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研究生:王世宏
研究生(外文):Shih-Hung Wang
論文名稱:2.5G/bs直調式無鍍抗反射模光纖光柵外部共振腔雷射之構裝
論文名稱(外文):Packaging of 2.5 Gb/s Directly-Modulated Non-AR Coated Fiber Grating External Cavity Laser
指導教授:鄭木海
指導教授(外文):Wood-Hi Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:光電工程研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:光纖光柵構裝外部共振腔
外文關鍵詞:packageextenal cavityfiber grating
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本論文係有關無鍍抗反射膜外部共振腔雷射模組構裝之研究,所研發雷射模組具低成本潛力,可應用於都會光纖網路及光接取網路中。
雷射模組構裝主要元件為FP雷射、光纖光柵透鏡、檢光器、銅質基座與致冷器。首先利用晶粒黏著機將雷射晶粒、檢光器固定於設計之銅質基座上,接著用加熱平台加熱模組外殼下方,使致冷器銲接在模組外殼上,且將銅質基座銲妥固定於致冷器上方,然後使用353ND膠將熱敏電阻放置銅質基座上。在研製高耦光效率光纖光柵透鏡之引線係利用鑷子夾住光纖透鏡及光學座進行耦光與構裝,以電極加熱器施熱於銅質基座使被熔化之銦線絲與光纖混合,再調整光纖透鏡使達到最大耦光效率之光纖引線。
所研發無鍍抗反射膜外部共振腔雷射模組構裝後,其功率輸出可達到2mW以上,光譜旁模壓抑比(SMSR)可達38dB。模組在2.5Gb/s之動態特性之研究,係量測其眼圖(Eye pattern),誤碼率(BER),並分析信號電流及雷射之阻抗匹配,以及色散對光通信系統之限制,使研製雷射模組能符合ITU-T G.957之規範。
This study proposes a low cost potentiall with non-AR coated fiber grating external cavity laser (FGECL) module to apply the metro/access network.
The components inside the module include uncoated FP (Fiber-Perot) laser chip, PIN detector, substrate, and cooler. The processes of package are following: (1) to utilize the die-bonder to fix the FP laser and the PIN detector on the substrate, (2) to utilize the heating apparatus to make the cooler fixed on the butterfly housing and the substrate fixed on the cooler, (3) to utilize the 353ND paste to make the thermistor fixed on the substrate, and (4) to utilize the electrothermal heating machine to melt indium wire and then adjust the fiber lens provided with higher coupling efficiency of fiber pigtail by tweezer to couple light into the fiber inside the butterfly housing.
This study achieves a FGECL module with the output power of larger than 2mW and the side-mode suppression ratio (SMSR) of more than 38dB. Finally, we measure eye diagram and bit-error-rate at 2.5Gb/s of the FGECL module to analyze the impedance matching of laser diode, current signal and the limit of the dispersion to the optical communication system. The performance of the FGECL module can meet the ITU-T G.957 standard.
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
致謝 Ⅲ
內容目錄 Ⅳ
圖表目錄 Ⅶ
第一章 緒論 1
1-1. 研究背景 1
1-2. 研究目的 3
第二章 光纖光柵透鏡的製作 7
2-1. 光纖光柵之理論 7
2-2.1光纖光柵的製作 8
2-2.2光纖光柵特性參數之量測 8
2-3. 光纖透鏡的製作與量測 9
2-3.1光纖透鏡的製作 9
2-3.2耦光效率之量測 10
2-3.3耦光效率量測結果 12
2-4. 鍍金光纖的製作 13
2-4.1材料與儀器的準備 13
2-4.2濺鍍儀器 14
2-4.3濺鍍過程 15
2-4.4清洗過程 16
第三章 蝶式模組的構裝 27
3-1. 蝶式構裝 27
3-2. 蝶式構裝的架構設計與流程 28
3-2.1基座的設計 28
3-2.2 蝶式構裝流程 28
3-3. 元件與銲錫及助銲劑之功能和性質分析 31
3-4. 蝶式構裝裝置的介紹 33
3-5. 光纖固定的過程 34
第四章 光纖光柵外部共振腔雷射之理論與量測結果 44
4-1. 外部共振腔雷射原理簡介 44
4-2. 外部共振腔雷射構裝結果 45
4-2.1 FP雷射之光譜 45
4-2.2構裝後光纖光柵外部共振腔雷射之功率-電流分析 45
4-2.3 量測結果 46
4-3. 外部共振腔雷射之動態特性量測 46
4-3.1 眼圖量測實驗架構與結果 48
4-3.2 誤碼率量測實驗架構與結果 49
4-4. 分析與討論 50
第五章 結論與未來工作 64
5-1. 結論 64
5-2. 未來工作 64
參考文獻 66

圖表目錄
表1.1目前三種固定光纖的主要方式比較表 6
表2.1 熱敏電阻溫度與相對應的電阻值 16
表3.1銲錫特性表 40
表3.2助銲劑特性表 41
圖1.1目前三種主流構裝方式 5
圖1.2通信用半導體雷射模組設計示意圖 6
圖2.1光纖光柵製作示意圖 17
圖2.2光纖光柵的反射與透射圖示 17
圖2.3.1光纖光柵穿透頻譜特性量測視意圖 15
圖2.3.2光先光柵反射頻譜特性量測視意圖 17
圖2.4退火前光柵反射頻譜 19
圖2.5退火前光柵穿透頻譜 19
圖2.6退火後光柵反射頻譜 20
圖2.7退火後光柵穿透頻譜 20
圖2.8錐形光纖透鏡的製作流程 21
圖2.9蝕刻單模光纖實驗設備 22
圖2.10蝕刻時間與光纖錐角成型圖 22
圖2.11未到達蝕刻成型時間圖示 23
圖2.12超過蝕刻成型時間圖示 23
圖2.13光纖光柵透鏡製作完成圖 24
圖2.14光纖透鏡耦光效率量測設備 24
圖2.15濺鍍系統配置圖 25
圖2.16鍍金光纖示意圖 25
圖2.17鍍金光纖成品照片 26
圖3.1Butterfly外殼接腳示意圖 36
圖3.2銅質基座設計圖 36
圖3.3die-bond機圖示 37
圖3.4wire-bond機圖示 37
圖3.5構裝前置步驟完成圖 38
圖3.6構裝完成圖示 38
圖3.7銅質基座用來固定LD、PD及熱敏電阻 39
圖3.8銲錫與被銲表面形成各種接觸角的情況 39
圖3.9加熱平台照片 41
圖3.10鑷子 42
圖3.11電極加熱裝置 42
圖3.12構裝裝置示意圖 43
圖3.13電極加熱之電流與時間關係圖 43
圖4.1 FP雷射頻譜圖 52
圖4.2構裝後FGL之L-I曲線 52
圖4.3外部共振腔結構示意圖 53
圖4.4構裝後FGL之單縱模頻譜圖 53
圖4.5 NRZ眼圖 54
圖4.6訊號波形與雜訊機率分布 54
圖4.7微帶線之示意圖 55
圖4.8阻抗匹配眼圖量測之圖示 55
圖4.9 Pulse pattern generator 圖示 56
圖4.10 Sampling scope圖示 56
圖4.11阻抗Zin>Zl時之眼圖 57
圖4.12阻抗Zin<Zl時之眼圖 57
圖4.13阻抗匹配Zin=Zl時之眼圖 58
圖4.14 PRBS 223-1,STM-16,G.652 SMF 2.6Km之眼圖 58
圖4.15 PRBS 223-1,STM-16,G.652 SMF 5Km之眼圖 59
圖4.16 PRBS 223-1,STM-16,G.655 SMF 17Km之眼圖 59
圖4.17 PRBS 223-1,STM-16,G.655 SMF 17Km FP laser之眼圖 60
圖4.18 BER量測圖示 60
圖4.19Error detector圖示 61
圖4.20 Back-to-Back與2.6Km、5Km G.652 Corning SMF-28之BER圖示 61
圖4.21 Back-to-Back與17Km G.655 NZDSF光纖之BER圖示 62
圖4.22 G652單模光纖加PRBS為29-1及223-1時之傳輸特性 62
圖4.23 NZDSF 單模光纖25Km,加1480nm EDFA 980nmEDFA,以
PRBS223-1,STM-16(2.488Gb/s)測得之傳輸特性 63
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