在現行的光纖網路裡，光放大器在光纖網路中扮演一個不可或缺的角色。常見的光放大器有摻鉺光纖放大器及半導體光放大器。其中，摻鉺光纖放大器具有高放大增益、高輸出光功率、低雜訊指數、增益不受極化方向影響等特性，適用於各種傳輸速率及各種信號格式，是現階段光放大器的主流。在一般情況下，摻鉺光纖放大器為單一方向放大，可避免反射光訊號造成干擾，故架設在光網路時只允許操作在單一方向傳輸。當傳輸方向需要改變時，則以手動方式重新設置摻鉺光纖光放大器的放大方向。
　　本論文提出一種新光路徑控制單元，其組件包括兩顆2x2光開關、一顆光循環器與一顆光隔離器，以提供智慧型光放大器的設計。它可以突破一般光放大器單一向傳輸的限制，提供光放大方向可逆的功能，以及可以提供光時域反射儀的返回路徑。智慧型光放大器之光放大訊號品質及其功能性也已完成詳細驗證。此外也提出光路徑控制單元之電子控制電路的設計方法，讓智慧型光放大器可自動判斷與切換所需的狀態，達成真正智能功能的要求。

Optical amplifiers have played an indispensable role in optical networks. Common optical amplifiers contain erbium-doped fiber amplifier (EDFA) and semiconductor optical amplifier. Among others, EDFA has the features of high amplification gain, high output optical power, low noise figure and polarization-insensitive gain, suitable for a variety of data rates and various signal formats. It is at this stage of the mainstream of optical amplifiers. In general, EDFAs are designed for single directional amplification, which can avoid the interference due to reflected optical signals, so they are only allowed at a single direction in optical networks. When the transmission direction changed, EDFA needs manually to adjust its amplifying direction.

This thesis proposes a new optical path control unit that includes two 2x2 optical switches, an optical circulator and an optical isolator, to provide the design of a smart optical amplifier. It can break the limitation of a fixed way transmission for general EDFA, offering the function of reversible amplifying direction. Moreover, it can provide the return path for optical time-domain reflectometer. For the smart optical amplifier, the quality of amplified optical signals and its functionality have also been carefully proven. Furthermore, the design of electronic control circuits for the proposed optical path unit can make the smart optical amplifier automatically determine and switch the required state, achieving the requirement of a truly intelligent function.

目錄
第一章　簡介	1
1.1前言	1
1.2研究動機	3
1.3論文架構	7
第二章　光路徑控制單元之元件介紹	8
2.1光開關簡介	8
2.2光循環器簡介	10
2.3光隔離器簡介	12
2.4 摻鉺光纖放大器簡介	14
2.4.1增益平坦摻鉺光纖放大器	18
第三章　智慧型光放大器	19
3.1 先前技術	20
3.1.1具有返回路徑之單向光放大器I[13]	20
3.1.2具有返回路徑之單向光放大器II[3]	21
3.1.3基於可逆式光隔離器之可逆式光放大器 [14]	22
3.1.4基於可逆式光循環器之可逆式光放大器[15]	23
3.1.5 基於單顆2x2光開關之可逆式光放大器	24
3.2智慧型放大器之光路徑控制單元設計	26
3.2.1 2x2光開關狀態	26
3.2.2光路徑控制單元架構與狀態	26
3.2.3光路徑控制單元之原理	28
第四章　特性量測與資料傳輸實驗	31
4.1插入損耗	32
4.2返回路徑開關功能測試	33
4.3光頻譜分析	36
4.4在不同波長下輸入光功率對輸出光功率影響	39
4.5極化相關參數量測(此頁之後的圖及表編號自行調整)	43
4.6資料傳輸實驗	46
4.6.1 單向30公里傳輸實驗	46
4.6.2雙向30公里資料傳輸	50
第五章　結論	55
5.1成果與討論	55
5.2未來研究方向	56
參考文獻	57
圖目錄
圖1. 1文獻[1]的系統架構圖。	3
圖1.2修正型EDFA及OTDR的偵測配置。	3
圖1.3文獻[3] 的系統架構圖。	4
圖1.4保護機制 (a)1+1保護 ( b)1:1保護 ( c)1:N保護。	5
圖1.5雙向傳輸之 1:1保護機制。	6
圖2.1光循環器用於雙向傳輸系統[7]。	10
圖2.2 3-Port與4-Port光循環器之光路徑示意圖。	11
圖2.3 全通式與非全通式的4-Port光循環器。	11
圖2.4光隔離器功能示意圖[8]。	12
圖2.5法拉第旋轉隔離器的內部與原理[7]。	13
圖2.6摻鉺離子的能階圖[9]。	15
圖2.7一般摻鉺光纖放大器之結構。	16
圖2.8利用n個TFBG做增益平坦器之示意圖。	18
圖3.1智慧型光放大器配合自動控制電路的示意圖	20
圖3.2具有返回路徑之單向光放大器I架構圖[13]。	21
圖3.3具有返回路徑之單向光放大器II架構圖[3]。	22
圖3.4基於可逆式光隔離器之可逆式光放大器架構圖[14]。	22
圖3.5可逆式光放大器之架構圖(a) 可逆式光放大器(b)增益元件[15]。	23
圖3.6上下行光在不同狀態下之路徑圖[15]。	24
圖3.7基於單顆2x2光開關之可逆式光放大器之架構圖。	25
圖3.8基於單顆2x2光開關之可逆式光放大器。	25
圖3.9常見2×2光開關切換狀態。	26
圖3.10光路徑控制單元架構圖。	27
圖3.11光路徑控制單元狀態示意圖。	27
圖3.12光路徑控制單元四狀態原理圖。	28
圖4.10狀態一和狀態二之輸入光功率對應輸出光功率。	41
圖4.11狀態三和狀態四之輸入光功率對應輸出光功率。	42
圖4.13極化相關參數量測架構圖。	43
圖4.14極化相關損耗對波長關係圖。	44
圖4.15APC與PC跳接線的極化相關損耗與波長關係。	46
圖4.16誤碼率量測：30公里單向傳輸架構圖。	48
圖4.17雷射光源頻譜圖。	49
圖4.18光訊號經過20公里後的光眼圖。	49
圖4.19單向傳輸架構之誤碼率量測結果。	50
圖4.20誤碼率量測：30公里雙向傳輸架構圖。	51
圖4.21雷射光源的光頻譜。	53
圖4.22光訊號經過20公里後的光眼圖。	53
圖4.23各架構下行光的誤碼率曲線。	54
表目錄
表2.1摻鉺光纖放大器之泵激組態	16
表4.1EDFA規格表	31
表4.2光控單元內各元件的重要參數(dB)	32
表4.3光路徑控制單元四種狀態的插入損耗(dB)	33
表4.4光路徑控制單元四種狀態的極化相關參數	44
表4.5光路徑控制單元內所使用光元件的極化參數規格表	45

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