DWDM技術與國內外廠商概況

網際網路Internet是現今世界連網之推進基礎，伴隨著Internet之活躍，網路使用者以及網路流量之逐年增加，頻寬需求成長驚人。而由於光纖遠比傳統銅線具有傳輸質量之優勢，加上能簡化區域網路設計，且不受電磁波干擾，無疑是最佳傳輸介質，未來將取代銅線而成為最快速且有效率之資料傳遞方式。

目前市場上正流傳『新摩爾定律』，即所謂『光纖定律』，意謂網路頻寬平均每9個月會增加1倍之傳輸容量，但成本相對降低一半，比半導體產業之晶片變革速度之每18個月還迅速。由此可見，光纖將對傳統通訊以及新興網路產業帶來深遠影響以及快速成長，相關傳輸設備元件以及製造廠商勢必將成為明日之星。

為了因應未來不同類型資料傳輸速率之需求，光纖網路Optical Networking更是最佳解決方案，從＜表一＞中可看出Very High Speed Data 或3D Simulation需達到Gb/s之要求。

表一，不同資料型態所需傳輸速率之要求

因此，在可預見之未來，當光纖網路架構完成時，即時畫面或Uncompressed Data傳輸將可被廣泛地使用，進入所謂「全光網路」，如＜圖一＞所示。　

圖一，光纖網路架構

承上所述，光纖即為全光網路之傳輸骨幹，以往在光傳輸技術尚未蓬勃發展時，單條光纖僅利用單一光波長來傳遞訊息，並採用所謂分時多工(Time Division Multiplexing，TDM)技術，亦即提昇光訊號之發射頻率以提高傳輸容量。然而TDM有其傳輸極限，所以分波多工(Wavelength Division Multiplexing，WDM)之技術便應運而生。一般而言，當WDM分波數高於4-Channel時，則為高密度分波多工器DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)。

以下即針對TDM以及DWDM兩種傳輸模式，做一簡介。　

圖二，TDM傳輸模式簡圖

如＜圖二＞所示，TDM主要是運用電路設計技巧，將資料傳輸時間，以Time Slot時間槽之概念，做有效切割，並依序將有標記之資料送入光纖中，以便在單一光波長傳輸時增加傳輸頻寬，達到分享共用光纖之目的。　

圖三，DWDM傳輸模式簡圖

如＜圖三＞所示，DWDM技術藉由若干不同波長來分享單一光纖，可將不同來源之資料封包置於單一光纖上，不同資料訊號以相對應但不同之光波長傳輸，經分波多工器轉換成單一光纖傳輸之光束，進而提昇光纖可利用頻寬之傳輸效益。

根據DWDM技術，由於每一Channel於傳輸終點會多路分解成相對應之原始來源，因此不同傳輸速度通行之各種資料格式得以一起傳送。換言之，IP、SONET以及ATM資料，均能夠經由DWDM技術同時以光纖傳送，而此亦為使DWDM需求強勁之原因之一。

DWDM技術之挑戰在於必須在1550nm附近之波段(1530.33 ~ 1560.23nm，Conventional Band，主要受限於目前摻鉺光纖放大器EDFA技術之放大作用範圍)細分為數十個不同波長，而每波長之間距僅約0.8nm(100GHz)。現行波段範圍與光訊號之間距在ITU-T5之標準規範G.692中有明確定義，如＜表二＞所示，此處僅列舉5-Channel說明。其中，0.1THz＝100GHz。

表二，ITU設定之DWDM標準波長

目前DWDM技術主要應用於通訊業者長距離Long Haul之傳輸主幹Backbone，像美國AT&T、Sprint、MCI WorldCom均已陸續採用，以應付網路流量之爆炸性成長。日本DDI Corp.、Teleway Japan與Japan Telecom Co. Ltd也都利用DWDM提供更大之傳輸容量，因此DWDM近幾年需求成長速度驚人。而隨著光纖網路架構持續進行下，當光纖舖設至都會區Metro Area，DWDM也將逐漸應用於光纖都會網路MAN，可預見未來短距離之應用比例也將陸續擴增，甚至於光纖用戶迴路上(FITL)，即所謂Last Mile。

若以DWDM之分波數目做產品類別分析，在目前光通訊技術成熟度以及傳輸骨幹端市場需求，主流產品為16-Channel，其次是32-Channel。而當光纖進入都會以及區域網路後，8Channel產品需求將逐漸成長。因應頻寬需求之渴望，預計未來DWDM波長數目將增加至40波長以上，甚至100波長，使傳輸速率大幅度提昇。

目前製作DWDM分波多工器之技術主要有薄膜濾波Thin Film Filter、陣列波導AWG以及光纖光柵Fiber Bragg Grating等3種，相對應之國內外廠商如＜表三＞所示。以下即針對此3種技術分別做一簡介。　

表三，製作DWDM元件技術以及廠商

如＜圖四＞所示，薄膜濾波器之關鍵性元組件為窄波帶narrow band之光學濾波片，工作特性為穿透某特定之波長而反射其餘光波之濾片，而各光學濾波片實際上是由好幾十層甚至上百層介電質材料Cavity累積而成。一般來說，鍍膜層數Cavity與多工器分波數目於濾波片製程中，呈現某種程度之正比關係。

在濾波片製作過程中，光學鍍膜Coating是利用物理氣相沉積法(PVD)將材料在真空中沉積到物體表面，由於控制其沉積厚度以及折射率，會使物體產生干涉效果以便分開不同波長之光訊號。而在實際傳輸運用中，一般使用於16波長以下之多工器，因傳輸太多光信號易有嚴重之串音Cross Talk現象，至使接收端之訊號解讀能力降低。目前OCA、E-TEK、JDSU、OCJ均擁有此項技術，但製作良率並不高，大約在10~20%之間，所以市場價格相當貴，平均100GHz之濾波片單價約200美元。

對於國內廠商真正之競爭力關鍵因素為，在設備廠商轉移基本生產技術後，廠商本身是否有能力建立自己參數調整以及製程能力，而技術累積時間之長短，亦視各家而不同。　

圖五，AWG架構簡圖

如＜圖五＞所示，AWG之基本架構圖。工作原理為，入射N個波長之光訊號於輸入波導Input Waveguide，光訊號在傳至平面型光波導時，將光束平均分配至陣列式光波導中，使其每一波導均傳輸著N個波長之光訊號，在經由不同路徑長之陣列式光波導後，此N個波長之光訊號在不同波導中形成不同相位差，接著再進入第二個平面型光波導產生干涉現象，不同波長之光訊號於不同之輸出波導中各自形成建設性干涉，不同波長會偏折不同角度而分別聚焦在N個輸出光波導上，以達波長多工之功能。　

AWG之做法為在晶圓上做氧化沉積後，再用光蝕刻之方法，將陣列波導結構製作在矽晶片上，以達分光之目的。一般AWG成品chip size為4㎝×4㎝，如＜圖六＞所示。波導之核心為摻鍺之二氧化矽材料，其截面尺寸約為7um×7um，以便與單模光纖SMF耦合時有較低之耦合損耗。而在製程之控制結構中，不同光波導間光路徑差、光波導數目以及焦距等參數，可改變AWG元件之波長間隔，即多工分波之數目。　

圖六，AWG側視圖以及封裝後成品圖

雖然AWG製程設備較薄膜濾波製程設備貴，不過卻適於量產，更適用於16波道以上之DWDM使用，所需成本相對較低。而根據相關廠商表示，16波道以內之DWDM較適宜採用薄膜濾波技術生產，超過16波道之產品便適合透過半導體製程，也就是AWG。　

圖七，光纖光柵濾波簡圖(配合旋光器)

如＜圖七＞所示，為FBG濾波簡圖。工作原理為，當光訊號通過FBG時，光柵能有效地將波長滿足Bragg條件（λ＝2nd）之入射光反射，其他波長之光則不受光柵之影響而通過。光纖光柵之工作波長決定於折射率變化週期，而工作頻寬以及反射率則決定於光柵長度以及纖核折射率之變化量。一般而言，光柵越長，其頻寬越窄，反射率亦越高。

圖八，光纖光柵製程簡圖

FBG之製程，如＜圖八＞所示，是利用240nm附近之紫外光雷射照在相位光罩上所產生之干涉條紋，而在一條會對光感應之光纖核心中產生不同折射率之規律性變化而成為相位式光柵。且由於光纖光柵可以經由干涉產生數千條之條紋，此濾波性能極佳。　

表四，8-Channel DWDM產品比較

在插入損失Insertion Loss方面，由於光纖光柵為全光式技術，因此FBG插入損失在3種技術中最低。就隔絕度Isolation而言，光纖光柵與薄膜濾波較佳，因此此二者也最易於達到30dB(相當於Output＝0.1% Input)之要求，而AWG元件則僅達22~25dB。就折返損耗Return Loss而言，光纖光柵技術因元件光路相位控制之限制而受影響，其折返損耗僅約15dB左右，相對較弱。而就環境溫度對波長穩定性而言，除多層薄膜技術之濾波片波長特性對溫度相對較為穩定之外，其餘2種技術均需外加溫度補償之封裝，因此也些許反應在製作成本上。　

就目前全球DWDM廠商製程技術來看，光纖光柵與薄膜干涉之濾波器技術處於競爭之地位，但以薄膜干涉濾波技術較為成熟。不過由於光纖光柵應用廣泛，除DWDM之外，亦可應用於在光放大器EDFA之增益平坦濾波器以及雷射光源LD之穩頻等等，因此光纖光柵之成長將最為快速。另外，陣列波導AWG製程因近似於半導體製程，若能相互適用，對於製作16波道數以上時，相對於其他2種技術，將可大幅降低成本，具相當之潛力。　

精碟所採用之DWDM製程技術為薄膜濾波Thin Film Filter，目前擁有三條生產線，主要產品為200GHz 4-Channel之濾波片，平均每條生產線日產量為2片4吋玻璃基版，而每片基版可切成400顆1.4×1.4×1㎜之薄膜濾波片，依目前市場行情，200GHz濾波片之單價為50~100美元，因客戶需求規格Customer Specify不同而變動。另外，精碟預計今年10月推出單價為200美元100GHz之產品，並計劃於年底將DWDM生產線提昇至8~10條。

目前薄膜濾波器之毛利率保守估計約60%，精碟預估營收與獲利貢獻將持續提昇，明年該產品之營收將可有25億元之水準。雖然目前薄膜濾破器後段製程包括研磨、切割與測試等需要較多勞工，不過以該項產品高毛利率，以及目前人工成本約佔整體製造成本5%，因此應可彌補勞工成本，而研發自動化機器設備更為未來重點。若以精碟本身之成本考量以增加競爭力，將產品測試以及組裝部分移至大陸，亦為一解決方案。

精碟目前在國內DWDM薄膜濾波片製造廠商中，最具競爭優勢是其本身所擁有之鍍膜機台22台，遠超過其他廠商。因此，精碟在考量製程良率、設備參數、客戶需求規格以及製造所需時程等因素，機台所能運用效益最高，並能穩定產品之品質、提昇生產率。　

台精科技運用精碟科技所生產之薄膜干涉濾鏡Thin Film Filter，與工研院光電所共同開發200GHz之DWDM，關鍵技術包括光纖準直器之製作以及低損失、低環境影響之封裝技術，台精目前均能自行生產。預計年底前推出8波道之DWDM，對於量產進度，則需視市場需求狀況適時推出。台精科技在跨入光通訊被動元件之研發生產領域後，產品包括DWDM、光耦合器以及光衰減器，未來將持續投入其他光被動元件之研發。在新廠興建進度方面，第一期新廠區已於8月底動工，預計2001年2月完工，將可增加2倍產能，第二期預計於2001底完工，可增加5倍產能，未來將逐年提高光通訊產品之營收比重。　

華新麗華計劃未來在取得工研院微機電系統技術後，將運用在光通訊零組件以及相關產品開發上。而在DWDM方面，則將重點置於陣列波導AWG晶片之研發製作。初期投入10億元，預計明年7月第一期設立於楊梅之廠房與設備完工定位後，開始接單量產，估計月產能將可達1000片晶圓。　

GaAs晶圓製造廠全球聯合通信(GCT)除生產GaAs磊晶片以外，亦跨足光通訊產品生產，其中以DWDM最值得注意，因其所採用之技術是半導體製程之陣列式光波導AWG，預計明年第二季推出樣品。　

旺錸 (錸德轉投資)

藉由錸德集團積極在光通訊產業之佈局，旺錸除了開發光纖光纜、光纖絲以及預型體之外，將切入光纖光柵FBG製程。

伍、國外領導廠商概況 (資料來源：光連)

Lucent -- 宣稱已開發出可在一條光纖上傳輸400Gbps之速度，該公司的WaveStar OLS 400G 可混合2.5Gbps/10Gbps傳輸速率而頻寬間距為50GHz，除了SDH/SONET網路外，還可以容納ATM與IP傳輸。據該公司表示，AT&T已看上這套系統,有可能在今年底以前全面採用。

Pirelli Cables & Systems -- 表示可在單條光纖上以160Gbps之速度傳輸，該公司WaveMux產品宣稱已可以做到64-channel/每條光纖的程度，目前32-channel產品已可供貨，並經由客戶測試中，而64-channel產品可望於今年第三季供貨。

Ciena -- 推出2.5Gb/s 40-channel之多工系統，並已獲得廠商採用。

Alcatel -- 於去年12月發展從Milan連接到Rome之骨幹網路，設計使用G.653色散位移光纖DSF，可達到160Gpbs之容量。而且Alcatel於陸地上DWDM系統，佔有超過20%之市場及多於1700套系統，可以說是全球DWDM陸地市場上之先鋒。

Fujitsu -- 於今年六月，於北美地區推出全球最大規模之1700 Giga Bit DWDM系統。

目前DWDM之成功主要歸功於提供點對點之高速傳輸，而且此種傳輸模式與網路通訊協定無關，所以DWDM能無障礙地與SONET/SDH或ATM介面連接。而光纖網路之未來目標，就是在網路中直接將網際網路協定 (IP) 封包轉成光訊號，去除中間SONET/SDH層，亦即所謂IP over DWDM，如此，系統設置成本就能大幅降低。不過，就目前技術水準尚未成熟，有待突破。　

現今DWDM技術應用在Telecom、CATV點對點傳輸以及區域網路系統時，毫無問題，不過仍無法提供Add/Drop光訊號或做資料之路由功能。而此，即意味未來光纖網路應用到用戶端時，OADM (Optical Add-Drop Multiplexer) 將是繼DWDM為下一波重要之應用元件。　

若就DWDM廠商之技術角度來看光通訊市場，目前尚未存在一種傳輸方式可取代DWDM，易言之，競爭來自同業廠商。另外，若從市場角度觀察，並配合全光網路之架構，可以得知未來幾年DWDM需求潛力相當大，且系統產品利潤豐厚，DWDM儼然成為繼半導體之後的閃亮之星。