本論文是研究使用不同波長的光時域反射儀(OTDR)探測信號即時監控前向及後向幫激架構之分佈式光纖拉曼放大器(FRAs)傳輸系統的可行性。本實驗以50 km的大等效面積光纖(LEAF)作為拉曼放大器的增益介質，分別以1.31μm和1.65μm的OTDR探測信號來監控前向及後向幫激架構之分佈式拉曼放大器傳輸系統。
我們實驗發現OTDR的監控會影響系統的拉曼增益。在前向幫激架構下，使用1.31μm OTDR探測信號監控時，1.55μm信號在OTDR ON時較OTDR OFF時信號增益增加了0.2 dB，而在後向幫激架構下，則增加了0.1 dB；在前向幫激架構下，使用1.65μm OTDR探測信號監控時，1.55μm信號在OTDR ON時較OTDR OFF時信號增益減少了0.6 dB，而在後向幫激架構則減少了0.2 dB。同時，我們也發現使用OTDR來即時監控分佈式光纖拉曼放大器系統時，會造成OTDR 監測記錄軌跡失真。
在系統的誤碼率性能方面，由OTDR監控10 Gb/s前向和後向幫激架構之分佈式光纖拉曼放大器系統時所造成系統功率罰損並不嚴重。當使用1.31μm OTDR探測信號來進行監控時，前向幫激所造成的功率罰損約為0.1 dB，後向幫激所造成的功率罰損約為0.05 dB。當使用1.65μm OTDR探測信號來進行監控時，前向幫激所造成的功率罰損約為0.2 dB，後向幫激所造成的功率罰損約為0.07 dB。

In this thesis, we investigate the OTDR on-line monitoring feasibility of forward- and backward-pumping distributed Raman fiber amplifiers (FRAs) transmission systems with different OTDR probe lights. In the experiments, we choose the large effect area fiber ( LEAF ) with 50 km long as gain medium of Raman amplifiers. Two different OTDR probe lights with 1.31μm and 1.65μm wavelengths are separately used for on-line monitoring forward- and backward-pumping distributed FRAs. We find that the OTDR probe lights affect the optical gain of the 1.55 mm data signal.
In the experiments, for the forward-pumping scheme using 1.3μm OTDR probe light on-line monitor, the optical gain of the 1.55 mm data signal increases 0.2 dB, but for the backward-pumping scheme, that only increases 0.1 dB. In the forward-pumping scheme using 1.65μm OTDR probe light on-line monitor, the optical gain of the 1.55 mm data signal decreases 0.6 dB, but for the backward-pumping scheme, that only decreases 0.2 dB. We also find the OTDR on-line monitoring distribution fiber Raman amplifiers Systems makes OTDR traces distortion.
In an aspect of system BER performance, the system power penalty on account of the OTDR monitoring in both 10 Gb/s forward- and backward-pumping schemes is trivial　. In the forward-pumping scheme using 1.3μm OTDR probe light on-line monitor, the power penalty is about 0.1 dB, but for the backward-pumping scheme that is about 0.05 dB. As the forward-pumping scheme using 1.65μm OTDR probe light, the power penalty is about 0.2 dB, but for the backward-pumping scheme that is about 0.07 dB.

內容目錄
頁次
◎ 誌謝………………………………….……………………………… I
◎ 中文摘要……………………………………………………………. II
◎ 英文摘要…………………………………………………………… III
◎ 內容目錄…………………………………………………………… IV
◎ 表目錄…………………………………………………………...…..VI
◎ 圖目錄………………………………………….……..………….... VII

第一章 緒論……………….…….……………….…………………….. 1
1.1研究背景…………………………………..…………………….. 1
1.2研究動機…………………………………..…………………….. 2
1.3論文結論…………………………………..………………………3

第二章 拉曼光纖放大器之工作原理與特性…………..….…………...4
2.1拉曼光纖放大器 (FRA) 的基本原理….…..……………………4
2.1.1 激發性拉曼散射(SRS)…………………….……………4
2.1.2 拉曼增益係數(gR)……………………………………... 4
2.1.3 拉曼增益 (Gain)…………………………...…………...5
2.1.4 拉曼增益飽和 (Raman gain saturation)………………..6
2.1.5 雜訊指數 (noise figure)…………………...……………7
2.1.6 雙重雷利散射 (Double Rayleigh Scattering, DRS)…....8
2.2分佈式拉曼光纖放大器(distribution FRAs) 之架構…………....9
2.2.1 基本光路架構…………………………………………..9
2.2.2 幫激光源………………………………………….….…9
2.3光時域反射儀(OTDR)的原理與結構………………………11
2.3.1光時域反射儀的測量原理………………………..……11
2.3.2光時域反射儀的主要的特性參數……………...……...11
2.4討論……………..…….………………………………..………...12

第三章 使用光時域反射儀即時監控光纖拉曼放大系統實驗……13
3.1元件特性量測及實驗架構……………...………………….…13
　　　3.1.1 拉曼放大器的元件特性….……………….……………13
　 3.1.2 拉曼放大器系統傳輸端的元件特性……….…….……14
　　　3.1.3拉曼放大器系統接收端的元件特性…….….…………16
3.2 光時域反射儀即時監控光纖拉曼放大系統的實驗架構.…….17
3.3實驗量測結果……………………………...……………………18
3.3.1 輸出端的頻譜圖…….…………………………………18
3.3.2 光時域反射儀上監控的軌跡( traces )….…….………19
3.3.3系統的誤碼率(BER)性能及接收端的眼圖……..…..….20
3.3.4討論……………………………………………………….20

第四章 結論………..………..……………………………...……...22
參考文獻……………………………………………………………..24
附表…………………………………………………………….…26
附圖………………………………………………..…………………31

表目錄
頁次
表2.1 摻鉺光纖放大器(EDFA)與分佈式(Distributed)拉曼放大器的比
較……………………………………………...…….……….… 26
表2.2 拉曼幫激雷射合波器之生產廠商與規格...…..……..…………27
表3.1 分波多工器耦合器的元件特性定義……………...……………28
表3.2 分波多工耦合器1、分波多工耦合器2的元件..……………….29
表3.3 使用1.31μm和1.65μm OTDR探測信號量測50km大等效面積光纖時之OTDR特性參數( Pulse Width=20μs ).………….30

圖目錄
圖1.1 非分佈式 (discrete) 和分佈式 (distributed) 拉曼光纖放大器架構圖………….……………………………………………………………..31
圖2.1 激發性拉曼散射示意圖………….………………………….……….....31
圖2.2 拉曼增益係數頻譜圖…………………………………………………...32
圖2.3 不同輸入光信號功率之拉曼增益與幫激光功率的關係圖…………...32
圖2.4 拉曼增益與輸入光信號功率之關係圖……………...…………………33
圖2.5 雙重雷力散射(DRS)與不良接續面及連接器作用造成雜訊功率增加示意圖……………………………………………………….……………...33
圖2.6 有無雙重雷力(DRS)散射對光雜訊比的影響……………..……….….34
圖2.7 分佈式拉曼光纖放大器基本光路架構………………………………...34
圖2.8 光纖雷射架構圖(IPG-Photonics)…………..………………………...35
圖2.9 功率合波器結合四個幫激波長的架構示意圖…………….…………...35
圖2.10 光時域反射儀基本架構圖………………………………………………36
圖2.11 時域反射儀動態範圍示意圖…………………………………………....36
圖 3.1 幫激光源頻譜圖( 衰減20 dB )…………………………………………37
圖 3.2 增益光纖 (LEAF) 損失頻譜圖………………………………………...37
圖 3.3 增益光纖 (LEAF) 的射散頻譜圖…………………………...…………38
圖 3.4 拉曼合波器的穿透頻譜圖……………………………..……….………38
圖 3.5 1.31/1.55μm WDM耦合器頻譜損失圖……….………………………39
圖3.6 1.55/1.65μm WDM耦合器頻譜損失圖……………...……….………..40
圖 3.7 1.48/1.55μm WDM耦合器頻譜損失圖………………………………..41
圖 3.8 典型的摻鉺光纖放大器之架構圖………………………………………42
圖 3.9 Er3+離子的部分能階圖……………………………………………...….42
圖 3.10 光帶通濾波器的頻譜圖…………………………………………………43
圖 3.11 解多工器的頻譜圖………………………………………………………43
圖 3.12 實驗架構( 前向幫激架構 )…………………………………………….45
圖 3.13 實驗架構圖( 後向幫激架構 )……..………………………………...…46
圖 3.14 Y點的頻譜圖（前向幫激架構，1.31μm OTDR 探測信號時）……….47
圖 3.15 Y點的頻譜圖（後向幫激架構，1.31μm OTDR 探測信號時）……….48
圖 3.16 Y點的頻譜圖（前向幫激架構，1.65μm OTDR 探測信號時）….…..49
圖 3.17 Y點的頻譜圖（後向幫激架構，1.65μm OTDR 探測信號時）……...50
圖 3.18 Z點的頻譜圖 (1.31μm OTDR探測信號時)………………………….51
圖 3.19 Z點的頻譜圖 (1.65μm OTDR探測信號時)……………...…………..52
圖 3.20 OTDR Traces ( 1.31μm探測信號 )…………………..………………..53
圖 3.21 OTDR Traces ( 1.65μm探測信號 )………..…………………………..54
圖 3.22 1.31μm OTDR探測信號下的誤碼率………………………………….55
圖 3.23 1.65μm OTDR探測信號下的誤碼率…..…………..………………….56
圖 3.24 1.31μm OTDR探測信號下接收端經由解多工器後所量測到的眼圖57
圖 3.25 1.65μm OTDR探測信號下接收端經由解多工器後所量測之眼圖....58
圖 3.26 信號頻道、OTDR探測信號、幫激光間的激發拉曼散射效應示意圖59

參 考 文 獻
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