光纤通信是自从台湾的PC产业逐渐成熟饱和之后，下一波令人期待的明星产业，近几个月来在美国的高科技股市当中，光纤通信公司股价的飙涨有如前二年因特网公司的股价一般，但是与因特网公司如泡沫经济般大起大落不同的是，光纤通信产业是另外一个有实际产品的高科技制造业。而且随着因特网的盛行，宽带的需求也越来越高，现有通信纟统中的铜线系统已逐渐无法负荷成几何级数成长的数据流量，而将一步步的被光纤网络所取代，光纤通信系统也由过去长距离传输(Long Haul)的骨干纟统(Backbone)，逐渐向都会地区(Metropolitans)扩张，而最终的目标便是全光纤网络(All Fiber-Optic Network)。

目前十分热门的光通讯产业，其实大部份的产品都还是属于系统设备商建构网络骨干使用，与一般人的生活其实距离还是挺远的，因而目前业界所提出的目标便是光纤到家(Fiber to the Home)，光纤到家是全光纤网络努力的目标，同时也是商机所在，而光纤到家所设定的潜在客户之多，也是令业界对光纤通信的未来极为看好的原因之一。

《图一 使用于多模光纤网络中的LED》

Gigabit Ethernet为各方所期待

在网络通信的协议(Protocol)中，以太网络(Ethernet)成功地将传输速率由Ethernet 的10 Mbs(Megabits per Second)提升到100 Mbs的Fast Ethernet，使得各方对更高速的GbE(Gigabit Ethernet,1000 Mbs)在未来宽带网络的应用上充满了期待，为了满足GbE的传输需求，同时考虑到未来ATM(Asynchronized Transmission Mode)及Fiber Channel达2.5Gbs传输速度的需要，工业界必须顾及现有的光纤网络及未来更高速的需求，针对光纤硬件制定出一套的标准，这也是IEEE 802.3z Gigabit Ethernet标准的由来。

单模与多模

提到光纤产品，一般可将光纤被动组件与产品分为二类：单模(Single-Mode)产品与多模(Multi-Mode)产品。简单来说，单模光纤的核心较细(约为9um)，传输的距离较长，光讯号在其中衰减也较小，但是所需的设备十分昂贵，因此多用于网络骨干纟统(Backbone)或长距离传输(Long Haul)之用，而这些环境中所使用的光发射模块(Transmitter)，其中的发光源多为雷射(操作的波长为1310nm或是1550nm)。

相对地，多模光纤的核心较粗(有50um及62.5um二种规格)，传输的距离较短，光讯号在其中衰减也较大，但是所需的设备比较便宜，因此多用于局域网络(LAN)，或是大楼及校园铺设光纤网络等较短距离之用，而现存的光纤局域网络纟统中，例如远自二十年前在美国所铺设的局域网络系统中，所使用的大多是业界标准的160/500 MHz-km 62.5/125多模光纤，而使用于多模光纤环境中的光收发模块，其中的发光源多为LED(Light Emitting Diode)。

《图二 将GbE光纤跳接线单模的接头接上雷射发光源》

由LED改为雷射

一般应用在多模光纤网络中的光收发模块，其中的发光源是发光二极管(LED)，LED的最高发射速度为622 Mbs，在Gigabit的环境中，讯号发射的速度最少必须达到1000Mbs，因此，光收发模块中的发光源必须使用雷射，而GbE也是业界第一个大规模使用雷射而不是LED的光纤产品。

雷射可以提供更高的发射速度，但相对的也较LED昂贵许多 Q所幸目前有一种新的激光技术，称为垂直腔共振面射型雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers-VCSELs)，这种技术可以提供接近雷射的光源质量及发射速度，但是制造成本却接近LED的制造成本，为GbE提供一个完美的解决方案。

目前在市场上只有850nm波长的VCSEL产品较为成熟，而1300nm波长的VCSEL正是业者下一步努力的方向。然而，由于850nm波长的光源，其所发出的讯号在多模光纤中的损耗较1300nm波长的光源为大，因而在1300nm波长的VCSEL商品化之前，Gigabit Ethernet网络所使用的发光源仍是1300 nm波长的雷射。

雷射使用于多模光纤中的问题－DMD

照道理说，发光源由LED改为雷射，由于激光束较LED光束更为集中，理论上在多模光纤中可以传输更远的距离，但是实际的实验中却出现了完全相反的结果，使用雷射在多模光纤中所能传输的距离，反较使用LED时更短。

由(图一)中所示可以了解，一般使用于多模光纤网络中的LED，所发射出的光束较宽(100 um)，甚至宽过多模光纤的核心直径(62.5um)，激光束具有集中、较窄的特性(直径为8~10 um)，因此仅能在多模光纤核心的部分区域中传输；如此当激光束对准多模光纤核心的中央部分射入时，由于多模光纤核心的反射特性(肇因于多模光纤的制造过程)，会使得超过一组的模态(Mode)在多模光纤核心的中心线(Centerline)部份被激发，因而产生不同的讯号并且在传输的过程中彼此重迭干涉，而大大缩短了光讯号所能传输的距离，这种现象称为DMD(Differential Mode Delay)，不仅于多模光纤中使用雷射发光源会造成DMD现象，于多模光纤中使用VCSEL发光源同样也会造成DMD现象。

DMD现象的解决方案

为了解决多模光纤中的DMD现象，在制造多模光纤时控制多模光纤核心的反射特性，可以将DMD现象降到最低，但是对目前已铺设的光纤网络系统却毫无帮助，因为重新铺设光纤网络系统不仅昂贵费时，而且大可直接改用单模光纤而收一劳永逸的效果。

而针对现今已铺设的多模光纤网络系统，消除DMD现象的唯一解决方案便是精确地控制雷射光射入多模光纤核心的位置，这时雷射光在偏离多模光纤核心中心一定距离的位置射入，藉由控制雷射光在多模光纤中的行进路径，将DMD的现象降到最低。

目前有二种光发射模块应用于Gigabit Ethernet网络中：SX或是短波(850nm)发射模块、以及LX或是长波(1300 nm)发射模块。SX(850nm)发射模块可以在模块内部针对所需偏移距离做调整设定，但是由于LX(1300nm)发射模块必须同时使用于多模光纤与单模光纤的环境中，一旦在发射模块内部针对所需偏移距离做调整设定后，由于单模光纤的核心极细(9um)，此时雷射射入的位置已偏离单模光纤的核心，因此这个发射模块便无法再使用于单模光纤的环境中。

为了使LX(1300nm)发射模块可同时使用于多模光纤与单模光纤的环境中，此时雷射射入的位置的偏离便必须在发射模块的外部达成，这个目的便是由将LX(1300nm)发射模块连接上一条GbE光纤跳接线，或称”Mode Conditioning Patchcord”来实现。而在此GbE光纤跳接线所控制雷射光偏离多模光纤核心中心的距离，便是各家厂商不同的研究成果，同时大大影响着光讯号传输的距离。

《图三 GbE光纤跳接线是由一根单模光纤，精确地对准一根多模光纤偏离核心一定距离的位置所构成。》

GbE光纤跳接线

将GbE光纤跳接线单模的接头接上雷射发光源(图二)，藉由GbE光纤跳接线中的机制，精密控制地雷射光射入多模光纤核心的位置，将雷射光于偏离多模光纤核心一定距离的位置射入，使得光讯号在偏离多模光纤核心中心的部分前进，以达到消除多种模态相互干涉的效应。而GbE光纤跳接线便是由一根单模光纤精确地对准一根多模光纤偏离核心一定距离的位置所构成，可参考(图三)。

在目前现有的区域光纤网络架构中，若在未来有升级到Gigabit Ethernet的计划，则一定必需使用GbE光纤跳接线。目前已研发生产GbE跳线的厂商有美国的Siecor及国内的台精科技。

《图四 使用与未使用GbE光纤跳接线之差异》

GbE纟统效能评估

一般而言，影响Gigabit Ethernet系统效能最重要的几个因素，为纟统所使用的「波长」、所使用的「光纤种类」，以及所使用的「带宽」。可参考(表一)及(表二)，表中简单列出了GbE不同规格下所能传输的距离。

简单解释表一、表二中的含意：以核心同样为50um的多模光纤为例，由于制程的不同，制造出渐变式折射率的光纤(400 MHz-km或是500 MHz-km)，光讯号在这种光纤中行进时可以有透镜聚焦的效果，因而增加传输的距离。例如在500 MHz-km核心为50um的多模光纤中，SX发射源所发出的光讯号，在最不理想的条件下所能传输的最小距离为550公尺。另外，表格中所列举的传输距离是在最差的情况下所能达到的效果。Gigabit Ethernet系统对于光讯号的衰减，也必须达到每一公里损耗0.5dB以下的水平(＜0.5dB/Km)。

《表一 》

眼图的评估方法

眼图(Eye Diagram)是另外一个评估传输效果的方法，眼图的横轴(x-axis)为时间，纵轴(y-axis)为光讯号的脉冲强度，(图四)表现的是在使用与未使用GbE光纤跳接线后，于距离讯号发射源二公里的位置，所测得的时间与光讯号的脉冲强度的关系，下图中的左上图及左下图显示，在使用GbE光纤跳接线后，光讯号的强度呈现稳定的变化模式，就如同一只睁开的大眼睛。

但是图四下图中的右上图及右下图显示，在直接将雷射射入多模光纤核心的中央部分时，光讯号的强度将呈现极不稳定的变化模式，就如同一只越闭越小的眼睛。因此眼图中眼睛图案睁开的大小，也是判断GbE光纤跳接线效能的指针之一。

《表二 》

结语

布线是一个网络系统中最重要的基本架构，同时线路系统的布置也是十分昂贵，而且不容易更换的。因此，布线时规格的选择必须同时顾及现有的设备与未来更高速的需求，在未来的全光纤网络系统中，同时混合单模光纤与多模光纤的光缆将大量使用于网络骨干系统中，以因应目前的传输规格与未来更高速的需求，而在局域网络等较短传输距离的系统中，多模光纤与LED发射模块仍然将提供一个经济且有效的组合，GbE光纤跳接线与VCSEL的问世，则为这种经济有效的组合提供了一条升级到Gigabit Ethernet的坦途。