1. 提升寬頻通訊基礎教育計畫 分項計畫三：高速光纖通信 執 行 成 果 簡 報
提升寬頻通訊基礎教育計畫 分項計畫三：高速光纖通信 執 行 成 果 簡 報
分項計畫主持人：李三良
參與教授:廖顯奎、劉政光、黃忠偉、張嘉男
臺灣科技大學電子工程系

2. 計畫目標 提昇實習課程的內容與教學水準； 訓練學生光纖網路系統的能力，培養光電科技人才；
整合本系相關師資和設備，發揮集體力量，並增加設備的使用效益；
尋求與產業界的合作，以促進相關產業發展。
2004/6/16
分項計畫三

3. 計畫領域 單模長波長及全波長光纖通信 高容量數位傳輸技術 光纖通信元件技術 DWDM光纖網路系統 光放大及光收發等技術 2004/6/16
分項計畫三

4. 參與師資 劉政光 教授 美國紐約市立大學物理博士 高等光纖傳輸實習軟体模擬、光纖網頁課程資訊 張嘉男 國立台灣大學電機博士
光纖感測實習、纖維光學導論
黃忠偉
副教授
美國普渡大學電機博士
光電應用、光電應用實習及網站設計
李三良
美國加州大學電機博士
協調分項計畫之進行、光通訊導論、光纖傳輸實務與實習。
廖顯奎
國立交通大學光電博士
分波多工光通訊元件製作與應用、光纖感測實習
2004/6/16
分項計畫三

5. 光電實驗室兩間，現支援大學部「纖維感測實習」、「光電應用實習」、及「實務專題」等課程
學校現有的基礎及績效
光電實驗室兩間，現支援大學部「纖維感測實習」、「光電應用實習」、及「實務專題」等課程
光纖網路實驗室，現支援研究所「光纖傳輸實務與實習」及「實務專題」等課程
開授有光纖課程，包括：
大學部：纖維光學導論、光通訊導論、光電應用
研究所：光纖通訊、光纖原理與應用、高速光學網路設計
2004/6/16
分項計畫三

6. 光纖通訊相關課程流程
2004/6/16
分項計畫三

7. 經費來源 設備費：35萬元 經常費：3萬元 (單位：仟元) 學年度 校方配合經費 教育部補助經費 總計 經常門 資本門 小計 90 20
900
920 10
210
220
1140 91 92
320
330
350 93
440
450
470 80
1800
1880 40
1180
1220
3100
(單位：仟元)
2004/6/16
分項計畫三

8. 預期成效 編輯兼具啟發性與時效性的光纖通訊系統教學課程內容，包括基礎學理課程、實習課程及專題電腦模擬課程。
每年約有修習新課程之大學部學生100人外，另可培育具光纖通訊系統實務之大學部專題學生約30人及碩士、博士研究生約20人投入業界。
充實光纖通訊基礎教學實驗室，與國內研發單位資源共享，提供廠商技術服務，提昇建教合作成效。
加強光纖通訊網站教學資訊，建立網路互動式相關教學課程，以普及光纖通訊教育。
加強學術界與產業界的互動，進而將本校實務專題必修課程與產業界結合，以加強學生的實務經驗。
辦理技職校院教師的光纖通訊在職進修，培育職校種子教師。
2004/6/16
分項計畫三

9. 執行成果
本年度計畫在延續並加強落實上年度之目標，建立整合性的光纖通訊以及光電相關應用原理之基礎教學課程，以加速培育光通訊人才。本年度主要工作為修訂下列課程部分之教材內容，已經順利完成教材編撰工作，部分已於課程中使用。
光纖光學實習
纖維光學導論
光纖傳輸實務與實習
完成實習設備採購
2004/6/16
分項計畫三

10. 成果一：設備採購
帶通濾波器
光交換開關
共35萬元
2004/6/16
分項計畫三

11. 成果(二):更新『光纖光學實習』實驗單元
電子系大四必選課程, 共12單元
執行教授：廖顯奎
更新4個實驗單元
實驗四 光纖耦合器與光纖分歧器
實驗九 光隔離器與光循環器
實驗十一光纖感測器--溫度與濕度測試
實驗十二光纖感測器--拉力與電場測試
2004/6/16
分項計畫三

12. 實驗四 光纖耦合器與光纖分歧器 目的：量測光纖耦合器與分歧器器特性。
實驗四 光纖耦合器與光纖分歧器
目的：量測光纖耦合器與分歧器器特性。
光纖耦合器(Optical Fiber Coupler)：利用模態耦合原理製成之元件，可將光信號耦合至另一路傳播路徑的光纖內。我們探討兩個議題:
光纖分歧器 (Optical Fiber Splitter)：光纖分歧器與光纖耦合器工作原作原理亦同，我們實驗探討光纖分歧器之插入損耗 (insertion loss)效應與分光率定義
指向性(directivity)= 10log (P1/P3)
超量損失(excess loss)=10log[(P4+P2)/P1]
分光率(splitting ratio)=10log(out1/In)
雷射或
ASE
光功率計 P P 1 4
耦合器 P P 3 2
問題與討論：
1 試解釋何謂光的指向性（Directivity）？
2 如何設計光纖耦合器之耦合比率（coupling ratio）？
2004/6/16
分項計畫三

13. 目的：了解光隔離器與光循環器特性與應用。
實驗九 光纖耦合器與光纖分歧器
目的：了解光隔離器與光循環器特性與應用。
光隔離器(Optical Isolator)：利用法拉第旋轉(Faraday rotation)效應製成之光纖元件，可以降低光纖系統或元件之反射，提高系統品質，或降低光放大器之雜訊指數 。本實驗探討光隔離器的插入損耗(Insertion loss)以及光隔離度(Isolation)
光循環器 (Optical Circulator)：光循環器為一個3埠的架構，光傳導路徑在埠1輸入將在埠2輸出，在埠2輸入將在埠3輸出。這樣形成單向循環性的傳遞作用稱之為光循環器。本實驗探討雷利背向反射及插入損耗 (insertion loss)效應 1 2
Tunable laser Pi Pt 3
Pt’
Pi’
光功率計
插入損耗 = -10 log (Pt/Pi) dB
光隔離度 = 10 log (Pt’/Pi’)
法拉第效應 θ= VBL
插入損耗 = -10 log (Pt/Pi) dB
背向反射10 log (P3/P1) ~ -40 dB
問題與討論：
1.比較光隔離器順接與逆接時的差異?
2. 如何利用多個3 port光循環器，設計成4 port光循環器?
2004/6/16
分項計畫三

14. 實驗十一 光纖感測器--溫度與濕度測試 目的：了解溫度和溼度對光柵的影響以及如何量測其變化
實驗十一 光纖感測器--溫度與濕度測試
目的：了解溫度和溼度對光柵的影響以及如何量測其變化
布拉格光纖光柵(Fiber Bragg Grating):光柵是一個光纖纖核(core)折射率週期性變化的光學元件，本實驗將會介紹光纖光柵的基本原理以及應用於感測器的優勢。
溫度影響(Temperature influence)：由於光纖光柵是一個正溫度係數的物品，光柵上的週期會隨著溫度變化而改變，本實驗將會探討溫度變化時，對光纖光柵中心波長的影響。
:布拉格光纖光柵的反射波長
:光纖光柵上的週期
:光纖的有效折射率
:熱膨脹係數
:光彈力係數
:楊式係數
光纖光柵 烤箱
問題與討論： 
1. 討論是否有其他利用光纖量測溫度的方法
2. 探討光纖感測元件是否有其他應用?
3.光纖光柵對溼度的變化似乎沒有什麼影響
是否有其他的方法來測量溼度? 1 2
EDFA 3
3dB coupler
OSA
2004/6/16
分項計畫三

15. 實驗十二 光纖感測器--拉力與電場測試 目的：利用光纖感測技術檢測拉力與電磁場
實驗十二 光纖感測器--拉力與電場測試
目的：利用光纖感測技術檢測拉力與電磁場
光纖光柵感測器之優點: 於同一條線路同時量測數點的應變，是為WDM光纖感測，光纖之優點為徑細質輕、體積小、柔軟性高、傳輸損失低、傳輸頻帶寬、介電係數低、靈敏度高、可撓性高、抗蝕性佳、耐高溫及輻射…等。此外，光纖感測器易於埋入結構體，並有以波長作為編碼的優點。
實驗方法: 利用外加的拉力去改變光纖光柵的週期，藉由波長的漂移，達到感測的目的
原理:決定光纖光柵反射波長因素之一是光纖光柵上的週期性結構，在週期性結構中，每個週期相隔的距離相當小，如果外在環境的應力、都足以讓光纖光柵中的週期性結構發生改變，而使光纖光柵的反射波長漂移，即可以偵測反射波長的方式來精密的判定環境中欲偵測的物理量的變化程度。
問題與討論
1.舉例說明三個可以應用光纖拉力感測器來作感
測的例子。
2.有關電磁光纖感測器所需要的電磁材料，需要
之特性
實驗架構圖
2004/6/16
分項計畫三

16. 全新編訂教材內容，以符合快速發展中的光纖通訊技術趨勢
成果(三):光學纖維導論教材編寫
全新編訂教材內容，以符合快速發展中的光纖通訊技術趨勢
Introduction
Optics and lightwave fundamentals
Fiber characteristics
Optical sources and transmitters
Photodetectors and receivers
Optical amplifiers
Passive fiber components
2004/6/16
分項計畫三

17. Chapter 6 Optical couplers Wavelength Selective and Routing Devices
Optical splitter
Optical combiner
Star coupler
Wavelength Selective and Routing Devices
Optical filters
Wavelength Mux/Demux
Optical add/drop (OADM)
Wavelength router
Other Passive Devices
Optical isolators
Optical circulators
Optical Switches
2004/6/16
分項計畫三

18. Optical Isolators For reduce or eliminate back reflection Forward
Backward
2004/6/16
分項計畫三

19. 成果(四):光纖傳輸實務與實習教材
增加兩項實習教材
PON傳輸系統的規劃與量測
可調光濾波器的控制與應用
2004/6/16
分項計畫三

20. PON傳輸系統的規劃與量測 目的： 了解PON(Passive Optical Network)的原理與功能。
增進學生對於光纖傳輸系統的規劃能力。
2004/6/16
分項計畫三

21. 實驗 光學濾波器的設計與量測
本實驗所用濾波器為JDS Uniphase VCF光濾波器，利用步進馬達轉動步數，進而調動波長位置，其馬達轉動步數由表(一)邏輯所控制，每八個狀態波長調動0.8nm，根據下表，設計一簡單電路控制該濾波器，並說明該電路的原理。
λdecrease
λincrease
2004/6/16
分項計畫三

22. 設備使用效率 光纖感測實習：42人選修 光電應用： 54人選修 光纖傳輸實務與實習： 下學期 實習使用：> 8小時/週
實務專題使用：約 12小時/週
研究專題：> 12小時/週
2004/6/16
分項計畫三