Xem mẫu
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
THÔNG TIN SỢI
QUANG
GENERAL INFORMATION ON
COMMUNICATION
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
NỘI DUNG:
+ Các đặc điểm cơ bản và nguyên lý hoạt động
+ Nguyên lý hoạt động của hệ thống
+ Ưu khuyết điểm của hệ thống
+ Máy phát quang
+ Máy thu quang
+ Truyền dẫn
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
A. PHẦN HỆ THỐNG
A.1 Cấu trúc và các thành phần trong hệ thống thông tin sợi quang
Thông thường thì tên
gọi của một hệ thống
thông tin gắn liền với
môi trường truyền dẫn.
Vì vậy mà đối với hệ
thống thông tin sợi
quang thì môi trường
truyền dẫn chính là cáp
sợi quang.
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
A. PHẦN HỆ THỐNG
A.2 Cấu trúc và các thành phần trong hệ thống thông tin
sợi quang
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống được mô tả
như hình 1.1. Tín hiệu điện được đưa vào bộ biến đổi điện-
quang (E/O) để biến thành tín hiệu quang. Sau đó tín hiệu
quang mang thông tin này được đưa vào sợi dẫn quang để
truyền đến phía thu .
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
A. PHẦN HỆ THỐNG
Hệ thống thông tin sợi quang hiện nay phổ biến nhất là h ệ
thống điều chế cường độ-tách sóng trực tiếp (IM-DD) bao gồm
các thành phần chính là phần phát quang, môi trường
truyền dẫn và phần thu quang.
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
A. PHẦN HỆ THỐNG
A.3 Đặc điểm và nguyên lý hoạt động
+. Phân loại theo môi trường truyền → có hai loại:
Hệ thống thông tin sợi quang (Fiber Optic Communication System-FOCS):
truyền tín hiệu ánh sáng qua môi trường sợi quang
Hệ thống thông tin quang không gian (Space Optic Communication System-
SOCS): truyền tín hiệu ánh sáng qua môi trường không gian
FOCS rất phổ biến → chỉ nghiên cứu FOCS
+. Phân loại theo pp tách sóng → có hai loại:
Điều chế cường độ-tách sóng trực tiếp (IM-DD)
Tách sóng kết hợp (Coherence)
+. Phân loại theo số kênh → có hai loại:
Đơn kênh
Đa kênh: WDM, OTDM, SCM, WDM-SCM…
+. Phân loại theo bộ khuếch đại → có hai loại:
Tuyến không có khuếch đại quang
Tuyến có khuếch đại quang
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
B. PHẦN PHÁT QUANG
Bộ phát quang: biến đội và mã hóa thông tin sang dạng các
tín hiệu điện tự và phát đi trên hệ thống truyền dẫn.
B.1 Nguyên lý phát xạ ánh sáng
Quá trình chuyển mức năng lượng E và E được trình bày như
trên hình B.1
Nguồn phát quang sử dụng diode phát quang LED(Light
Emitting Diode hoặc LD (Diod Laser). Tín hiệu điện ở đầu vào
ở dạng số hoặc tương tự, thiết bị phát sẽ biến đổi thành tín
hiệu quang tương ứng.
Hạt mang
a) Cân bằng nhiệt b) Hấp thụ c) Phát xạ tự phát d) Phát xạ khích
thích
Hình B.1 Mức năng lượng và các quá trình dịch chuyển.
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
B. PHẦN PHÁT QUANG
Theo cơ học lượng tử, bước sóng ánh sáng phát xạ được
tính theo công thức:
Trong đó, h = 6,625.10-34js (hằng số Planck)
c = 3.108 là vận tốc ánh sáng
Quá trình hấp thụ được trình bày như trên hình 1.5
trong đó E1 và E2 tương ứng là mức năng lượng ở trạng
thái nền và ở trạng thái kích thích của hạt mang trong môi
trường hấp thụ.
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
A. PHẦN PHÁT QUANG
B.2 Nguồn phát quang bán dẫn
Nguồn phát quang bán dẫn được sử dụng phổ biến trong hệ
thống thông tin sợi quang.
Có hai loại nguồn phát quang phổ biến là LED và Laser Diode.
B.2.1 Mối nối p-n
Phần cốt lõi tạo ra ánh sáng là tiếp giáp p-n và thường được gọi
là lớp tích cực, ánh sáng được đưa ra bên ngoài một cách hiệu
quả nhờ thiết bị ghép như thấu kính hoặc sợi quang.
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
B. PHẦN PHÁT QUANG
B.2.2 Nguồn phát quang bán dẫn
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
B. PHẦN PHÁT QUANG
B.2.3 Cấu trúc dị thể
Laser diode hoạt động ở nhiệt độ phòng có cấu trúc dị thể.
Một cấu trúc dị thể là một mối nối của 2 vật liệu có năng lượng
vùng cấm (bandgap) khác nhau. Do đó, người ta còn gọi là mối
nối dị thể. Do mức năng lượng tại mối nối dị thể khác nhau nên
sẽ xuất hiện điểm nhảy trong dải hoá trị như hình vẽ.
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
B. PHẦN PHÁT QUANG
Cấu trúc dị thể kép có khả
năng giam các hạt mang di. Khi
các hạt mang và các phô tôn
cùng bị giam một cách hiệu
quả trong lớp hoạt động thì các
hạt mang sẽ tương tác mạnh
vào các phô tôn nên tạo công
suất quang ra lớn
Hình 1.7 Cấu trúc dị thể kép: (a) Sơ đồ hình
học và (b) giản đồ năng lượng
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
B. PHẦN PHÁT QUANG
B.2.4 LED
LED là nguồn phát ra ánh sáng không kết hợp khi chúng được
phân cực bằng điện áp thuận hoặc nguồn dòng.
Phát ra ánh sáng không kết hợp. Độ rộng phổ của LED cũng phụ
thuộc vào cấu trúc của bộ ghép quang, nơi mà ánh sáng phát ra t ừ
lớp hoạt tính. Có cấu trúc bộ ghép quang khác nhau t ương ứng
với Diode phát xạ mặt và phát xạ cạnh. Không có gương phản
xạ. Có phổ rộng vài chục nm.
Độ rộng phổ của LED cũng phụ thuộc vào cấu trúc của bộ ghép
quang, có hai kiểu cấu trúc bộ ghép quang khác nhau t ương ứng
với Diode phát xạ mặt và phát xạ cạnh.
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
B. PHẦN PHÁT
B.2.4 Nguyên lý phát xạ ánh sáng
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
B. PHẦN PHÁT
B.2.5 LASER
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
C. PHẦN THU
C.1 Đặc điểm chung của máy thu quang
Có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu quang nhận được tại đầu ra
của sợi quang thành tín hiệu điện ban đầu
Sơ đồ khối tổng quan của máy thu quang
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
C. PHẦN THU
Bộ ghép tập trung tín hiệu quang vào bộ tách sóng quang
Hệ thống thông tin sợi quang hiện này đều sử dụng
phương pháp điều chế cường độ-tách sóng trực tiếp (IM-DD).
Bộ tách sóng trong trường hợp này được thực hiện bởi mạch
quyết định nhằm phát hiện bít 1 hay bít 0 dựa vào biên đ ộ tín
hiệu đến. Tính chính xác của mạch quyết định phụ thuộc vào
tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR (signal noise rate) của tín hiệu
điện thu được từ bộ tách sóng quang.
Độ nhạy máy thu: là công suất quang trung bình nhỏ nhất
để máy thu để hoạt động bình thường để thỏa mạn BER (Bit
Error Rate)
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
D. PHẦN TRUYỀN DẪN
D.1 Hiện tượng phản xạ toàn phần
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
D. PHẦN TRUYỀN DẪN
Điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần:
Các tia sáng phải đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn sang
môi trường có chiết suất nhỏ hơn
Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạn
D.2 Khẩu độ số
n0 sin θi được gọi là khẩu độ số (NA) của sợi. Nó đặc trưng khả
năng tập trung ánh sáng vào sợi
- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
D. PHẦN TRUYỀN DẪN
nguon tai.lieu . vn