 (FTTH) 引 發 亞 太 光 通 訊 元 件 熱 潮 光 通 訊 元 件 在 4 年 前 曾 吹 起 全 自 動 生 產 的 概 念, 在 2001 年 的 OFC 展 場 中 許 多 封 裝 設 備 商 推 出 全 自 動 化 的 封 裝 技 術, 同 時 PLC( Planar Lightwave Circuit) 技 術 也 在 當 時 一 起 發 揚 量 產 低 價 的 光 元 件, 可 惜 市 場 後 續 需 求 的 力 道 已 無 法 消 耗 舊 有 技 術 所 產 出 的 光 元 件 更 遑 論 先 進 的 技 術 了 在 沈 浸 3 年 後,2004 年 第 1 2 季 在 矽 谷 投 資 光 通 訊 的 消 息 再 度 傳 出,Neo Fiberxon Optillion 等 光 通 訊 元 件 公 司 分 別 獲 得 創 投 公 司 的 青 睞, 其 中 又 特 別 以 Neo 這 家 以 PLC 技 術 為 主 的 公 司 獲 得 4 千 萬 美 金 入 滬, 為 單 一 家 公 司 獲 得 最 大 資 金 的 光 通 訊 元 件 公 司, 而 另 外 兩 家 皆 為 光 收 發 模 組 公 司, 此 投 資 案 不 禁 令 人 聯 想 起 光 通 訊 元 件 中 的 大 量 產 市 場 - 光 纖 到 家 FTTH 在 日 本 綻 放 光 芒 使 得 相 關 系 統 設 備 與 光 元 件 也 隨 之 水 漲 船 高, 雖 然 光 元 件 的 利 潤 偏 低 但 廠 商 們 總 是 寄 予 後 續 消 費 性 市 場 大 量 訂 單 的 期 望 以 光 纖 到 家 所 使 用 的 Bi-directional 光 收 發 模 組 為 例, 在 2003 年 的 需 求 量 為 4KK 主 要 由 台 灣 ( 超 過 5 成 ) 中 國 韓 國 等 國 家 所 生 產 提 供, 這 樣 的 需 求 量 所 產 生 出 的 市 場 值 僅 4 千 多 萬 美 金, 但 若 以 E2O( 於 2004 年 7 月 被 JDS-U 收 購 ) 在 2003 年 的 產 能 約 為 2.1KK 左 右 但 所 創 造 的 營 收 卻 達 6 千 多 萬 美 金, 雖 然 Gbps 等 級 的 多 模 光 收 發 模 組 價 為 原 本 就 比 155M 單 模 光 纖 要 高 出 一 些, 但 若 解 剖 Bi-directional 光 收 發 模 組 不 難 發 現 其 構 裝 的 複
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-58 雜 度 ( 可 參 考 前 一 章 節 圖 3-1-11 Bi-directional 光 收 發 模 組 的 結 構 圖 ), 以 日 本 設 備 所 使 用 的 光 收 發 模 組 而 言, 有 兩 種 不 同 的 波 長 藉 由 濾 鏡 分 光 再 經 由 雷 射 焊 接 機 封 裝 成 小 型 的 次 模 組, 這 樣 的 產 線 過 程 單 單 原 材 料 成 本 就 比 多 模 光 收 發 模 組 要 高 出 許 多, 但 實 際 售 價 卻 令 許 多 光 元 件 廠 商 怯 步 不 已, 即 便 美 國 設 備 所 使 用 的 三 個 波 長 光 收 發 模 組 已 有 廠 商 在 亞 洲 生 產, 然 而 若 對 FTTH 的 成 長 趨 勢 保 持 如 圖 3-3-2 的 樂 觀, 那 麼 預 計 美 日 元 件 廠 商 在 面 對 低 價 化 的 壓 力 將 來 應 有 可 能 大 量 移 至 亞 洲 生 產 或 著 設 備 商 直 接 找 上 亞 太 地 區 的 製 造 商 在 回 顧 到 去 年 最 受 矚 目 的 FTTH 更 是 掀 起 的 一 正 中 台 大 戰, 台 灣 主 要 出 貨 的 廠 商 包 含 了 台 達 電 子 (Delta) 前 鼎 光 電 (APAC) 和 嘉 信 光 電 (OIC Luminent), 在 中 國 方 面 主 要 的 代 表 為 武 漢 電 信 器 件 (WTD) 在 2004 年 初 與 日 本 兼 松 株 式 會 社 簽 訂 了 高 達 2 千 9 百 萬 美 金 的 Bi-directional 光 收 發 模 組 的 合 約, 成 功 地 進 入 日 本 光 纖 到 家 (FTTH) 的 市 場 由 於 2003 年 Bi-directional 光 收 發 模 組 主 要 的 規 格 是 在 點 對 點 (Point-to-Point) 的 media converter 上 所 應 用, 在 價 格 方 面 約 落 在 40~60 元 美 金 的 區 間 內 在 2004 年 的 日 本 新 的 FTTH 標 案 中 將 改 用 E-PON 的 系 統, 屆 時 皆 是 以 GbE 的 頻 寬 為 上 傳 及 下 載 在 供 應 商 的 名 單 上 除 了 先 前 的 廠 商 外 還 增 加 了 有 韓 國 的 Lightron 及 台 灣 的 誼 虹 科 技 (Optoway), 由 於 新 的 系 統 是 點 對 多 點 的 方 式 傳 送 頻 寬, 因 此 在 元 件 的 需 求 上 必 須 使 用 突 發 式 的 光 收 發 模 組 (Burst mode Transceiver), 隨 著 技 術 的 層 次 提 昇 價 格 也 因 應 而 上 如 在 ONU 端 的 光 收 發 模 組 價 格 約 在 75 美 金,OLT 端 的 光 收 發 模 組 售 價 為 225 美 金 而 在 美 國 FTTP 方 面 則 是 採 用 B-PON 的 系 統, 屆 時 在 局 端 (OLT; Optical Line Terminal) 將 以 OC-12 (622 Mbps) 的 頻 寬 以 點 對 多 點 (Point-to-Mulitpoints) 的 方 式 下 傳, 而 用 戶 (ONU; Optical Network Unit) 則 是 以 OC-3 (155Mbps) 的 頻 寬 上 傳 目 前 僅 有 台 灣 LuminentOIC 主 要 出 貨 供 Verzion 所 指 定 的 系 統 商 AFC 所 使 用, 隨 著 鋪 建 的 腳 步 加 快, 相 信 未 來 應 會 有 更 多 的 供 給 出 自 於 亞 太 地 區 因 此 光 通 訊 元 件 的 量 產 說, 在 市 場 需 求 足 夠 支 撐 的 情 況 下, 新 的 技 術 的 貢 獻 當 然 不 能 忽 視, 但 務 實 的 生 產 管 理 與 品 質 的 堅 持, 在 現 階 段 的 光 通 訊 元 件 仍 是 重 點 中 的 關 鍵, 而 台 灣 的 光 通 訊 元 件 廠 在 全 球 光
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-59 通 訊 的 領 域 中 正 扮 演 這 樣 的 角 色 圖 3-3-2 全 球 PON 光 元 件 市 場 值 $M 200 160 120 80 40 0 2002 2003 2004 2005 2006 Splitters 9 26 49 51 61 TRx 16 42 80 95 119 資 料 來 源 :RHK 2004/ 整 理 以 圖 3-3-2 全 球 被 動 式 網 路 中 最 關 鍵 的 兩 個 元 件 為 光 分 歧 器 ( Splitter) 和 光 收 發 模 組 (Optical Transceiver) 目 前 日 本 與 美 國 鋪 設 的 設 備 是 以 BPON 為 主, 未 來 日 本 則 走 向 EPON 的 規 格 而 美 國 則 將 採 用 GPON 的 設 備 設 備 發 展 的 方 向 不 同 而 光 元 件 的 發 展 也 相 對 應 的 不 同, 如 EPON 設 備 就 必 須 使 用 突 發 式 光 收 發 模 組 (burst mode transceiver) 而 IC 變 成 最 大 的 關 鍵, 預 計 日 本 仍 會 對 外 採 購 突 發 式 光 收 發 模 組 但 僅 止 於 ONU 端 並 且 將 指 定 雷 射 與 IC 的 來 源, 廠 商 只 負 責 OSA 的 封 裝 及 光 收 發 模 組 的 測 試 而 GPON 的 設 備 所 需 的 光 收 發 模 組 對 光 元 件 廠 而 言 將 會 是 更 複 雜 的 結 構, 雙 波 長 的 封 裝 已 使 生 產 程 序 複 雜 然 而 再 多 一 個 波 長 更 是 增 加 困 難 度, 雖 然 已 有 廠 商 供 應 相 關 元 件, 但 也 有 廠 商 看 好 PLC 光 收 發 模 組 的 發 展, 因 此 也 有 可 能 藉 此 成 長 的 趨 勢 而 將 PLC 光 收 發 模 組 應 用 在 GPON 的 設 備 中 此 一 成 長 趨 勢 除 了 光 收 發 模 組 之 外 另 一 重 點 就 是 光 分 歧 器 ( Optical Splitter), 根 據 RHK 最 新 的 市 場 報 告 預 計 Splitter 將 在 2008 年 達 到 PON 元 件 的 百 分 之 33 的 份 額, 而 這 其 中 又 以 PLC 為 基 礎 做 1 8 和 1 16 的 光 分 歧 器 成 長 均 在 60% 以 上 日 本 的 FTTH 和 美 國 的
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-60 FTTP 共 同 拉 近 人 與 光 纖 的 距 離, 也 再 度 使 市 場 活 絡 了 起 來 3-3-3 領 導 廠 商 動 態 JDS-U 產 業 龍 頭 JDS-U 在 2000 年 先 後 收 購 被 動 元 件 大 廠 E-TEK 和 主 動 元 件 大 廠 SDL 自 此 奠 定 了 龍 頭 的 定 位, 但 併 購 的 速 度 卻 也 未 因 產 業 的 低 迷 而 放 慢 腳 步, 同 年 又 買 下 了 Cronos Integrated System( 生 產 Optical MEMs) Casix( 中 國 被 動 元 件 廠 ) SIFAM( 英 國 被 動 元 件 廠 ), 在 2001 年 底 以 4.25 億 美 金 收 購 IBM 的 光 收 發 模 組 的 生 產 線 和 當 時 最 熱 們 的 全 自 動 生 產 設 備 系 統 商 Optical Process Automation, 進 而 在 2002 年 買 了 OptronX 的 光 收 發 模 組 部 門, 唯 2003 年 較 稍 稍 收 手, 但 今 年 又 再 買 了 E2O 同 樣 又 是 光 收 發 模 組 的 公 司 表 3-3-3 JDS-U 所 併 購 公 司 年 份 2000 2001 2002 2003 2004 併 購 廠 商 SDL, E-TEK OPA, Iridian,Epion IBM, Scion OptronX, L.A. Label E2O 資 料 來 源 : 整 理 算 算 JDS-U 共 買 了 3 家 光 收 發 模 組 的 公 司, 在 併 購 IBM 光 收 發 模 組 部 門 在 之 後 JDS-U 進 入 了 Datacom 的 領 域, 擁 有 1063Mb/ s 和 1205Mb/ s 前 IBM 所 熱 賣 的 產 品, 在 模 組 上 也 相 當 的 齊 全 包 含 了 GBIC, SFF, SFP 等 等, 在 10G 的 頻 寬 中 則 加 入 了 XFP 的 MSA 在 併 購 OptronX 的 光 收 發 模 組 部 門 之 後 增 強 了 在 10G 領 域 的 功 力 如 在 300-pin XENPAK 等 VSR 及 SR1 等 傳 輸 距 離 而 E2O 則 是 買 到 了 光 纖 通 道 的 市 場, 對 向 來 多 角 化 經 營 的 JDS-U 可 看 出 在 DataCom 的 野 心, 從 圖 3-3-1 可 看 出 拿 下 了 23% 的 市 場 佔 有 率 ( 並 未 加 入 收 購 E2O 後 的 市 場 佔 有 率 ) 相 信 在 未 來 這 個 產 業 龍 頭 將 持 續 扮 演 領 導 的 角 色, 無 論 是 在 產 品 或 是 經 營 模 式 上
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-61 圖 3-3-3 DataCom 光 收 發 模 組 主 要 廠 商 Bookham 14% Other 12% Finisar 28% JDSU 23% Agilent 23% 資 料 來 源 :CIR 2004/ 整 理 Bookham 圖 3-3-2 為 電 信 系 統 設 備 所 使 用 的 前 5 大 光 收 發 模 供 應 商, 圖 中 可 見 並 未 出 現 一 家 獨 大 的 現 象 但 在 電 信 設 備 所 使 用 的 光 收 發 模 組 中 以 Bookham 的 市 佔 率 為 最 高 約 16.4%, 這 與 Bookham 所 併 購 的 公 司 簽 下 的 供 應 合 約 有 關, 如 不 久 前 合 約 才 剛 到 期 的 Marconi 和 2005 年 底 即 將 到 期 的 Nortel, 這 其 中 以 2003 年 第 四 季 來 看 Marconi 約 佔 Bookham 總 營 收 的 9%,Nortel 則 佔 了 總 營 收 的 58%, 可 見 得 這 一 紙 合 約 的 重 要 性, 但 在 合 約 終 止 後 的 關 係 也 令 人 關 心 在 圖 3-3-2 中 位 居 第 二 順 位 的 是 OpNext, 由 於 是 由 Hitachi 所 分 之 出 來 的 光 元 件 公 司 因 此 在 Hitachi 的 系 統 設 備 扮 演 重 要 的 角 色, 該 公 司 於 去 年 併 購 Pine 同 樣 為 光 收 發 模 組 的 公 司
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-62 圖 3-3-4 Telecom 光 收 發 模 組 主 要 廠 商 OpNext, 14% Other, 45.9 Bookham, 16.4% JDSU, Finisar, 8% 7.2% Agilent, 8.5% 資 料 來 源 :CIR 2004/ 整 理 Agilent 向 來 在 光 收 發 模 組 產 業 中 具 舉 足 輕 重 的 角 色, 自 1999 年 三 月 從 母 公 司 惠 普 科 技 (Hewlett-Packard) 獨 立 出 來 後 的 主 要 產 品 市 場 為 通 訊 電 子 生 命 科 學 及 半 導 體 目 前 員 工 人 數 大 約 為 一 萬 人, 有 十 一 個 研 發 中 心 及 八 個 散 佈 全 球 的 製 造 基 地, 其 中 光 電 的 產 品 在 加 州 聖 荷 西 馬 來 西 亞 檳 城 新 加 坡 等 地 生 產, 在 規 模 經 濟 上 已 達 到 領 導 者 的 地 位 早 期 的 HP 就 有 生 產 以 820 nm LED 作 為 傳 輸 及 接 收 的 光 元 件, 在 1998 年 推 出 VCSEL 的 光 收 發 模 組, 同 年 小 型 的 光 收 發 模 組 ( Small-Form-Factor;SFF) 在 ATM OC-3 和 OC-12 的 應 用 同 時 上 市, 在 隨 後 的 幾 年 Agilent 在 超 高 速 乙 太 網 (Gigabit Ethernet) 的 市 佔 率 已 超 過 五 成 的 市 場, 在 SONET/ SDH 也 是 最 大 的 供 應 商 Finisar Corporation Finisar Corporation 成 立 於 1988 年, 主 要 的 事 業 包 含 兩 大 領 域 ; 光 纖 通 訊 次 系 統 模 組, 其 中 包 含 了 超 高 速 乙 太 網 光 纖 通 道 有 線 電 視 等 等 的 相 關 模 組, 另 一 產 品 為 區 域 型 網 路 儲 存 網 路 所 需 的 量 測 系
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-63 統 在 2000 年 Finisar 陸 續 收 購 了 Sensors Unlimited( 偵 檢 器 公 司 ) Demeter Technologies( 生 產 10G 雷 射 的 工 廠 ) Transwave Fiber( 被 動 元 件 ) Shomiti System( 乙 太 網 路 量 測 設 備 廠 ) Medusa Technologies ( 光 纖 通 道 的 訓 練 及 測 試 服 務 公 司 ) Finisar 有 完 整 的 Datacom 光 收 發 模 組 系 列 包 含 1 9DSC GBIC SFF SFP CWDM 及 2002 年 所 推 出 的 10G XFP 同 時 2001 年 Finisar 在 光 纖 通 道 (Fiber Channel) 佔 有 超 過 55% 的 市 場, 在 此 一 領 域 遠 超 過 Agilent 成 為 在 SAN 領 域 中 的 光 元 件 新 霸 主 表 3-3-4 Finisar 所 併 購 公 司 年 份 2000 2001 2002 2003 2004 併 購 廠 商 Sensor Demeter, Transwave, Shomiti, Mesua AlFOtec Honeywell Infineon 資 料 來 源 : 整 理 嘉 信 光 電 嘉 信 光 電 成 立 於 1996 年 11 月, 成 立 時 股 本 約 1 億 7500 萬 元, 早 期 主 要 以 生 產 光 纖 通 訊 中 所 需 的 雷 射 二 極 體 以 及 光 儲 存 CD 及 DVD 中 的 雷 射 光 元 件 2000 年 美 商 MRV 以 1.2 億 美 元, 購 併 嘉 信 光 電 全 部 股 權, 並 從 新 命 名 為 Luminent OIC 基 於 Luminent OIC 在 經 營 模 式 上 行 銷 和 研 發 皆 在 美 國, 在 台 灣 則 以 生 產 為 主 也 因 台 灣 廠 對 於 成 本 與 品 質 有 較 佳 的 優 勢, 加 上 美 國 廠 與 設 備 商 的 合 作 下 成 功 地 打 進 FTTP 的 市 場 因 此 從 出 貨 量 而 言 為 台 灣 重 量 級 廠 商 也 是 台 灣 少 數 從 磊 晶 長 成 一 路 做 到 光 收 發 模 組 的 廠 商 台 達 電 子 於 1998 年 投 入 主 動 元 件 研 發,2003 年 平 均 月 產 能 已 達 到 12~15 萬 個 的 產 能, 為 了 因 應 未 來 光 主 動 元 件 低 價 化 的 趨 勢 所 有 生 產 線 移 至 大 陸 生 產 以 2003 年 FTTH 的 光 收 發 模 組 標 案 而 言, 台 達 電 子 的 出 貨 量 位 居 全 球 之 冠, 約 在 1.08KK 左 右 的 出 貨 水 平 然 而 在 2004
第 三 章 光 通 訊 元 件 3-64 年 NTT 轉 換 標 準 的 情 況 下, 些 許 訂 單 流 失 但 在 Fujitsu 和 USEN 的 訂 單 需 求 都 還 在 20~30K/ m 的 水 準 前 鼎 光 電 前 鼎 光 電 成 立 於 1996 年 7 月, 自 1999 年 正 式 出 貨 以 來 就 是 以 光 收 發 模 組 及 次 模 組 為 主 要 產 品 其 產 品 已 獲 得 西 門 子 的 認 證 ; 為 西 門 子 的 代 工 廠 商 2002 年 初 成 為 台 灣 第 一 家 上 櫃 的 光 主 動 元 件 廠 商, 在 日 本 FTTH 市 場 方 面 則 拿 下 了 東 京 電 力 USEN 和 日 本 地 方 政 府 的 訂 單 基 本 上 皆 在 20~30K/m 的 水 準 展 望 2005 年 除 了 在 低 階 產 品 的 維 持 與 刺 激 需 求 量 之 外, 在 高 速 乙 太 網 方 面 也 將 會 有 較 佳 的 表 現 相 信 在 景 氣 逐 漸 回 溫 的 同 時 會 有 更 好 的 盈 收 表 現 和 心 光 通 和 心 光 通 於 2000 年 底 進 入 光 收 發 發 模 組 市 場, 以 自 有 的 技 術 從 上 游 Chip process 的 技 術 垂 直 整 合 至 下 游 光 收 發 模 組 的 封 裝, 同 時 也 為 當 時 少 數 垂 直 整 合 的 光 通 訊 元 件 廠 之 一 但 因 全 球 光 通 訊 不 景 氣 的 效 應 使 得 公 司 的 政 策 有 所 轉 變 生 產 線 下 游 的 光 收 發 模 組 切 除, 僅 保 留 雷 射 製 程 與 封 裝 的 研 發 與 銷 售