HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
BÀI GIẢNG MÔN
CƠ SỞ TRUYỀN THÔNG CƠ SỞ TRUYỀN THÔNG SỢI QUANG SỢI QUANG
Bộ môn:
Thông tin quang - Khoa VT1
Năm biên soạn:
2010
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
GIỚI THIỆU MÔN HỌC
Thời lượng môn học:
4ĐVHT (37LT + 3KT + 10TH)
Mã học phần: 311TTQ361 Mục tiêu:
Nắm được kiến thức cơ bản về kỹ thuật thông tin quang: quá trình phát tín hiệu quang, cách thức xử lý tín hiệu quang và việc truyền tín hiệu đi trên sợi quang
Hiểu được hoạt động truyền tin của một hệ thống thông tin
sợi quang
Nắm được những kiến thức cơ sở làm tiền đề để sinh viên tự nghiên cứu, tìm hiểu được những vấn đề mới về kỹ thuật thông tin quang
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 2
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
NỘI DUNG
Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang
1
Sợi quang
2
Bộ phát quang
3
Chương Chương
Bộ thu quang
4
5
Một số vấn đề trong thiết kế truyền TTQ đơn kênh điểm – điểm Một số vấn đề trong thiết kế truyền TTQ đơn kênh điểm – điểm
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 3
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
GIỚI THIỆU MÔN HỌC
Tài liệu tham khảo
Cở sở truyền thông sợi quang, Bài giảng HVCNBCVT, 2010 G. Keiser, Optical Fiber Communications, 3rd edition, 2001. G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication System, 3rd edition,
John Wiley & Sons, 2002.
M. Ming & K. Liu, Principles and Applications of Optical
Communications, 2rnd edition, 2001.
D. K. Mynbaev & L. L. Scheiner, Fiber-Optic Communications
Technology, Prentice Hall, 2001.
Vũ Văn San, Hệ thống thông tin quang, NXB Bưu điện, 2008. Hoàng Ứng Huyền, Kỹ thuật thông tin quang, NXB Bưu điện. Trần Hồng Quân, Hệ thống thông tin sợi quang, NXB KHKT, 1993.
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 4
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
GIỚI THIỆU MÔN HỌC
Yêu cầu và đánh giá
Chuyên cần (10%): đi học đầy đủ và có thái độ tích cực trong
các buổi học trên lớp
Kiểm tra (15%): tham gia ít nhất 1 bài kiểm tra và điểm kiểm
tra khác 0
Thực hành (15%): đi thực hành đầy đủ, đúng nhóm và nắm
được yêu cầu tối thiểu của các bài thực hành
Thi kết thúc (60%)
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 5
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
NỘI DUNG
Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang
1
Sợi quang
2
Bộ phát quang
3
Chương Chương
Bộ thu quang
4
Khuếch đại quang và kỹ thuật WDM
5
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 6
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TTQ
Lịch sử phát triển hệ thống thông tin quang Mô hình chung của hệ thống thông tin quang
Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống thông tin quang Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang
Một số vấn đề quang vật lý cơ bản trong kỹ thuật thông tin
quang Một số vấn đề cơ bản về ánh sáng Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 7
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN (1)
Tõ xa xa con ngêi ®· biÕt sö dông c¸c ph¬ng ph¸p nh: löa, khãi hoÆc cê hiÖu ®Ó truyÒn tin.
ế Dùng ti ng nói
Dùng đu cố
Dùng khói
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 8
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN (2)
®iÖn b¸o quang ë thÕ kû 18:
Claude Chappe (1763-1805): ph¸t minh ra ®iÖn b¸o nhin b»ng
m¾t (seemapho).
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 9
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN (3)
1870: ThÝ nghiÖm J ohn Tyndall 1954: Sîi quang 2 líp (néi soi): A.C.S. Van Heel, H.H. Hopkins vµ N.S.
Kanapy
giíi h¹n lý thuyÕt) (Corning Glass)
1960: LD b¸n dÉn ®Çu tiªn (IBM, Lincoln Lab) 1966: Sîi quang ®Çu tiªn, suy hao: 1000dB/km (Corning Glass) 1970: Sîi quang, suy hao: 20dB/km (Corning Glass): Kao vµ Hockham 1970: LD ho¹t ®éng nhiÖt ®é phßng 1975: Sîi quang, suy hao: 2dB/km (Corning Glass) 1976: LD b¸n dÉn ë (cid:0) =1,3(cid:0) m vµ 1,55(cid:0) m 1976: Sîi quang, suy hao: 0,5dB/km ë (cid:0) =1,3(cid:0) m (NhËt B¶n) 1979: Sîi quang, suy hao: 0,2dB/km ë (cid:0) =1,55(cid:0) m (NhËt B¶n) 1982: Sîi SM, suy hao 0,16 dB/km ((cid:0) 1986: EDFA ®Çu tiªn 1988: HÖ thèng c¸p biÓn ®Çu tiªn vît §¹i T©y D¬ng vµ Th¸i B×nh D¬ng
(565Mb/s)
1989: LD b¸n dÉn phæ cùc hÑp
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 10
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN (4)
1977: sîi ®a mode (850nm,
IM/DD) 45-90 Mb/s.
1980: sîi ®¬n mode (1300nm,
IM/DD) 140-280 Mb/s.
1984: sîi ®¬n mode (1550nm,
coherent) 2,5 Gb/s.
1992: sîi ®¬n mode/DWDM (C-
band, IM/DD) 400 Gb/s.
2001: sîi ®¬n mode/DWDM+RA
(C&L band, IM/DD) 2400 Gb/s
Nhu cÇu vÒ truyÒn dÉn quang t¨ng lªn nhanh chãng, dung lîng hÖ thèng ph¸t triÓn m¹nh kho¶ng sau 1992.
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 11
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN (5)
Mét sè hÖ thèng quang biÓn quèc tÕ:
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 12
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN (6)
Mét sè hÖ thèng quang biÓn quèc tÕ:
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 13
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN (7)
HÖ thèng quang biÓn quèc tÕ SE-WE-ME:
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 14
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ (1)
. Gåm 2 lo¹i hệ thống:
H÷u tuyÕn (Guided)
V« tuyÕn (Unguided)
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 15
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ (2)
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 16
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ (3) C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n: Sîi quang: Kªnh truyªn dÉn
- Suy hao ~ 0.2 dB/km - T¸n s¾c g©y d·n xung quang khi lan truyÒn
Tín hiệu điện
Bộ điều khiển
Bé ph¸t quang: E/O
Tín hiệu quang đầu ra
Bộ điều chế
Nguồn quang
Bộ ghép quang
Mạch điều khiển
Tín hiệu quang đầu vào
Tín hiệu điện đầu ra
Bé thu quang: O/E
Bộ ghép quang
Bộ tách sóng quang
Bộ giải điều chế
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 17
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
g n ß d o ¹ t
MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ (4) M¸y ph¸t quang:
.
Ó ® Õ h c u Ò ®i c î
) L g n ¨ B & C g n ¨ B = m n 0 2 6 1
(cid:0)
® D L g n ß d : )
M
0 2 5 1 ( z H T 0 0 2
I ( p Õ
(cid:0)
g n a u q g n a m g n ã s a r o ¹ T : ) D E L /
i t c ù
www.ptit.edu.vn Trang 18
g n a u q t BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Ý b g
r
5 8
) i µ o g n Õ h c u
t
R
n
1
E
Ò
å
Õ
g
S
u
l
h
®i
n
A
c
o
a
é
L
¹
(
t
b
u
m
g
Ò
n
Õ
g
n
h
n
Ç
®i
a
c
c
ã
u
t
s
q
u
g
Ë
è
n
u
Ò
n
s
«
h
å
t
h
®i
n
u
k
ü
g
(
é
Ç
t
K
T
N
B
i
•
b
•
•
•
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ (5) Kªnh th«ng tin:
. i
h n ª k h n g n é ®
i
µ d u Ò h c g n æ
t
ï
Õ h c n ¹ h m µ
,
.
A O é b
t ¹ o h ) m n 0 5 5 1 g n v ë B d 2 0 ( p Ê h t o a h y
l g n ò c n Õ y u t i h p g
www.ptit.edu.vn Trang 19
u h c o e h t ï b c î ® o a h y u S : i î s a ñ c o a h y u s i ë b n ¹ h BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 i í i g Þ
c
u
n
b
s
ø
Æ
n
o
ã
u
É
c
h
v
Ö
i
p
M
n
h
S
É
Æ
c
l
¸
d
g
c
n
m
n
µ
a
Ò
v
Æ
u
y
r
.
t
q
c
u
n
r
i
i
g
t
î
¾
t
s
i
n
s
l
g
»
c
n
n
ù
¸
b
¸
«
C
C
T
ú
h
•
t
•
k
•
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ (6) M¸y thu quang:
9 - 0 1 < u Ç c u ª y R E B
ã ® o µ n t Ê u s g n « c c ø m
i
n Ö ®i
i
i
. n Ö ®i h n µ h t g n a u q i æ ® n Õ B
t i b g n å u
l
www.ptit.edu.vn Trang 20
: i ç l ã c u h t y ¸ m n Õ ® n É d µ v u Ô h BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 n ã c
: ) D
t é m u Ó h t i è t n Ç c u h t y ¸ m c ¸ c ¶ c
i
t
P
¹
n
l
Ê
A
Ò
t
o
/
y
¹
:
t
u
N
c
I
r
î
t
Õ
P
(
h
®
h
c
n
g
g
×
n
u
.
n
r
)
t
a
é
Ò
u
¸
u
®
h
u
q
®i
t
t
q
I
¹
h
y
¶
o
¹
c
i
g
¸
h
h
n
t
g
n
o
é
é
r
Ó
é
§
B
B
T
§
•
•
•
•
(
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
MÔ HÌNH CHUNG CỦA HT TTQ (7)
Ưu ®iÓm của HT TTQ:
. Suy hao thÊp
. §é réng b¨ng tÇn lín
. Träng lîng nhÑ
. Kh«ng bÞ ¶nh hëng bëi ®iÖn tõ trêng ngoµi
. Kh«ng g©y xuyªn ©m
. TÝnh b¶o mËt cao
. Chi phÝ tiÕt kiÖm
Nhược ®iÓm của HT TTQ: . Khã kh¨n trong ghÐp nèi
. Kh«ng sö dông t¹i vïng bÞ chiÕu x¹
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 21
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN (1)
C¬ së quang vËt lý:
¸nh s¸ng võa cã b¶n chÊt h¹t võa cã b¶n chÊt sãng.
N¨ng lîng cña 1 photon: E=hf
trong ®ã: h h»ng s è Plank, f tÇn s è ¸nh s ¸ng f = c/(cid:0)
o
(cid:0)
o bíc s ãng ¸nh s ¸ng trong ch©n kh«ng
¸nh s¸ng truyÒn trong m«i trêng cã chiÕt suÊt n víi vËn
tèc v = c/n.
Trong m«i trêng ®ång nhÊt, ¸nh s¸ng truyÒn th¼ng
Khi gÆp bÒ mÆt ph©n c¸ch gi÷a hai m«i trêng: mét
phÇn ph¶n x¹ cßn mét phÇn khóc x¹
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 22
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN (2)
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 23
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN (3)
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 24
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN (4)
C¬ së quang vËt lý:
HiÖn tîng khóc x¹ tu©n theo ®Þnh luËt Snell:
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 25
BÀI GIẢNG MÔN
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG
MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN (5)
C¬ së quang vËt lý:
HiÖn tîng ph¶n x¹ toµn phÇn :
C¬ së truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang
(cid:0)
www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 26
