什麼是單模光纖

只傳導一個傳播模態的光纖,核心直徑約 9 µm。由於沒有因模態傳播速度不同而造成的脈衝展寬(模態色散),因此用於長距離與高速通訊。

日文名稱: シングルモードファイバ

「單模光纖」出現在1領域的7道練習題中(矽光子等)。

這個名詞所屬的領域: 矽光子

練習單模光纖的題目

以矽光電路接收來自標準單模光纖的光時,偏振成為問題的理由,下列何者正確?

  1. A因為光纖中偏振方向不固定,而矽波導中的傳播方式會因偏振而有很大差異
  2. B因為光通過光纖後就不再具有偏振,無法在矽波導中傳播
  3. C因為矽波導不論偏振都能同樣地傳光,但光偵測器只能偵測其中一種偏振
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正確答案:A. 因為光纖中偏振方向不固定,而矽波導中的傳播方式會因偏振而有很大差異

標準單模光纖不保持偏振,因此光纖的彎曲或溫度變化會改變到達接收端的光的偏振方向。另一方面,在寬約0.5 µm、厚約0.22 µm這類扁平的矽波導中,橫向振動的偏振(TE)與縱向振動的偏振(TM)的有效折射率與損耗差異很大,光柵耦合器與微環共振器的特性也會隨偏振改變。因此會採用將偏振分成2個並旋轉其中一個的元件,或可處理兩種偏振的二維光柵耦合器等方法。

將單模光纖固定到矽光晶片時,常採用實際通入雷射光、一邊量測輸出一邊對準位置的主動對準,理由為何?

  1. A因為光纖核心直徑達50 µm以上,很粗,若以目視外形對準,光太強會損壞光偵測器
  2. B因為一邊通光一邊固定,光纖與晶片的折射率會一致,即使位置偏移也不會產生損耗
  3. C因為模態小,即使數 µm以下的位置偏移也會使損耗大增,必須以實測找出最佳位置
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正確答案:C. 因為模態小,即使數 µm以下的位置偏移也會使損耗大增,必須以實測找出最佳位置

單模光纖的模態直徑約為10 µm,即使模態大小相同,橫向偏移約2.5 µm時損耗也會增加約1 dB。在晶片側模態更小的耦合部,容許的位置偏移為次微米級。僅看外形對準(被動對準)往往精度不足,因此通光尋找接收功率最大的位置,再以紫外線固化樹脂等固定。不過逐條進行耗時,是製造成本的主要因素,因此只需嵌入V形槽等即可對準的被動對準方式,其研究與實用化也在推進中。

解析中的「單模光纖」

出現「單模光纖」的題目(7題)

  1. 以矽光電路接收來自標準單模光纖的光時,偏振成為問題的理由,下列何者正確?
  2. 將單模光纖固定到矽光晶片時,常採用實際通入雷射光、一邊量測輸出一邊對準位置的主動對準,理由為何?
  3. 在長距離光纖通訊中,波長1.55 µm附近(C頻段)被廣泛使用的主要理由為何?
  4. 在資料中心內距離較短的光連接中,常使用波長1.31 µm附近(O頻段)的理由,下列何者正確?
  5. 在邊緣耦合器中,使用朝晶片邊緣逐漸縮窄矽波導寬度的反向錐形結構,理由為何?
  6. 光收發器中,在4條光纖各以1個波長傳送訊號的平行方式,與將4個波長匯集到1條光纖的CWDM方式,兩者的比較下列何者正確?
  7. 在跨機架等數 m以上的高速連接中,光纖比銅纜線或基板配線有利的主要理由為何?

相關名詞

波導 折射率 光柵耦合器 邊緣耦合器 多工器 集膚效應 等化器(Signal equalizer) 重定時器(Retimer) 色度色散 矽光子

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