光子學與光電

光纖衰減與色散(fiber attenuation & dispersion)

有兩個敵人限制了光纖能把資料傳得多遠、多快:衰減,會讓訊號變弱;色散,會讓訊號變糊。衰減是光在行進中被吸收與散射而緩慢流失——以每公里多少分貝來衡量,它決定脈衝在接收器再也分不出明暗之前能走多遠。色散則不同:即使每顆光子都抵達了,一個尖銳脈衝仍會在時間上展開,因為不同顏色(或不同反彈路徑)的行進速度略有差異,把清晰的「1」和「0」彼此糊在一起。

兩者都是長距離鏈路需要協助的原因。衰減靠光放大器(如摻鉺光纖放大器 EDFA)對抗,它能在不轉回電的情況下直接增強整束光。色散則設下真正的速度上限:把位元率拉高,展寬的脈衝最終會嚴重重疊,使位元無法判讀——這就是「符際干擾」。工程師以單模光纖、窄線寬雷射與色散補償光纖把它降到最低;這也是為什麼低損耗、色散可控的 1310 奈米與 1550 奈米波長窗,成了光通訊的骨幹。

P_out = P_in · 10^(−α·L/10) (α in dB/km, L in km)

衰減與色散是兩個獨立的問題:放大器能恢復功率,卻無法修復被糊掉的脈衝;色散補償能讓時序變銳利,卻又帶來自身的損耗——長距離鏈路必須同時為兩者預留裕度。

又稱
fibre loss光纖損耗色散