第一章

課 程 名 稱 : 光 纖 傳 輸 實 務 與 實 習 1. 課 程 概 述 : 光 纖 傳 輸 實 務 與 實 習 為 隔 年 開 授 之 課 程, 此 高 等 課 程 實 習 項 目 之 內 容 較 具 彈 性, 以 教 導 學 生 如 何 使 用 設 計 工 具 與 發 揮 設 計 能 力 為 目 標 新 編 了 光 纖 光 放 大 器 模 擬 設 計 實 習 教 材, 包 含 摻 鉺 光 纖 放 大 器 混 合 式 拉 曼 放 大 器 光 塞 取 多 工 器 等 之 設 計 模 擬 與 分 析 透 過 光 源 光 纖 模 組 等 參 數 調 整, 學 生 可 設 計 出 寬 頻 光 放 大 系 統, 加 強 學 生 分 析 能 力 2. 課 程 大 綱 : (1) 簡 介 摻 鉺 光 纖 放 大 器 (2) 說 明 OptiAmplifier 模 擬 軟 體 操 作 : 含 主 動 元 件 被 動 元 件 摻 鉺 光 纖 放 大 器 拉 曼 放 大 器 (3) 設 計 光 纖 光 放 大 器 與 多 工 器 : 含 混 合 式 Raman-EDFA 放 大 器 光 塞 取 多 工 器 (OADM) 之 模 擬 (4) OptiAmplifier 設 計 與 應 用 總 結 (5) 簡 介 OptiAmplifier 模 擬 軟 體 3. 講 義 : ( 如 後 ) 1

教 育 部 提 升 大 學 基 礎 教 育 計 劃 寬 頻 通 訊 教 育 計 劃 分 項 計 劃 三 : 高 速 光 纖 通 訊 課 程 : 高 等 光 纖 傳 輸 實 習 光 纖 光 放 大 器 模 擬 設 計 中 華 民 國 9 2 年 3 月 4 日 2

目 錄 第 一 章 摻 鉺 光 纖 放 大 器 簡 介... 1 第 二 章 OptiAmplifier 模 擬 軟 體 操 作 說 明... 5 2.1 主 動 元 件... 5 2.2 被 動 元 件... 10 2.3 摻 鉺 光 纖... 19 2.4 拉 曼 放 大 器... 24 第 三 章 光 纖 光 放 大 器 與 多 工 器 設 計... 32 3.1 混 合 式 Raman-EDFA 放 大 器... 32 3.2 光 塞 取 多 工 器 (OADM) 之 模 擬... 36 第 四 章 總 結... 39 附 錄 OptiAmplifier 模 擬 軟 體 簡 介... 40 1. 系 統 需 求... 40 2. 應 用 範 圍... 40 3.OptiAmplifier 主 要 視 窗 介 紹... 41 4.OptiAmplifier 工 具 列 介 紹... 53 5.OptiAmplifier 系 統 元 件 介 紹... 60 6.OptiAmplifier 佈 局 工 具 列... 62 7.OptiAmplifier 連 接 工 具 列... 63 8.OptiAmplifier 其 他 Layout 工 具... 63 9.OptiAmplifier 自 訂 工 具 列... 69 參 考 文 獻 70 3

第 一 章 摻 鉺 光 纖 放 大 器 簡 介 摻 鉺 光 纖 放 大 器 (Erbium-Doped Fiber Amplifier,EDFA) 主 要 是 利 用 摻 鉺 光 纖 裡 面 的 鉺 離 子 受 泵 激 雷 射 激 發 而 形 成 居 量 反 轉 (Population Inversion), 所 以 當 信 號 光 激 發 次 穩 態 電 子 時, 此 受 激 電 子 會 放 射 出 與 信 號 光 源 具 有 相 同 波 長, 相 同 相 位 的 光, 如 此 信 號 光 源 即 可 被 放 大 為 了 避 免 激 發 態 吸 收 (Excited-State Absorption, ESA) 的 發 生, 通 常 使 用 波 長 980nm 或 1480nm 的 半 導 體 雷 射 做 為 泵 激 光 源, 所 以 我 們 可 以 用 一 個 三 階 或 二 階 能 階 系 統 來 模 擬 鉺 離 子 的 能 階, 如 圖 1.1 所 示 當 泵 激 光 入 射 至 摻 鉺 光 纖 時, 基 態 (Ground State) 電 子 會 吸 收 泵 激 光 的 能 量 而 躍 遷 至 較 高 的 能 階, 但 此 電 子 會 快 速 非 輻 射 衰 落 (Nonradiative Decay) 到 次 穩 態 ( Metastable State) 能 階 ; 當 次 穩 態 能 階 與 基 態 能 階 形 成 電 子 居 量 反 轉 分 佈 時, 激 發 放 射 (Stimulated Emission) 的 機 制 將 比 激 發 吸 收 (Stimulated Absorption) 的 機 制 強, 則 信 號 光 入 射 到 摻 鉺 光 纖 中 將 可 被 放 大 ; 而 在 次 穩 態 的 電 子 還 會 產 生 自 發 放 射 (Spontaneous Emission), 將 會 在 摻 鉺 光 纖 中 造 成 增 幅 自 發 放 射 (Amplified Spontaneous Emission, ASE) 的 現 象, 讓 光 纖 兩 端 輸 出 的 雜 訊 增 加 因 此, 波 長 在 1550nm 附 近 的 信 號 光 入 射 到 摻 鉺 光 纖 中, 其 被 放 大 過 程 的 示 意 圖, 如 圖 1.2 而 一 個 簡 單 的 順 向 泵 激 摻 鉺 光 纖 光 放 大 器 架 構, 如 圖 1.3 所 示 4

圖 1.1 鉺 離 子 三 階 能 階 示 意 圖 圖 1.2 在 摻 鉺 光 纖 中, 信 號 光 放 大 過 程 示 意 圖 5

其 中 信 號 光 與 泵 激 光 透 過 波 長 選 擇 耦 合 器 (Wavelength Selective Coupler, WSC) 合 在 一 起 入 射 到 摻 鉺 光 纖 中, 光 隔 離 器 (Isolator) 則 是 避 免 信 號 光 的 反 射 泵 激 的 模 式 除 了 圖 1.3 的 型 式, 亦 可 採 用 反 向 泵 激, 即 信 號 光 與 泵 激 光 傳 播 方 向 相 反, 或 者 順 向 與 反 向 泵 激 光 一 起 加 入 一 般 而 言, 順 向 泵 激 的 增 益 較 小, 但 雜 訊 也 較 小 ; 反 向 泵 激 則 正 好 相 反 ; 雙 向 泵 激 的 增 益 與 雜 訊 特 性 則 介 於 前 兩 者 之 間 由 於 摻 鉺 光 纖 光 放 大 器 的 出 現, 分 波 多 工 (Wavelength Division Multiplexing,WDM) 的 技 術 才 能 有 突 破 性 的 進 展 一 個 基 本 的 分 波 多 工 系 統, 如 圖 1.4 所 示 摻 鉺 光 纖 光 放 大 器 促 使 波 長 分 波 多 工 在 光 纖 通 信 中 發 揮 擴 大 傳 輸 容 量 的 作 用, 使 原 來 只 能 傳 輸 幾 個 Gb/s, 躍 升 至 現 在 幾 百 Gb/s, 甚 至 幾 千 Gb/s 即 1-3Tb/s 現 在, 摻 鉺 光 纖 放 大 器 能 可 靠 的 放 大 C 波 段 (1530~1565nm) 或 L 波 段 (1570~1610nm) 共 80nm 寬 度, 提 供 平 坦 的 功 率 增 益 40dB 和 足 夠 大 的 輸 出 功 率 及 良 好 的 信 號 雜 訊 比 (Signal to Noise Ratio,S/N) 在 長 途 線 路 幾 百 公 里, 甚 至 一 千 公 里, 避 免 使 用 光 / 電 和 電 / 光 轉 換 的 再 生 器 每 隔 60-100 公 里 設 置 光 纖 放 大 器, 實 現 全 光 傳 輸 網 路 迄 今 為 止, 還 沒 有 其 他 放 大 器 像 摻 鉺 光 纖 放 大 器 那 樣 真 正 普 遍 推 廣 應 用 摻 鉺 光 纖 光 放 大 器 具 有 高 放 大 增 益 (>40dB) 高 輸 出 功 率 (>16dBm) 低 雜 訊 指 數 (4~6dB) 增 益 不 受 極 化 方 向 影 響 等 優 點 適 用 於 各 種 傳 輸 速 率 及 各 種 調 變 型 態 訊 號, 可 應 用 於 數 位 傳 輸 和 類 比 傳 輸 網 路 6

圖 1.3 順 向 泵 激 之 摻 鉺 光 纖 光 放 大 器 示 意 圖 圖 1.4 基 本 分 波 多 工 系 統 之 系 統 結 構 圖 7

第 二 章 OptiAmplifier 模 擬 軟 體 操 作 說 明 2.1 主 動 元 件 2.1.1 單 模 信 號 雷 射 (Single Signal Laser) 可 輸 入 元 件 名 稱 定 義 元 件 波 長 設 定 雷 射 源 頻 譜 寬 度 設 定 啟 動 功 率 以 及 使 用 者 可 以 儲 存 或 載 入 特 定 元 件 資 訊 圖 2.1.1 單 模 信 號 雷 射 圖 8

2.1.2 多 模 信 號 雷 射 (Multiple Signal Laser) 設 定 所 需 的 波 長 數 目, 以 表 格 方 式 顯 示 目 前 的 設 定 值, 紅 色 表 示 波 長 部 分, 綠 色 表 示 功 率 部 分 圖 2.1.2 多 模 信 號 雷 射 圖 9

2.1.3 泵 激 雷 射 (Pump Laser) 可 定 義 所 需 的 幫 浦 波 長 頻 譜 寬 度 設 定 允 許 最 大 功 率 與 電 流 圖 2.1.3 泵 激 雷 射 圖 10

2.1.4 多 模 泵 激 雷 射 (Multiple Pump Laser) 設 定 所 要 幫 浦 的 波 長 數 目, 以 表 格 顯 示 目 前 的 設 定 值, 藍 色 表 示 波 長 部 分, 綠 色 表 示 功 率 部 分 圖 2.1.4 多 模 泵 激 雷 射 圖 11

2.1.5 接 收 器 (Receiver) Type:PIN & APD Mode:Analog Digital Mointor Wavelength:Indep & Dep Decision Point: 當 Mode 是 Digital 時 才 會 啟 動 Crosstalk & MPI: 可 選 擇 忽 略 或 者 考 慮 Receiver Paramater: 設 定 Receiver 的 參 數, 像 是 通 道 數 目 溫 度 等 效 電 阻 頻 寬 Error Rate 雷 射 線 寬 等 等 圖 2.1.5 接 收 器 圖 12

2.2 被 動 元 件 2.2.1 光 隔 離 器 (Isolator) 可 設 定 波 長 獨 立 或 是 波 長 相 依 Insertion Loss & Return Loss 圖 2.2.1 光 隔 離 器 圖 13

2.2.2 反 射 式 濾 波 器 (Reflective Filter) 信 號 通 過 反 射 式 濾 波 器 時, 符 合 濾 波 器 中 心 波 長 的 信 號, 會 被 反 射, 其 餘 波 長 會 穿 透 反 射 式 濾 波 器 可 設 定 濾 波 器 的 模 型 為 矩 形 或 高 斯 模 式, 也 可 設 定 中 心 波 長 插 入 損 失 頻 寬 梯 形 濾 波 器 斜 率 等 等 圖 2.2.2 反 射 式 濾 波 器 圖 14

2.2.3 穿 透 式 濾 波 器 (Transmission Filter) 信 號 通 過 穿 透 式 濾 波 器 時, 符 合 濾 波 器 中 心 波 長 的 信 號, 會 穿 透 通 過, 其 餘 波 長 會 被 反 射 穿 透 式 濾 波 器 功 能 設 定 與 反 射 式 濾 波 器 一 樣 圖 2.2.3 穿 透 式 濾 波 器 圖 15

2.2.4 環 型 器 (Circulator) 可 設 定 波 長 獨 立 或 是 波 長 相 依, 以 及 Insertion Loss Return Loss Isolation 等 等 圖 2.2.4 環 型 器 圖 16

2.2.5 泵 激 雷 射 耦 合 器 (Pump Coupler) 可 設 定 波 長 獨 立 或 是 波 長 相 依, 以 及 設 定 Insertion Loss Return Loss Isolation 等 圖 2.2.5 泵 激 雷 射 耦 合 器 圖 17

2.2.6 2 2 耦 合 器 (Coupler) 可 設 定 波 長 獨 立 或 波 長 相 依, 以 及 設 定 Insertion Loss Return Loss 耦 合 效 率 等 圖 2.2.6 2 2 耦 合 器 圖 18

2.2.7 1 2 耦 合 器 (Tap Coupler) 可 設 定 Tap 百 分 比, 以 及 設 定 波 長 獨 立 或 波 長 相 依 Insertion Loss Return Loss 等 圖 2.2.7 1 2 耦 合 器 圖 19

2.2.8 多 工 / 解 多 工 器 (MUX/DEMUX) 可 設 定 通 道 間 隔 Return Loss 濾 波 器 頻 寬 信 號 的 Insertion Loss 幫 浦 的 Insertion Loss 自 訂 通 道 數 目 以 及 第 一 個 通 道 的 波 長 圖 2.2.8 多 工 / 解 多 工 器 圖 20

2.2.9 Fiber Link 可 設 定 光 纖 長 度 Rayleigh 散 射 所 造 成 之 損 失 光 纖 反 向 傳 輸 百 分 比 氫 氧 化 物 吸 收 峰 值 波 長 紅 外 線 峰 值 波 長 紅 外 線 峰 值 吸 收 光 纖 接 合 損 失 圖 2.2.9 Fiber Link 圖 21

2.3 摻 鉺 光 纖 2.3.1 摻 鉺 光 纖 參 數 設 定 Main Tab 可 設 定 光 纖 core 的 半 徑 摻 鉺 的 半 徑 光 纖 數 值 孔 徑 鉺 離 子 次 穩 態 生 存 時 間 鉺 離 子 濃 度 圖 2.3.1 摻 鉺 光 纖 參 數 設 定 Main Tab 圖 22

2.3.2 摻 鉺 光 纖 參 數 設 定 Algorithm Tab 提 供 Saleh Jopson Giles 三 種 模 態 選 擇, 可 設 定 光 纖 模 態 橫 向 分 佈 幾 何 模 型 限 制 因 子 圖 2.3.2 摻 鉺 光 纖 參 數 設 定 Algorithm Tab 圖 23

2.3.3 摻 鉺 光 纖 參 數 設 定 Calculation Tab 可 設 定 模 擬 過 程 中 計 算 重 複 次 數 光 纖 裡 傳 波 steps 次 數 收 斂 條 件 中 所 需 要 的 公 差 圖 2.3.3 摻 鉺 光 纖 參 數 設 定 Calculation Tab 圖 24

2.3.4 摻 鉺 光 纖 參 數 設 定 Enhanced Tab 可 設 定 Rayleigh 反 向 散 射 常 數 每 一 群 組 的 離 子 等 等 圖 2.3.4 摻 鉺 光 纖 參 數 設 定 Enhanced Tab 圖 25

2.3.5 摻 鉺 光 纖 參 數 設 定 Temperature Tab 可 設 定 cross section 以 及 系 統 操 作 的 溫 度 圖 2.3.5 摻 鉺 光 纖 參 數 設 定 Temperature Tab 圖 26

2.4 拉 曼 放 大 器 2.4.1 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Fiber Tab 可 設 定 光 纖 長 度 衰 減 有 效 面 積 以 及 耦 合 損 失 圖 2.4.1 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Fiber Tab 圖 27

2.4.2 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Raman Effect Tab 可 設 定 拉 曼 增 益 係 數 之 峰 值 幫 浦 波 長 拉 曼 增 益 偏 振 因 子 及 操 作 溫 度 圖 2.4.2 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Raman Effect Tab 圖 28

2.4.3 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Rayleigh Effect Tab 可 設 定 Rayleigh 散 射 係 數, 例 如 正 向 或 反 向 傳 播 由 Rayleigh 所 產 生 的 增 益 係 數 圖 2.4.3 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Rayleigh Effect Tab 圖 29

2.4.4 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Other Nonlinearities Tab Billouin 頻 寬 Billouin 增 益 係 數 Billouin 增 益 偏 振 Billouin stokes 平 移 等 非 線 性 折 射 率 色 散 圖 2.4.4 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Other Nonlinearities Tab 圖 30

2.4.5 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Reflections Tab 分 別 可 設 定 左 端 以 及 右 端 的 反 射 值, 反 射 值 可 設 定 成 波 長 相 依 或 常 數 圖 2.4.5 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Reflections Tab 圖 31

2.4.6 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Effect On/Off Tab 以 On/Off 供 使 用 者 設 定 所 需 的 效 應 圖 2.4.6 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Effect On/Off Tab 圖 32

2.4.7 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Simulation Details Tab 可 設 定 模 擬 的 細 節, 例 如 拉 曼 放 大 器 Enable 或 Disable Upper pump 波 長, 功 率 準 確 性 圖 2.4.7 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Simulation Details Tab 圖 33

2.4.8 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Result Tab 設 定 有 效 的 區 間, 以 波 長 方 式 設 定 上 下 限 圖 2.4.8 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 Result Tab 圖 34

第 三 章 光 纖 光 放 大 器 與 多 工 器 設 計 3.1 範 例 1 混 合 式 Raman-EDFA 放 大 器 3.1.1 目 的 利 用 OptiAmplifier 模 擬 軟 體 設 計 混 合 式 拉 曼 及 摻 鉺 光 纖 放 大 器, 藉 著 改 變 網 路 中 各 個 元 件 的 參 數 值, 來 研 討 各 個 元 件 對 結 果 有 何 影 響, 並 由 模 擬 結 果 與 理 論 相 互 配 合 比 較 與 印 證 3.1.2 架 構 圖 Signal Input EDFA Output Port 1 Raman1 Output Raman2 Output Port 2 圖 3.1.2 混 合 式 Raman-EDFA 放 大 器 架 構 圖 35

3.1.3 實 驗 結 果 Signal Input 說 明 : 圖 3.3.1(a) 為 16 個 channel 之 多 信 號 雷 射 信 號 源, 波 長 為 1530nm ~ 1605nm,channel space 為 5nm, 在 光 譜 圖 上 所 觀 察 到 之 信 號 圖 3.1.3(a) 輸 入 信 號 光 譜 圖 EDFA Output 說 明 : 信 號 在 經 過 摻 鉺 光 纖 放 大 器 (EDFA) 放 大 後 所 觀 察 到 光 譜 圖, 光 放 大 器 在 放 大 光 信 號 的 同 時, 也 放 大 自 發 放 射 (ASE) 現 象,ASE 乃 任 意 往 光 纖 的 兩 方 向 傳 播 之 增 幅 自 發 放 大, 由 於 它 也 受 光 放 大 器 放 大, 會 使 得 光 纖 兩 端 雜 訊 增 加 圖 3.1.3(b) 經 EDFA 之 光 譜 圖 36

Port 1 說 明 : 信 號 經 過 摻 鉺 光 纖 放 大 器 (EDFA) 後, 未 經 拉 曼 放 大 器 放 大 前 之 信 號, 比 較 與 經 拉 曼 放 大 器 信 號 有 何 不 同 圖 3.1.3(c) port1 點 之 光 譜 圖 Raman1 Output Raman2 Output 圖 3.1.3(d) Raman1 Output 之 光 譜 圖 圖 3.1.3(e) Raman2 Output 之 光 譜 圖 37

說 明 : 摻 鉺 光 纖 放 大 器 放 大 波 長 範 圍 集 中 在 C band(1530nm~1565nm) 附 近, 而 拉 曼 放 大 器 若 給 予 適 當 高 功 率 泵 激 波 長 信 號, 則 可 放 大 任 何 波 長 信 號 由 光 譜 圖 中 顯 示, 摻 鉺 光 纖 放 大 器 參 數 設 定 在 放 大 C band 附 近 的 波 長, 拉 曼 放 大 器 參 數 設 定 在 放 大 L band 附 近 的 波 長 信 號 經 由 摻 鉺 光 纖 放 大 器 及 拉 曼 放 大 器 後, 可 同 時 放 大 C band 及 L band 信 號 因 此, 要 放 大 不 同 波 長 信 號 可 由 元 件 參 數 設 定 及 不 同 放 大 器 來 達 到 38

3.2 範 例 2 光 塞 取 多 工 器 (OADM) 之 模 擬 3.2.1 目 的 1. 了 解 光 塞 取 多 工 器 原 理 及 特 性 2. 了 解 光 塞 取 多 工 器 組 成 架 構 3. 利 用 OptiAmplifier 模 擬 軟 體 設 計 光 塞 取 多 工 器 系 統 3.2.2 架 構 圖 1. 以 衰 減 器 來 代 替 Drop 不 同 波 長 之 功 能 2. 以 Multiple Signal Laser 將 先 前 衰 減 之 波 長 Add 回 去 Input Node 1 Output 圖 3.2.2 光 塞 取 多 工 器 (OADM) 之 模 擬 架 構 圖 39

3.2.3 實 驗 結 果 Input (1530nm~1605nm, λ= 5nm,16 channel) 圖 3.2.3(a) 輸 入 信 號 光 譜 圖 Node 1 ( 經 EDFA 放 大 後 之 波 形 ) 圖 3.2.3(b) Node 1 光 譜 圖 40

Node 2 λ 1 ~λ 8 經 Drop 後, λ 9 ~λ 16 增 益 有 上 升 之 情 形 如 下 : λ 9 :-8.18201-8.06264 (dbm) λ 10 :-9.06053-8.94116 (dbm) λ 11 :-9.61945-9.50008 (dbm) λ 12 :-9.91347-9.79409 (dbm) λ 13 :-10.08511-9.96573 (dbm) λ 14 :-10.23958-10.12021 (dbm) λ 15 :-10.34849-10.22912 (dbm) λ 16 :-10.42299-10.30362 (dbm) 圖 3.2.3(c) Node 2 光 譜 圖 Output:λ 1 ~λ 8 經 過 Add 後, 所 得 之 輸 出 圖 3.2.3(d) Output 光 譜 圖 41

第 四 章 總 結 使 用 放 大 器 模 擬 軟 體 OptiAmplifier, 首 先, 必 須 對 光 纖 通 訊 系 統 有 所 了 解 其 次, 在 建 構 一 光 纖 通 訊 系 統 時, 系 統 中 各 光 電 元 件 參 數, 對 整 個 系 統 造 成 何 種 影 響 亦 要 能 掌 握 再 來, 對 模 擬 軟 體 各 視 窗 工 具 列 元 件 功 能 圖 表 功 能 狀 態 列 能 熟 練, 才 能 充 分 發 揮 模 擬 軟 體 功 能 例 如 : 軟 體 中 提 供 優 化 功 能, 可 方 便 使 用 者 對 特 定 參 數, 自 動 找 出 其 最 佳 值, 也 可 自 動 調 整 曲 線 平 坦 度 的 優 化 功 能, 在 某 些 特 定 設 計 上 可 以 讓 我 們 節 省 很 多 時 間 最 後, 了 解 系 統 架 構, 設 定 元 件 參 數, 熟 練 軟 體 功 能, 必 能 充 分 發 揮 放 大 器 模 擬 軟 體 OptiAmplifier 設 計 與 應 用 強 大 功 能 OptiAmplifier 功 能 總 結 : (1) 軟 體 操 作 介 面 相 當 容 易 (2) 優 化 功 能 可 方 便 使 用 者 對 特 定 參 數, 自 動 找 出 其 最 佳 值, 也 可 自 動 調 整 曲 線 平 坦 度 的 優 化 功 能, 可 以 讓 我 們 節 省 很 多 設 計 時 間 (3) 架 構 任 何 光 纖 網 路 系 統 時 是 相 當 方 便 的 (4) 光 頻 譜 分 析 儀 功 能 (OSA) 功 能, 可 隨 時 在 OSA 視 窗 中 看 任 一 點 的 信 號 波 形 泵 激 波 形 與 ASE 雜 訊 情 形 (5) 軟 體 架 構 可 方 便 使 用 者 不 需 麻 煩 的 去 設 定 各 個 參 數, 可 直 接 以 載 入 (Load) 的 功 能 來 設 定 參 數 (6) 圖 形 描 繪 功 能 幫 使 用 者 預 先 條 列 出 所 有 使 用 者 常 常 需 要 看 的 圖 形, 可 直 接 點 選 看 圖 42

附 錄 OptiAmplifier 模 擬 軟 體 簡 介 1. 系 統 需 求 CPU:Pentium 處 理 器 或 更 高 硬 碟 空 間 : 至 少 20 MB 顯 示 卡 :1024 x 768, 最 少 256 色 記 憶 體 : 至 少 64 MB 作 業 系 統 :Microsoft Windows 98/Me 或 Windows NT 4.0/2000 ( 建 議 ) 2. 應 用 範 圍 A. 一 級 或 多 級 的 EDFA 設 計 B. 反 射 放 大 器 C. 分 頻 (Split-Band) 放 大 器 D. 雙 向 放 大 器 E. Gain-clamped 放 大 器 F. Raman 與 Raman/EDFA 混 合 放 大 器 G. 線 性 (Linear) 與 環 狀 (Ring) 的 光 纖 雷 射 H. 單 一 與 復 合 的 幫 浦 雷 射 43

3. OptiAmplifier 主 要 視 窗 介 紹 3.1 OptiAmplifier 3.0 介 面 圖 3.1 主 視 窗 圖 44

3.2 企 劃 視 窗 企 劃 視 窗 主 要 包 含 五 個 部 分 : 圖 3.2 企 劃 視 窗 圖 1. Layout Tab 2. Parameter Sweeps Tab 3. Views Tab 4. Results Tab 5. Report Tab 45

3.2.1 Layout Tab 顯 示 整 個 系 統 架 構 圖, 包 含 組 合 元 件 元 件 名 稱 與 連 結 樣 式 圖 3.2.1 Layout Tab 圖 46

3.2.2 Parameter Sweeps Tab 參 數 分 布 的 方 式 以 表 格 顯 示 欲 掃 描 元 件 參 數 掃 描 次 數 與 設 定 圖 3.2.2 Parameter Sweeps Tab 圖 47

3.2.3 Views Tab 視 圖 形 與 比 較 圖 形 可 供 使 用 者 自 行 設 定 所 要 顯 示 的 圖 形, 方 便 使 用 者 快 速 檢 圖 3.2.3 Views Tab 48

3.2.4 Results Tab 可 供 使 用 者 自 行 設 定 欲 顯 示 的 結 果, 並 以 表 格 列 出 的 方 式 把 結 果 顯 示 出 來 圖 3.2.4 Results Tab 圖 49

3.2.5 Report Tab 摘 要 顯 示 出 檔 案 設 計 的 版 本 重 複 掃 描 次 數 整 個 企 劃 所 有 的 元 件 以 及 整 個 企 劃 的 預 算 等 等 圖 3.2.5 Report Tab 圖 50

3.2.6 Project Browser 顯 示 企 劃 裡 的 所 有 元 件, 並 將 它 們 分 為 七 個 項 目 1. Layout Tab 2. Parameters Tab 3. Results Tab 4. Graphs Tab 5. Probes Tab 6. Views Tab 7. Optimizations Tab 圖 3.2.6 Project Browser 圖 51

3.2.6-1 Layout Tab 顯 示 所 有 企 劃 之 組 合 元 件, 在 version 上 點 選 右 鍵 可 供 使 用 者 更 改 企 劃 名 稱 增 加 企 劃 的 版 本 與 設 定 參 數 的 掃 描 次 數 3.2.6-2 Parameter Tab 可 於 元 件 上 進 一 步 點 選, 顯 示 出 元 件 的 參 數, 也 可 在 參 數 上 按 右 鍵 來 增 加 所 要 掃 描 的 參 數 3.2.6-3 Results Tab 使 用 者 點 選 元 件 時 會 顯 示 元 件 所 計 算 的 值, 亦 可 以 把 這 些 結 果 設 定 到 企 劃 視 窗 裡 的 Results Tab 3.2.6-4 Graphs Tab 顯 示 所 有 企 劃 之 組 合 元 件 相 關 圖 形, 當 使 用 者 點 選 元 件, 會 顯 示 元 件 各 參 數 的 圖 形, 亦 可 以 按 右 鍵 把 圖 形 增 加 至 企 劃 視 窗 裡 的 Views Tab 3.2.6-5 Probes Tab 顯 示 各 企 劃 之 探 針 及 量 測 端 點 的 位 置, 點 選 右 鍵 可 以 設 定 Probe 所 要 計 算 的 結 果 以 及 以 圖 表 方 式 顯 示 計 算 的 結 果 3.2.6-6 Views Tab 顯 示 使 用 者 所 增 加 到 View 裡 的 圖 形, 在 這 裡 也 可 設 定 四 個 圖 形 在 同 一 個 View 的 視 窗 裡 52

3.2.6-7 Optimizations Tab 使 用 者 可 設 定 所 要 優 化 的 參 數 以 及 所 要 優 化 的 條 件 如 圖 3.2.6-7(a) 所 示 圖 3.2.6-7(a) Optimizations Tab 圖 53

範 例 : 優 化 增 益 平 坦 濾 波 器 1. 選 擇 所 要 進 行 優 化 的 區 域, 並 根 據 路 徑 方 向 點 選 兩 個 Port, 如 圖 3.2.6-7(b) 所 示 圖 3.2.6-7(b) 增 益 平 坦 濾 波 器 點 選 二 個 Port 圖 54

2. 設 定 Lower & Upper 波 長 插 入 損 失 最 小 值, 以 及 其 他 優 化 的 條 件, 如 圖 3.2.6-7(c) 所 示 圖 3.2.6-7(c) 增 益 平 坦 濾 波 器 設 定 參 數 圖 3.2.7 狀 態 視 窗 圖 3.2.7 狀 態 視 窗 圖 顯 示 目 前 執 行 狀 態, 並 且 於 計 算 過 程 中, 以 百 分 比 顯 示 目 前 進 度 及 階 段 55

3.3 OptiAmplifier 工 具 列 介 紹 3.3.1 檔 案 工 具 列 圖 3.3.1 檔 案 工 具 列 圖 可 供 使 用 者 建 立 新 檔 案 開 啟 舊 檔 存 檔 列 印 執 行 剪 下 複 製 貼 上 與 復 原 等 操 作 3.3.2 元 件 工 具 列 圖 3.3.2 元 件 工 具 列 圖 點 選 圖 3.3.2 所 圈 之 圖 示 即 可 進 入 元 件 庫, 裡 面 可 進 一 步 挑 選 系 統 內 定 元 件 以 及 使 用 者 自 訂 的 元 件 56

3.3.3 使 用 者 自 訂 元 件 圖 3.3.3 使 用 者 自 訂 元 件 圖 點 選 上 列 所 圈 之 圖 示 即 可 建 立 一 個 使 用 者 自 訂 的 元 件, 並 可 以 利 用 Java 或 VB 來 撰 寫 元 件 的 特 性 3.3.4 Matlab 元 件 圖 3.3.4 Matlab 元 件 圖 點 選 上 列 所 圈 之 圖 示 即 可 建 立 一 個 Matlab 元 件, 並 可 利 用 Matlab 定 義 元 件 的 特 性 57

3.3.5 計 算 工 具 列 計 算 目 前 企 劃 版 本 的 iteration 計 算 目 前 企 劃 版 本 上 所 有 的 iteration 計 算 這 個 企 劃 所 有 版 本 的 所 有 iteration 圖 3.3.5 計 算 工 具 列 圖 3.3.6 系 統 工 具 工 具 列 圖 形 建 立 器 濾 波 器 設 計 器 圖 3.3.6 系 統 工 具 工 具 列 圖 這 個 工 具 列 提 供 進 階 的 操 作, 可 以 建 立 所 要 的 圖 表 及 任 何 濾 波 器 型 式 58

3.3.6-1 建 立 圖 表 功 能 可 自 行 定 義 x 軸 與 y 軸, 方 便 使 用 者 建 立 圖 表, 並 新 增 到 Graph 裡 圖 3.3.6-1 建 立 圖 表 功 能 圖 59

3.3.6-2 新 增 圖 表 Source 可 新 增 圖 表 的 參 數, 如 Gain OSNR Total Power 等 等 圖 3.3.6-2 新 增 圖 表 Source 圖 60

3.3.6-3 Quick View 可 用 來 快 速 檢 視 圖 形 圖 3.3.6-3 快 速 檢 視 圖 形 圖 61

3.3.6-4 曲 線 追 蹤 可 追 蹤 曲 線 上 各 點 的 數 值, 亦 可 把 各 點 數 值 以 文 字 檔 方 式 儲 存 下 來 圖 3.3.6-4 曲 線 追 蹤 圖 62

3.4 OptiAmplifier 系 統 元 件 介 紹 3.4.1 主 動 元 件 這 裡 提 供 系 統 的 標 準 主 動 元 件 包 括 : 1. Single Signal Laser 2. Multiple Signal Laser 3. Pump Laser 4. Multiple Pump Laser 5. White Light Source 6. Receiver 圖 3.4.1 主 動 元 件 圖 3.4.2-1 被 動 元 件 (a) 這 裡 提 供 系 統 的 標 準 被 動 元 件 包 括 : 1. Isolator 2. Reflective Filter 3. Transmission Filter 圖 3.4.2-1 被 動 元 件 圖 (a) 63

4. 3 Port Filter 5. Variable Reflector 6. Variable Attenuator 7. Fiber Link 8. Multi Path Interference (MPI) Converter 3.4.2-2 被 動 元 件 (b) 圖 3.4.2-2 被 動 元 件 圖 (b) 這 裡 提 供 系 統 的 標 準 被 動 元 件 包 括 : 1. Pump Coupler 2. 2 2 Coupler 3. Tap 4. 2 2 Switch 5. 1 N Switch 6. 1 4 Splitter 7. MUX/DEMUX 8. Circulator 9. Polarization Combiner 64

3.4.3 光 纖 放 大 器 圖 3.4.3 光 纖 元 件 圖 這 裡 提 供 系 統 的 標 準 光 纖 元 件 包 括 : 1. Erbium Doped Fiber 2. Erbium Ytterbium Codoped Fiber 3. Erbium Doped Fiber Average Inversion Model 4. Raman Amplifier 5. EDF Black Box 3.5 OptiAmplifier 佈 局 工 具 列 圖 3.5 佈 局 工 具 列 圖 佈 局 工 具 列 可 利 用 來 置 入 元 件 移 動 元 件 建 立 連 線 放 大 OSA 工 具 以 及 Probe 工 具 65

3.6 OptiAmplifier 連 接 工 具 列 Ideal Link : 無 損 耗 的 理 想 連 接 方 式 Connector Link : 具 有 反 射 與 穿 透 損 耗 的 連 接 器 接 合 方 式 Splice Link : 只 有 穿 透 損 耗 的 連 接 器 接 合 方 式 Disconnect Link : 分 離 所 有 已 連 接 的 連 接 方 式 3.7 OptiAmplifier 其 他 Layout 工 具 3.7.1 游 標 移 動 和 處 理 所 有 在 配 置 圖 上 的 選 項 3.7.2 置 入 元 件 可 將 物 件 置 入 元 件 用 3.7.3 放 大 器 適 當 放 大 與 縮 小 配 置 圖 3.7.4 光 譜 分 析 儀 可 觀 看 佈 局 中 每 一 點 光 譜 圖 66

3.7.4-1 OSA 功 能 介 紹 : 可 簡 單 的 利 用 滑 鼠 的 點 選, 來 查 看 企 劃 上 任 一 點 的 光 譜 圖 圖 3.7.4-1 光 譜 圖 67

3.7.4-2 OSA 座 標 軸 設 定 可 變 更 座 標 軸 範 圍 間 隔 單 位 及 各 座 標 的 名 稱 圖 3.7.4-2 OSA 座 標 軸 設 定 圖 68

3.7.4-3 OSA 曲 線 特 性 設 定 可 設 定 曲 線 顏 色 型 式 線 寬 圖 3.7.4-3 OSA 曲 線 特 性 設 定 圖 69

3.7.5 Probe 功 能 Probe 可 連 接 系 統 中 任 意 兩 個 Port, 查 看 這 兩 個 Port 計 算 後 的 資 訊 3.7.5-1 選 擇 分 析 數 據 選 擇 單 位 及 所 要 分 析 的 數 據 圖 3.7.5 Probe 功 能 圖 圖 3.7.5-1 選 擇 分 析 數 據 圖 70

3.7.5-2 Probe Analysis Table 可 將 兩 Port 間 的 資 訊 以 表 格 方 式 顯 示 出 來 圖 3.7.5-2 Probe Analysis Table 圖 71

3.8 OptiAmplifier 自 訂 工 具 列 可 依 使 用 者 的 習 慣 自 訂 工 具 列 圖 3.8 自 訂 工 具 列 圖 72

參 考 文 獻 (1) 賴 富 順, 摻 鉺 光 纖 放 大 器 ASE 雜 訊 與 失 真 分 析, 博 士 論 文, 國 立 台 灣 科 技 大 學, 民 國 八 十 八 年 (2) 周 肇 基, 摻 鉺 光 纖 放 大 器 之 調 制 響 應 分 析, 碩 士 論 文, 國 立 台 灣 科 技 大 學, 民 國 八 十 四 年 (3) 蕭 建 梅, 光 偵 測 器 與 WDM 系 統 之 計 算 機 輔 助 分 析, 碩 士 論 文, 國 立 台 灣 科 技 大 學, 民 國 九 十 年 (4) 王 崗 嶸, 光 塞 取 多 工 器 (OADM) 的 發 展 趨 勢, 光 電 協 進 會 產 業 分 析 師, 新 通 訊 元 件 雜 誌,2001 年 10 月 號 第 8 期 (5) JOSEPH C.PALAIS,FIBER OPTIC COMMUNICATIONS, 東 華 書 局, pp.215-219 (2000) 73