臺灣博碩士論文加值系統

隨著資訊的日益膨脹，網路及通訊的系統設備也逐漸提昇，而光纖到府（FTTH）的理念，也漸漸被落實。在光纖寬頻通訊的網路機制裡，除了光纖線路外，尚有被動元件、主動元件等。其中，被動元件的角色主要是彈性應用元件，使得光纖接續方式更多元化，而主動元件則是光電訊號轉換或訊號放大的元件，隨著網絡光纖化的比例提高，使得光收發元件的應用日益興起，其中主動元件的發展，更是光通訊系統普遍化的重要指標。
然而光主動元件多為光電訊號轉換的元件。在構裝對位及連結上有較高困難度及技術需要克服，也因此造成構裝設備價格的居高不下，而構裝的主要目的是將光訊號耦合至光纖或光電接收器，換言之，構裝對位系統的良劣，就關係著製程產品的好壞。
本論文主要是依循工程設計中品質機能展開（QFD）方式，且經由概念產生及概念評估的設計法則，來構建我們需求的光通訊元件對位系統，並以維持設備精度及降低設備購置的成本為訴求，之後，透過Blind Search的搜尋法則進行搜尋測試，以搜尋光功率損耗最小的耦合位置。

Due to the information requirement day by day, the fiber-to-the-home（FTTH） concept is carried out gradually in the present. In the optical fiber communication network, passive and active components are essential. Among them, passive components are used for connection, and make the applications more flexible. Active components are used for the optoelectronic exchange and signal processing. Following the growth of requirements on the optical fiber network, high precision and efficiency optical components are very important for the system setup and end-user applications.
However, most active components are used for optoelectronic exchange, some problems will occur during the alignment and packaging. Therefore, the price of the component is still very high. The main purpose of alignment is making optical signals coupled with the optic fiber or photoelectric receiver. In other words, the quality of the alignment system will affect the quality of the component.
This study uses the quality function development (QFD) and the engineering design process to construct the alignment system. Using the QFD method, the requirements and design specifications can be determined. Then, the conceptual design phase, including concept generation and concept evaluation, can help to establish reasonable designs. Finally, the detailed design and prototyping processes can make the abstract concepts to real ones. After the prototype is established, the blind search method is used to test the system, and the position of minimum optical-power loss can be found.

目錄

誌謝 ii
摘要 iii
ABSTRACT iv
目錄 v
表目錄 ix
圖目錄 x
1. 緒論 1
1.1前言 1
1.2 研究動機與目的 5
1.3 研究方法 5
1.4 文獻回顧 6
1.4.1 QFD 6
1.4.2 光纖對位平台相關產品 7
1.4.3 光纖主動式對位相關論文 9
1.4.4 對位平台論文及相關專利 9
1.5 論文架構 12
2. 光纖傳輸損失成因及工程設計流程介紹 13
2.1 光纖傳輸損失成因 13
2.1.1徑向偏移（Lateral Misalignment） 15
2.1.2角度偏移（Angular Misalignmnet） 16
2.1.3光纖端面的分離（Separation Between Fiber Ends） 17
2.1.4 不同的光纖芯核直徑（Different Fiber Core Diameter） 18
2.1.5凸面的光纖端面（Convex Fiber Ends） 19
2.2 QFD介紹 20
2.2.1 規格發展與制訂（Specification Development/Planning） 20
2.2.2 QFD表格建立（QFD House Setup） 21
2.3 概念設計（Conceptual Design） 23
2.3.1概念產生（Generate Concepts） 25
2.3.2概念評估（Evaluate Concepts） 27
2.4 細部設計（Detaled Design） 30
2.5 試樣（Prototyping） 31
3. 光元件對位系統設計 33
3.1 QFD表的建立 33
3.1.1 決定顧客來源（Who）、確立顧客需求（What）及權重（Who vs. What） 33
3.1.2 進行市場評估及競爭分析（Now、Now vs. What） 34
3.1.3 依使用者需求產生工程上之需求（How）及關聯性（How vs. What） 34
3.2 概念設計 35
3.2.1 概念產生 35
3.2.2 概念評估 42
3.3 細部設計 43
3.4 試樣 44
4. 軟、硬體及搜尋方法介紹 45
4.1 對位系統軟體架構之介紹 45
4.1.1 LABVIEW簡介 46
4.2 對位系統硬體架構之介紹 47
4.2.1 RS-232串列埠介面 49
4.2.2步進馬達之介紹 50
4.2.3 光源及光元件介紹 52
4.2.4壓電定位平台介紹 53
4.2.5 隔震系統介紹 53
4.2.6 光學尺介紹 55
4.3 Blind Search搜尋法介紹 56
5. 對位測試與分析 58
5.1 測試前準備 58
5.1.1光纖光源及接收端之架設與端面距離決定 58
5.1.2 搜尋作業流程 59
5.1.3 Cost Function定義 60
5.2 平移台方陣式Blind Search之搜尋測試及討論 60
5.3 壓電平台方陣式Blind Search之搜尋測試及討論 63
5.4 完整搜尋測試及討論 66
5.5 小結 67
6. 結論與未來方向 68
6.1 結論 68
6.2 未來研究方向 70
參考文獻 71
附錄壹 馬達控制器規格表及控制指令[36] 74
附錄1.1 控制器系統規格 74
附錄1.2 控制介面 74
附錄1.3 RS-232控制指令 75
附錄貳 光損耗檢測器規格、控制指令及光纖規格表 78
附錄2.1 光損耗檢測器規格[37] 78
附錄2.2 光損耗檢測器RS-232控制指令[37] 79
附錄2.3 光纖規格[38] 81
附錄參 光學尺規格表 82
附錄肆 平移台及旋轉台規格表 83
附錄4.1 XYZ平移台規格（MTW80-30）[22] 83
附錄4.2 旋轉台規格（MR-66）[22] 83
附錄4.3 傾斜台規格 84
附錄伍 壓電平台規格表 85
附錄陸 主動隔震系統規格表 86
附錄柒 光損耗率計算方式 87
自傳 88














表目錄

表2.1 決策矩陣之比較結果[25] 30
表3.1 品質機能展開表 35
表3.2 子功能之解決概念 39
表3.3 子功能之合併路徑 40
表3.4 決策矩陣之比較結果 42
表4.1 RS-232腳位名稱及功能 50
表4.2 步進馬達的相位及步進數 52
表5.1 平移台各步進搜尋最小損耗值及搜尋時間 61
表5.2 壓電平台各步進搜尋最小損耗值及搜尋時間 65
表5.3 完整搜尋結果 66
附錄表1.1 RS-232控制指令 75
附錄表2.1 光損耗檢測器規格 78
附錄表2.2 光損耗檢測器RS-232控制程式（Part 1） 79
附錄表2.3 光損耗檢測器RS-232控制程式（Part 2） 80
附錄表2.4 光纖規格 81
附錄表3.1 光學尺規格[34] 82
附錄表4.1 XYZ平移台規格 83
附錄表4.2 旋轉台規格 83
附錄表4.3 傾斜台規格 84
附錄表5.1 壓電平台規格表[39] 85
附錄表6.1 主動隔震系統規格表[40] 86

圖目錄

圖1.1 光纖通訊簡圖 1
圖1.2 光纖通訊系統元件架構圖 2
圖1.3 蝶型封裝模組側視圖 3
圖1.4 光纖連接器 4
圖1.5 全球主被動元件市場產值統計 資料來源：工研院IEK（2003） 5
圖1.6 QFD產品設計步驟 6
圖1.7 Newport公司所生產的雷射銲接系統（型號：LW4200） 7
圖1.8 工研院機械所開發的平面光波導對光系統 8
圖1.9 德國PI公司F-206.S 8
圖1.10 M-840六軸定位平台 8
圖1.11 六自由度的多軸定位平台 10
圖1.12 壓電驅動並聯式六自由度奈米操作平台 10
圖1.13 專利六軸定位平台 11
圖2.1 光源強度之高斯分佈曲線圖[24] 14
圖2.2 徑向偏移的示意圖 15
圖2.3 角度偏移的示意圖 16
圖2.4 光纖端面的分離 17
圖2.5 不同的光纖芯核直徑 18
圖2.6 凸面的光纖端面 19
圖2.7 品質屋架構圖 22
圖2.8 概念設計的架構 24
圖2.9 概念產生流程圖 25
圖2.10 子功能的合併路徑[25] 27
圖2.11 概念評估流程圖[25] 29
圖2.12 產品的設計資訊[8] 31
圖3.1 定位系統主要功能圖 37
圖3.2 解決概念構型示意圖 41
圖3.3 定位系統之組立示意圖 43
圖3.4 定位系統實際構建圖 44
圖4.1 系統軟體架構圖 45
圖4.2 硬體架構實體圖 47
圖4.3 硬體架構配接示意圖 48
圖4.4 RS-232的接頭 49
圖4.5 資料接收方式 50
圖4.6步進馬達基本構造 51
圖4.7 光損失檢測計[33] 52
圖4.8 單膜光纖結構 53
圖4.9 光學尺內部構造圖 55
圖4.10 方陣式Blind Search路徑圖 56
圖4.11 螺旋式Blind Search路徑圖 56
圖4.12 Blind Search流程圖[35] 57
圖5.1 搜尋作業流程圖 59
圖5.2 搜尋路徑圖 61
圖5.3 平移台搜尋光源分布區域圖 62
圖5.4 搜尋路徑相對位置圖 64
圖5.5 壓電平台搜尋光源分布區域圖 65
圖5.6 傾斜台搜尋之光分佈曲線圖 67

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