Xem mẫu
- Câu 1:Vẽ sơ đồ khối tổng quát của một - Máy thu tín hiệu quang: khuếch đại tín Trả lời:
hệ thống thông tin quang đơn hướng và hiệu thu được và khôi phục tín hiệu thu 1, Cấu tạo: sợi quang có cấu trúc dạng
hai hướng , nêu chức năng các khối và được( Tách quang) hình trụ, chế tạo từ vật liệu dẫn quang
hoạt động truyền tin * Hoạt động: gồm có 2 lớp:
Trả lời: Tín hiệu Analog được điều chế và mã + Lớp lõi: có dạng hình trụ tròn, bán
Sơ đồ khối tổng quát của một hệ hống hoá sau đó đưa tới bộ tách kênh tín hiệu kính a, chiết suất n1.
thông tin quang đơn hướng được đưa tới máy phát và được chuyển + Lớp vỏ: có dạng hình ống, đồng tâm
đổi thành tín hiệu quang sau đó được với lõi, đường kính d, bán kính n2 (n2 <
t/h ra đưa lên đường truyền ( Sợi quang) Máy n1).
thu tín hiệu quang thực hiện khôi phục
Gi¶i M· lại tín hiệu điện tách kênh , giải điều
Vỏ n2
n n d
chế & giải mã để khôi phục lại tín hiệu a
ban đầu. 2 1 Lõi
Gi¶i ®iÒu n1
ChÕ *Hệ thống thông tin quang 2 hướng 2, Phân loại:
Chức năng: Tương tự như phần đơn a, Phân loại theo chỉ số chiết xuất:
T¸ch Kªnh
hướng nhưng sử dụng đồng thời các + Sợi quang có chiết suất nhảy bậc SI:
bộ thu phát đồng thời cả 2 hướng của là loại sợi có cấu tạo đơn giản nhất với
T¸ch quang
M ¸y thu đường truyền. chiết suất của lõi và lớp vỏ bọc khác
Đối với những tuyến quang cự ly dài nhau một cách rõ rệt như hình bậc
Sîi quan
ta phải lắp thêm trạm lặp để tái tạo và thang. Các tia sáng từ nguồn quang
g
khuếch đại tín hiệu đủ lớn để truyền phóng vào đầu sợi với góc tới khác nhau
tín hiệu đi xa. sẽ truyền theo các đường khác nhau
Câu 2: Cho biết ưu nhược điểm của hệ n2
M¸y Ph¸t Nguån thống TTQ
quang *Ưu điểm của hệ thống thông tin
ghÐp kªnh quang:
- Suy hao truyền dẫn thấp, tốc độ
truyền dẫn rất cao(>1Gbit/s).
®iÒu - Có kích thước và trọng lượng nhỏ và
ChÕ nhẹ,vận chuyển và thi công dễ Các tia sáng truyền trong lõi với cùng
b
M· Ho¸ dàng,cuộn cáp dài. Bán kính cong cho vận tốc :)
phép bé
C
t/hvµ
- Sợi được chế tạo từ vật liệu rất sẵn S V =
có, giá thành rẻ,tiết kiệm tài nguyên kim ợ n1
o loại. i
ở đây n1 không đổi mà chiều dài đường
Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống - Sợi có tính cách điện tốt. Cáp sợi truyền khác nhau nên thời gian truyền
thông tin quang đơn hướng tiếp nhận quang phi kim loại không dẫn điện và G
sẽ khác nhau trên cùng một chiều dài
không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ I
kênh thoại Analog. sợi. Sợi SI thường xảy ra hiện tượng
*Chức năng các khối nên có thể đi gần đường dây điện tán sắc nên không thể dùng để truyền
lực,không bị sét đánh và không bị ảnh a
- Khối mã hoá/ giải mã: Chuyển đổi A/ tín hiẹu tốc đọ cao, cự ly dài.
)
D & D/A _ Mã digital được lập thích hưởng của can nhiễu từ bên ngoài. + Sợi quang có chiết suất giảm dần
hợp với xung đơn cực - Tránh được xuyên âm; Có tính bảo ( GI): S
- Khối điều chế & giải điều chế: Điều mật tín hiệu thông tin. Tin cậy và linh Sợi GI có dạng phân bố chiết suất lõi là
hoạt. ợ
chế sóng mang với độ rộng băng tần và 1 hàm theo bán kính : n1= n(r)
i
mức tín hiệu truyền dẫn thích hợp với - Băng tần truyền dẫn rất lớn. nâng cấp Thường n(r) là hàm bậc 2. vì chiết suất
đặc tính thiết bị ghép – Bộ giải điều tốc độ bit dễ dàng. lõi thay đổi một cách liên tục nên tia
S
chế tách sóng mang khôi phục tín hiệu. *Nhược điểm : sáng truyền trong lõi bị uốn cong dần.
I
- Bộ ghép kênh và tách kênh: Kết hợp - Sợi khó hàn nối cần có thiết bị chuyên
n
nhiều tín hiệu hoạc nhiều kênh tín hiệu dung . Đường truyền của các tia sáng trong
thành một kênh tín hiệu trung gian sau - Sợi nhạy cảm với hơi ẩm và nước sợi GI cũng không bằng nhau nhưng
1
thấm vào bên trong cáp. n
đó được tách ra và khôi phục lại nhờ vận tốc truyền cũng thay đổi theo. Các
bộ tách kênh. Tại các vị trí khác nhau - Nhạy cảm với bức xạ ion tia truyền xa trục có đường truyền dài
2
trên đường truyền( Các lớp khác nhau) - Hạn chế sử dụng tín hiệu analog do n
hơn nhưng lại có vận tốc truyền lớn
Chức năng ghép và dung lượng ghép là đặc tính P-I của Laser không tuyến tính. hơn và ngược lại, các tia truyền gần
2
khác nhau phù hợp với yêu cầu cung - Không thích hợp với tín hiệu ba trục có đn ng truyền ngắn hơn nhưng
ườ
cấp cho thiết bị đầu cuối. mức(+1,0,-1) lại có v1 n tốc truyền nhỏ hơn. Tia
ậ
- Nguồn quang: Cung cấp nguồn quang - Hiệu suất ghép nối nguồn quang-sợi truyền dọc theo trục có đường truyền
1
cho máy phát và công suất phát của nguồn quang ngắn nhất vì chiết suất ở trục là lớn
2
- Máy phát tín hiệu quang: chuyển đổi thấp. nhất . Độ tán sắc của sợi GI nhỏ hơn
5
trực tiếp tín hiệu điện thành tín hiệu - Đòi hỏi công nghệ cao trong chế tạo nhiều so với sợi SI.
quang đưa tới sợi quang laser và diode và sợi. b, Phân loai theo mode truyền
µ
- Sợi quang: Là môi trường truyền dẫn + Sợi đa mode (MM):
m
tín hiệu quang Câu 3: Các thông số của sợi đa mode thông
1
Trình bày cấu tạo chung và phân loại dụng (50/125µm) là:
2
sợi quang?
-Đường kính lõi: d = 2a = 50µm
5
µ 1
m
5
0
- µ
m
-Đường kính lớp bọc: D = 2b = 125µm + Tán sắc nhỏ hơn sợi SI
5
-Độ chênh lệch chiết suất: ∆= 0,01 = r n = Trình bầy khái niệm, giải thích ý nghĩa
0
n2 d 1
1% / n(r) khẩu độ số (NA) của sợi MM-SI
-Khẩu đµ số NA được xác định bằng
-Chiết suất lớn nhất của lõi: n1 1,46 2a ộ
Sợi đa mode có thể có chiết suất nhảy 0 n2 m
bậc hoặc chiết suất giảm dần. θ sin của góc nhận ánh sáng cực đại
S
n1 - n
a -Đặc trưng cho khả năng ghép giữa
ự
d/ nguồn quang và sợi quang
t
Viết công thức tính NA cho sợi MM-SI
2 r
u
+ Kích thước: 2.a ≈ 50 µm; d ≈ 125µm Sợi MM-SI có: n1 chiết suất lõi không
y
+ Chiết suất lõi và vỏ: n1 không đổi, n2 đổi, n2 chiết suất vỏ không đổi.
ề
không đổi, n2 < n1 - Công thức tính NA:
n
Sự lan truyền ánh sáng trong sợi:
NA = á n 1 − n 2
2 2
n
- NA không phụ thuộc vào bán kính r.
h
Khẩu độ số (NA) của sợi MM-GI
-Khẩu độ số NA được xác định bằng
s
+ Sợi đơn mode ( SM ): Khi giảm kích á
sin của góc nhận ánh sáng cực đại
Lõi n1 n
thước lõi sợi để chỉ có một mode sóng -Đặc trưng cho khả năng ghép giữa
g
cơ bản truyền được trong sợi thì sợi Vỏ phản xạ nguồn quang và sợi quang
được gọi là đơn mode. Trong sợi chỉ n sáng truyền trong lõi
truyền một mode sóng nên độ tán sắc do Quỹ đạo các tia 2 Viết công thức tính NA cho sợi MM-GI
t
sợi MM-SI r
nhiều đường truyền bằng không và sợi
o
Sợi MM-GI có: n1 chiết suất lõi thay đổi
đơn mode có dạng phân bố chiết suất + Tia sáng lan truyền có dạng các n
nhảy bậc. đường gấp khúc do phản xạ toàn phần. một cách từ từ n1=n(r) , n2 chiết suất vỏ
g
Các thông số của sợi đơn mode thông không đổi.
+ Truyền đa mode.
dụng là: - Công thức:
s
Đường kính lõi d = 2a =9µm ÷ 10µm +Tán sắc lớn, do chênh lệch thời gian
ợ
Đường kính lớp bọc:D = 2b = 125µm lan truyền giữa các mode. ( )
NA = i n r − n 2
2 2
Độ lệch chiết suất: ∆ = 0,003 = 0,3% -Cấu tạo sợi MM-GI:
Chiết suất lõi: n1 = 1,46 -NA phụG ộc vào bán kính r. Tại tâm
thu
+ Kích thước: 2.a ≈ 50 µm; d ≈ 125µm
c, Phân loại theo vật liệu chế tạo sợi (r = 0) NA đạt giá trị lớn nhất.
I
Chiết suất lõi thay đổi phụ thuộc vào
quang: Số lượng mode truyền:
n
bán kính r: n1 = n(r)
- Sợi thuỷ tinh: suy hao bé nhưng dễ -Số lượng mode truyền trong sợi MM-
gãy, ứng dụng trong viễn thông. Có nhiều dạng hàm khác nhau, tuy SI
2
nhiên các sợi quang trong viễn thông n
- Sợi chất dẻo: suy hao lớn nhưng dễ 2π2a2
uốn, ứng dụng trong y tế. thường sử dụng hàm bậc 2 (Parabol). M= 2 ( n12 – n22 )
- Sợi có lõi bằng thuỷ tinh, vỏ bằng r = 0 --> n1 cực đại 2n
λ
chất dẻo. r tăng --> n1 giảm
-Số lượng mode truyền trong sợi MM-
r = a --> n1 = n2 2
GI n
Câu 4: + Chiết suất lõi và vỏ: n1 thay đổi n1 =
π2a2
Trình bày về sự lan truyền ánh sáng n(r), n2 không đổi, n2 < n1 M=
1
( n12 - n22 )
trong các sợi quang: quỹ đạo các tia λ 2
trong sợi MM-SI, MM-GI, khẩu độ số, Câu 5 n
số lượng mode truyền. Khái niệm suy hao trong sợi quang,
Trả lời: d/ 2
2 Vỏ phản cho biết các nguyên nhân gây suy hao và
n
-Xét cấu trúc sợi quang: vẽ đặc tính suy hao?
a xạ
Lõi Trả lời: 1
a/ Khái niệm:
d/2 >
Suy hao là hiện tượng công suất ánh
Vỏ phản
n sáng giảm dần khi ánh sáng lan truyền
a xạ trong sợi nquang.
Lõ n1
Pout
A = −10 lg
2
i n2
n (dB )
Pin
n ad/2 r Suy hao trên 1 km:
2
n
n1 10 P A
a = − 2 . lg out = (dB/km)
n2 Sự lan truyền ánh sáng trong sợi: Ln Pin L
+ Quỹ đạo của các tia sáng lan truyền I L
a d/2 r có dạng đường cong ( (km)
P Sợi P
t
+ Truyền nhiều mode in )
quang out
2
- b/ Các nguyên nhân gây suy hao: Các xung ánh sáng lan truyền trong sợi Trình bày cấu tạo và nguyên lý phát
- Do hấp thụ: quang có năng lượng được mang đi nhờ quang của LED cấu trúc dị thể kép. Các
+ Do vật liệu chế tạo sợi quang nhiều mode khác nhau, do các mode này loại LED được sử dụng trong TTQ?
(SiO2) hấp thụ ánh sáng và chuyển hoá có thời gian lan truyền khác nhau nên tới Trả lời:
thành nhiệt năng. đầu thu tại các thời điểm khác nhau và Dị thể được tạo từ các vật liệu bán
+ Do các tạp chất ở bên trong sợi làm cho xung ánh sáng bị giãn rộng. Tán dẫn có năng lượng vùng cấm khác nhau.
quang còn sót lại trong quá trình chế sắc này chỉ tồn tại trong sợi đa mode. Dị thể kép bao gồm nhiều dị thể.
tạo, bao gồm các ion kim loại (Fe, Cu...) Hình vẽ dưới là LED có cấu trúc dị
và đặc biệt là ion nước (OH-), các ion thể kép được cấu tạo từ 3 lớp bán dẫn
này gây ra các đỉnh suy hao tại các bước (loại P, vùng nghèo và loại N). Vùng
sóng 1400nm, 1100nm và 750nm. nghèo được chế tạo từ bán dẫn có năng
+ Do các điện tử hấp thụ ánh sáng để lượng vùng cấm nhỏ hơn so với năng
nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức lượng vùng cấm của bán dẫn P và bán
năng lượng cao. - Tán sắc vật liệu: dẫn N để giam hãm điện tử và lỗ trống
- Do tán xạ: chủ yếu do tán xạ Rayleigh Do chiết suất của vật liệu chế tạo ra trong vùng nghèo, khi đó số lượng
+ Tán xạ Rayleigh do các khiếm sợi quang thay đổi phụ thuộc vào bước photon ánh sáng tạo ra sẽ lớn hơn.
khuyết rất nhỏ trong quá trình chế tạo sóng: Chiết suất của vật liệu chế tạo ra vùng
sợi gây ra. n1 = n(λ) nghèo lớn hơn chiết suất bán dẫn P và
+ Tán xạ Raman. hơn nữa nguồn quang lại phát ra nhiều bán dẫn N để nhằm mục đích định
- Do khi đường kính lõi thay đổi hoặc bước sóng, các bước sóng khác nhau sẽ hướng ánh sáng về phía sợi quang.
sợi quang bị uốn cong. có vận tốc lan truyền trong sợi quang là Nguyên lý hoạt- ộng:
+ đ
c/ Đặc tuyến suy hao: khác nhau:
Trên đặc tuyến suy hao, ta nhận thấy c
có 3 vùng bước sóng có suy hao thấp là v (λ ) = P N
tại 850nm, 1300nm và 1550nm, đây còn n (λ ) Vùng
được gọi là 3 cửa sổ suy hao thấp. Các chúng sẽ đến đầu thu tại các thời E ngoài nghèo
hệ thống thông tin quang thường sử điểm khác nhau và gây ra hiện tượng -- ---- Vùng
dụng bước sóng tại 3 vùng này. giãn xung. Tán sắc loại này tồn tại ở tất Eg
E Eg dẫn
1550nm suy hao nhỏ --> dùng cho liên cả các loại sợi quang. hf Eg Vùng
P ++ + ++ cấm
Vùng hoá
tỉnh. - Tán sắc ống dẫn sóng: + trị
Hàng rào N
1300nm suy hao vừa --> dùng cho nội Chỉ tồn tại ở trong sợi đơn mode do thế
tỉnh. đường kính lõi của sợi đơn mode rất
850nm suy hao lớn --> dùng trong nhỏ nên năng lượng ánh sáng lan truyền n
ngành công nghiệp điện tử phục vụ sinh ở cả lõi và ở ngoài vỏ. Sợi đơn mode có
hoạt của con người (VD: đầu đọc chiết suất vỏ n2 nhỏ hơn chiết suất lõi
CD...). n1, do đó thành phần lan truyền ngoài vỏ + Cấu tạo: Hình vẽ tren là LED có cấu
a sẽ đi nhanh hơn thành phần ánh sáng lan trúc dị thể kép được cấu tạo từ 3 lớp
(dB/km truyền trong lõi. Hiện tượng này cũng bán dẫn P, n , N. Vật liệu cú giải cấm
) Hấp thụ do gây ra giãn xung ánh sáng. bộ ký hiệu là n (lớp hoạt tớnh) được
OH- Suy - Tán sắc mode phân cực: kẹp ở giữa, giải cấm lớn hơn là bán
hao Xét trong sợi đơn mode, ánh sáng lan dẫn loại P, N. Do giải cấm khác nhau
tổng truyền dưới dạng các mode phân cực nên tại tiếp giáp có bước nhẩy của dải
Hấp thụ trên 2 mặt phẳng vuông góc với nhau hoá trị. Nhờ hàng rào thế tại tiếp giáp dị
Hấp
thụ Tán xạ hồng (xOz và yOz: với z là hướng truyền thể mà các điện tử và lỗ trống bị giam
ngoại dẫn). Nếu sợi quang được chế tạo 1 hóm trong lớp hoạt tớnh. Mặt khỏc, do
cực 85 Rayleigh
130 155 λ (nm)
tím 0 0 0 cách hoàn hảo (nghĩa là chiết suất trên 2 dải cấm lớn cú chiết xuất bộ hơn chiết
mặt phẳng nxOz = nyOz) thì sẽ không xảy xuất của lớp hoạt tính nên hỡnh thành
ra tán sắc. một khoang chứa cỏc Photon, đồng thời
x định hướng ánh sáng về phía sợi quang.
Câu 6: Nguyờn Lý Hoạt Động.
Khái niệm tán sắc trong sợi quang, + Khi có điện trường ngoài kích thích
cho biết các nguyên nhân gây tán sắc và các điện tử hấp thụ năng lượng và nhẩy
ảnh hưởng của tán sắc? xO từ vùng năng lượng EL (dải hoá trị) qua
z z
Trả lời: dải cấm lên vùng năng lượng EH.(dải
a/ Khái niệm: yO dẫn). Điện tử từ vùng N vượt qua hàng
Tán sắc là hiện tượng làm cho độ y z rào thế năng vào vùng n (vùng tích cực),
rộng xung ánh sáng bị thay đổi khi ánh đồng thời lỗ trống đi từ vùng P vượt
sáng lan truyền trong sợi quang. qua hàng rào thế năng vào vùng n (vùng
Δt = τ R − τ T (ps) c/ ảnh hưởng của tán sắc: tích cực). Điện tử đang ở mức năng
Tán sắc làm giãn xung gây ra sự chồng lượng cao EH dưới lực hút của hạt nhân
τT τR lấn giữa các xung làm hạn chế tốc độ nguyên tử nên có xu hướng quay về
bit và cự ly truyền dẫn. trạng thái ban đầu EL , khi điện tử từ
L mức năng lượng cao EH quay về mức
(km)
Sợi Câu 7: năng lượng thấp EL (điện tử và lỗ trống
quang tái kết hợp với nhau) sẽ phát ra một
b/ Các nguyên nhân gây ra tán sắc: photon ánh sáng.
- Tán sắc mode:
3
- + Photong ánh sáng có bước sóng: ∆E= a/ Đặc tuyến phát xạ:
EH - EL = h.f = h.c / ë + Đặc tuyến phát xạ ở đoạn đầu có
+ Tuỳ vào vật liệu làm bán dẫn P, n, N ( dạng tuyến tính, tức là khi dòng điện
EH, EL khác nhau làm ∆E khác nhau ) nên kích thích tăng thì công suất phát của P(mW P(mW
ánh sáng phát ra có bước sóng ë khác LED tăng. Đoạn sau là đoạn bão hoà, ) )
nhau. khi dòng tăng thì công suất bị bão hoà P ra
P
+ Vỡ EH và EL là dải năng lượng nên (không tăng nữa).
ánh sáng phát ra gồm nhiều bước sóng + Khi nhiệt độ làm việc (T) của LED O I(mA t
khác nhau. tăng O Ib ) O
I
+ Ánh sáng LED phát ra là ánh sáng + Độ dốc của đặc tuyến phát xạ của Is vào
không kết hợp. LED không lớn. (Ib +
Có 2 loại LED sử dụng trong TTQ + Công suất phát của LED nhỏ. Is )β
- phát xạ mặt SLED b/ Đặc tuyến phổ: t
- phát xạ cạnh ELED + Phổ phát xạ của LED là phổ đặc, có Nguyên lý: Khi có tín hiệu xoay chiều
dạng hình chuông, có công suất phát lớn đặt vào giữa cực gốc và cực phát của
Câu 8: Trình bày nguyên lý phát quang nhất tại bước sóng làm việc λ0. Trandistor làm thay đổi điện áp phân
và các tham số cơ bản của LED + Độ rộng phổ ∆λ được lấy ở mức cực thuận tiếp giáp BE, lớp tiếp tiếp
Trả lời: một nửa công suất, ∆λ tương đối lớn giáp BE phân cực thuận mạnh hay yếu
--> tán sắc nhiều. tùy thuộc vào điện áp tín hiệu nên dòng
cực phát Ie thay đổi theo điện áp tín
T1 < T2 < T3
P(mW) hiệu dẩn đến dòng Ic = áIe cũng thay
+ - T1 đổi theo qui luật của điện áp tín hiệu
T2 vào. Như vậy công suất áng sáng do
P N LED phát ra cũng thay đổi theo qui luật
T3
của điện áp tín hiệu vào.
Vùng P/P0 I(mA) Tín hiệu số
nghèo
+V
- -- E IKT
-
ngoài
Vùng 1 R4 Sợi
- --
E Eg dẫn ∆λ R1 quang
Vùng 0,
cấm T LE
Vùng hoá
+ ++
+ trị
5 λ (nm) D
+++
λ0 R2 T làm việc
R3
ở chế độ
P0 : Công suất phát xạ cực khoá
Cấu trúc cơ bản của LED là lớp tiếp đại (max = 1) P(mW) P(mW)
(thông/tắt
giáp P-N. Khi có điện trường ngoài kích ∆λ : độ số khác:
c/ Các tham rộng phổ )
thích các lổ trống ở bán dẩn P và các + λ0 ở 850nm và 1300nm.
điện tử ở bán dẩn N nhảy từ vùng hóa + Độ rộng chùm sáng LED phát ra lớn
1 0 1 0
trị lên vùng dẩn và trôi về miền tiếp --> tính định hướng kém --> hiệu suất I(mA) t
O
giáp ( vùng nghèo ) tại đây điện tử và lổ ghép ánh sáng giữa LED và sợi quang Ib O
O
trống kết hợp với nhau và bức xạ ra kém. 1 I vào
một photon . Để có số photon bức xạ + ánh sáng LED phát ra là ánh sáng 0
lớn người ta sử dụng cấu trúc dị thể không kết hợp, do đó công suất phát 1
kép tức là thêm 2 hay nhiều lớp vật nhỏ. t 0
liệu có độ rộng giải cấm lớn tạo nên
hàng rào dị thể khi đó mật dộ điện tử và Câu 9: Chức năng linh kiện:
lổ trống tại miền tiép giáp tăng lên rất Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lý hoạt R1,R2 tạo thành cầu phân áp, ổn định
cao chúng kết hợp với nhau cho công động mạch phát dùng LED với tín hiệu điểm làm việc tỉnh cho,R4: điện trở tải
suát áng sáng lớn. đưa vào điều chế là tín hiệu tương tự, LED: biến tín thiệu điện thành tín hiệu
tín hiệu số? quang
Trả lời: Tín hiệu tương tự Nguyên lý: Trandistor làm việc như một
+ -
Chức năng linh kiện: khóa điện tử khi tín hiệu vào ở mức cao
-R1, R2 tạo thành cầu phân áp, ổn định Trandistor thông có dòng Ic chạy từ +V
P N
điểm làm việc tỉnh cho Trandistor qua tiếp giáp EC về đất nên có dòng qua
-LED: biến tín hiệu điện thành tín hiệu LED ( LED sáng ), khi tín hiệu vào ở
Vùng
quang mức thấp Trandistor tắt không có dòng
nghèo
E ngoài
-R3 ổn định nhiệt cho Trandistor từ +V chạy qua R4 qua tiếp giáp EC nên
-- ---- Vùngdẫ
Eg LED tắt. Như vậy LED sẽ tắt và sáng
E Eg n
Eg Vùngcấ theo qui luật của tín hiệu số ở đầu vào.
P ++ + ++ hf
mm +V
+ Vùng hoá
Hàng ràoN dị Câu11:
trị LED Vẽ sơ đồ khối mạch phát dùng
thẻ R1 Sợi
IC quang LASER có ổn định công suất và ổn định
∼ nhiệt độ, trình bày nguyên lý hoạt động
IB
T của mạch?
Các tham số cơ bản của LED R2 T làm Trả lời:
R3
việc ở
chế độ 4
k/đại
- Do Laser rất nhạy với sự thay đổi của chíng lại tái hợp với nhau ngay trong các
nhiệt độ nên các mạch phát dùng Laser miền P+ và N+.
phải luôn luôn gắn liền với các mạch Trong trường hợp lý tưởng, mỗi photon
ổn định công suất và ổn định nhiệt độ. chiếu vào sẽ sinh ra một cặp điện tử và
Hình vẽ dưới đây là sơ đồ khối mạch lỗ trống và giá trị trung bình của dòng
phát dùng LASER có ổn định công suất điện ra tỷ lệ với công suất chiếu vào.
và ổn định nhiệt độ. Nhưng thực tế không phải như vậy, vì
một phần ánh sáng bị tổn thất do phản
xạ bề mặt.
Khả năng thâm nhập của ánh sáng vào
ổn định to các lớp bán dẫn thay đổi theo bước
Câu 13: Trình bày cấu tạo và nguyên sóng. Vì vậy, lớp P+ không được quá
lý tách sóng quang của photodiode PIN dầy. Miền I càng dầy thì hiệu suất
PD LD Sợi (PIN-PD)? lượng tử càng lớn, vì xác suất tạo ra các
Ip quang Trả lời: cặp điện tử và lỗ trống tăng lên theo độ
Mạch Cấu trúc cơ bản: dầy của miền này và do đó các photon
Ib có nhiều khả năng tiếp xúc với các
thiê Điẹn cực Điện
n áp vòng cực nguyên tử hơn. Tuy nhiên, trong truyền
IS
ánh sáng
Điện dẫn số độ dài của sung ánh sáng đưa
cực tới P I N (a vào phải đủ lớn hơn thời gian trôi Td
AGC
T/h Lớp
vòng + + ) cần thiết để các phần tử mang điện
chống
vào phản chạy qua vùng trôi có độ rộng d của
xạ miền I. Do đó, d không được lớn quá vì
E như thế tốc độ bit sẽ bị giảm đi.
Nguyên lý hoạt động: Eg Ec (b Khi bước sóng ánh sáng tăng thì khả
Tín hiệu đầu vào được đưa qua mạch ) năng đi qua bán dẫn cũng tăng lên, ánh
AGC có khả năng tự động điều chỉnh Ev sáng có thể đi qua bán dẫn mà không
hệ số k/đại, đầu ra của AGC có dòng IS E tạo ra các cặp điện tử và lỗ trống. Do
là dòng tín hiệu, dòng thiên áp I b từ (c đó, với các vật liệu phải có một bước
mạch thiên áp sẽ được cộng với dòng ) sóng tới hạn.
tín hiệu rồi đưa vào điều chế cường độ
Hình : Cấu tạo của PIN-
sáng của Laser. Nếu tín hiệu đầu vào là Photodiode (a), sơ đồ phân
Câu 14: Cho biết cấu tạo, nguyên lý
bit 0 thì công suất đầu ra của LD là Pb bố dải năng lượng (b) và tách sóng quang và bội của PhotoDiode
(c/s ánh sáng nền) rất nhỏ. Còn nếu tín sơ đồ phân bố điện trường quang thác APD
hiệu đầu vào là bit 1 thì công suất đầu (c) Trả lời:
ra của LD đạt giá trị cực đại (hình vẽ Cấu trúc cơ bản của APD :
dưới). - Nguyên lý hoạt động:
a/ ổn định công suất: ánh sáng phát ra từ Khi các photon đi vào lớp P+ có mức Điện Điện
Laser phần lớn được đưa vào sợi quang, năng lượng lớn hơn độ rộng của dải cực cực
cấm, sẽ sinh ra trong miền P+, I, N+ các vòng
một phần nhỏ thông thường được lấy
từ gương phụ của Laser và đưa tới bộ cặp điện tử và lỗ trống (chủ yếu ở lớp
ánh sáng P
tách quang PD để chuyển từ quang I). P+ +
Các điện tử và lỗ trống trong miền I
tới I P N
thành điện. Dòng điện này sẽ được sử
dụng làm cơ sở để giám sát và ổn định vừa được sinh ra bị điện trường mạnh
Lớp
công suất phát của Laser. hút về hai phía ( điện tử về phía N+ vì chống
+ Nếu Pra ↑→ P↑→ mạch ổn định giảm
I có điện áp dương, lỗ trống về miền P+ phản xạ
dòng Ib hoặc điều khiển mạch AGC để vì có điện áp âm).
giảm hệ số k/đại (IS) → Pra↓ . Mặt khác, các điện tử mới sinh ra trong
+ Ngược lại, nếu Pra ↓→ P↓→mạch ổn
I miền P+ khuếch tán sang miền I nhờ
định tăng dòng Ib hoặc điều khiển mạch gradien mật độ tại tiếp giáp P+I, rồi
chạy về phía N+ vì có điện áp dương và
AGC để tăng hệ số k/đại (IS) → Pra↑. E
lỗ trống mới sinh ra trong miền N+
b/ ổn định nhiệt độ: Trong khối LD có 1
khuếch tán sang miền I nhờ gradien mật
điện trở nhiệt và 1 bộ phận làm mát.
độ tại tiếp giáp N+I, rồi chạy về phía
Khi nhiệt độ Laser thay đổi sẽ làm cho
về miền P+ vì có điện áp âm.
điện trở nhiệt có giá trị thay đổi, điện
Tất cả các phần tử này sinh ra ở mạch
trở nhiệt được gắn liền với 1 mạch
ngoài một dòng điện và trên tải một
điện sẽ làm cho dòng điện thay đổi.
điện áp.
Dòng điện này được đưa vào 1 bộ so
Có một số điện tử và lỗ trống không
sánh và cho ra dòng điện giám sát.
P(mW) P(mW) tham gia vào quá trình tạo ra dòng điện
Nhiệm vụ của mạch ổn định nhiệt độ
ngoài, vì chúng được sinh ra ở miền P+
là căn cứ vào giá trị của 1 0 điện giám
dòng 1 0 1 Sơ đồ phân bố điện trường theo các lớp
và N+ ở cách xa các lớp tiếp giáp P+I và
sát để điều khiển bộ phận làm mát ổn - Nguyên lý hoạt động:
N+I không được khuếch tán vào miền I
định nhiệt độ của Laser.
P Do APD được đặt một điện áp phân
(do ở khoảng cách xa hơn độ dài
I(mA)b P t khuếch tán của động tử thiểu số), nên cực ngược rất lớn, tới hàng trăm vôn,
O cho nên cường độ điện trường ở miền
Ib In O b
O điện tích không gian tăng lên rất cao.
g
1 I vào
0 Pb : công 5
Ib + suất ánh
1 sáng nền
Is
t 0
- Do đó, khi các điện tử trong miền I di 2 2e.Id .B víi PIN - PD
chuyển đến miền thác PN+ chúng được id = 2+ x
tăng tốc, va chạm vào các nguyên tử 2e.M .I d .B víi APD
giải phóng ra các cặp điện tử và lỗ + Nhiễu do ánh sáng nền: là do công
trống mới, gọi là sự ion hoá do va suất ánh sáng nền gây ra.
chạm.
Các phần tử thứ cấp này đến lượt mình
lại tạo ra sự sự ion hoá do va chạm η.e
thêm nữa, gây lên hiệu ứng quang thác 2 2e.h.f .PB .B víi PIN - PD
và làm cho dòng điện tăng lên đáng kể. ib =
Thông qua hiệu ứng quang thác này mà 2e.η.e.M 2+ x .P .B víi APD
với cùng một số lượng photon tới, APD h.f
B
giải phóng ra các điện tử nhiều hơn rất
PB: công suất ánh sáng nền
nhiều lần so với PIN-Photodiode.
M: hệ số bội của APD.
x: hệ số tạp âm của APD (0≤ x≤ 1)
Câu 15
b/ Nhiễu nhiệt:
Trình bày các loại nhiễu trong máy thu
Nguyên nhân: tại 1 nhiệt độ nhất
tín hiệu quang ?
định, điện tử chuyển động ngẫu nhiên
Trả lời:
trong vật dẫn. Nếu vật dẫn là 1 điện
Trong máy thu tín hiệu quang, nhiễu
trở thì sự chuyển động ngẫu nhiên của
nổ và nhiễu nhiệt là 2 nguyên nhân
điện tử sẽ làm cho giá trị của điện trở
chính gây ra sự thăng giáng dòng điện,
thay đổi và làm cho dòng điện chạy qua
ngay cả khi công suất tín hiệu thu được
điện trở bị thăng giáng.
không đổi.
2 4k .T .B
I (t ) = I + i (t ) in =
RL
I : giá trị trung bình của I
k: Hằng số Boltzman
i(t) : i nhiễu
T: Nhiệt độ tuyệt đối
I(t RL: điện trở tải
) B: độ rộng băng tần
I - Nhiễu nhiệt khi có tính đến cả mạch
i(t tiền k/đại có giá trị như sau:
t 2 4k .T .B
)
in = .F
a/ Nhiễu nổ: RL
- Dòng điện trong máy thu tín hiệu với F là hệ số nhiễu do mạch tiền
quang là dòng các điện tử được tạo ra k/đại gây ra.
tại các thời điểm ngẫu nhiên.
Với Pin = const, ta có:
I(t) = IP + iS(t)
I(t): dòng điện trong máy thu
IP: dòng trung bình (IP = R.Pin)
iS(t): dòng thăng giáng do nhiễu nổ
gây ra.
Nhận xét:
+ iS(t) là 1 quá trình ngẫu nhiên
+ Dòng nhiễu trung bình bình phương:
2
i S = 2e.I P .B
B: băng tần nhiễu hiệu dụng
e: điện tích của điện tử
- Nhiễu nổ được chia làm 3 loại:
+ Nhiễu lượng tử: là nhiễu nổ do chính
dòng tách quang gây ra.
2 2e.I P .B víi PIN − PD
iS = 2+ x
=
2e.M .I P .B víi APD
η.e
2e.
h.f in
.P .B
=
2e. η.e .M 2+ x .P .B
h.f
in
+ Nhiễu dòng tối: là nhiễu do dòng rò
của PD gây ra.
6
nguon tai.lieu . vn
