Ổ
Ề Ệ Ố
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S IỢ QUANG
GENERAL INFORMATION ON COMMUNICATION
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
N I DUNG:
Ộ
ặ
ể
ơ ả
ạ ộ
ủ ệ ố
Ư
ủ ệ ố
ế
+ Các đ c đi m c b n và nguyên lý ho t đ ng + Nguyên lý ho t đ ng c a h th ng ạ ộ + u khuy t đi m c a h th ng ể + Máy phát quang + Máy thu quang + Truy n d n ề ẫ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
A. PH N H TH NG
Ệ Ố
Ầ
A.1 C u trúc và các thành ph n trong h th ng thông tin s i quang ệ ố ấ ầ ợ
ng thì tên ườ
ọ ủ
ườ
ố
ng
Thông th g i c a m t h th ng ộ ệ ố thông tin g n li n v i ớ ề ắ ng truy n d n. môi tr ẫ ề Vì v y mà đ i v i h ố ớ ệ ậ th ng thông tin s i ợ quang thì môi tr ườ truy n d n chính là cáp ẫ ề s i quang. ợ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
A. PH N H TH NG
Ệ Ố
Ầ
ấ
ệ ố
A.2 C u trúc và các thành ph n trong h th ng thông tin ầ s i quang ợ
ơ ồ ệ ố ượ
ư ủ ư ệ
ể ế
ư
. c mô t S đ nguyên lý ho t đ ng c a h th ng đ ạ ộ ả c đ a vào b bi n đ i đi n- nh hình 1.1. Tín hi u đi n đ ệ ổ ộ ế ượ ệ quang (E/O) đ bi n thành tín hi u quang. Sau đó tín hi u ệ ệ c đ a vào s i d n quang đ quang mang thông tin này đ ể ợ ẫ ượ truy n đ n phía thu ế ề
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
A. PH N H TH NG
Ệ Ố
Ầ
ợ ổ ế ệ ấ
ng đ -tách sóng tr c ti p (IM-DD) bao g m ố ự
ng ế ườ ầ ườ ầ
H th ng thông tin s i quang hi n nay ph bi n nh t là h ệ ố ệ th ng đi u ch c ồ ế ộ ề ph n phát quang các thành ph n chính là , môi tr . truy n d n ề ẫ và ph n thu quang ầ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
A. PH N H TH NG
Ầ ặ
ạ ộ ể
Ệ Ố A.3 Đ c đi m và nguyên lý ho t đ ng ườ
ề
+. Phân lo i theo môi tr ng truy n → có hai lo i: ạ ạ H th ng thông tin s i quang (Fiber Optic Communication System-FOCS):
ệ ố
ợ truy n tín hi u ánh sáng qua môi tr
ng s i quang
ề
ệ
ườ
ợ
H th ng thông tin quang không gian (Space Optic Communication System-
ệ ố
ng không gian
ườ
SOCS): truy n tín hi u ánh sáng qua môi tr ệ FOCS r t ph bi n → ch nghiên c u FOCS
ỉ
ứ
ề ổ ế
ng đ -tách sóng tr c ti p (IM-DD)
ộ
ế
ề
ự
ạ
ơ
ế
ạ
ạ
ộ
ế
ấ +. Phân lo i theo pp tách sóng → có hai lo i: ạ ạ Đi u ch c ế ườ Tách sóng k t h p (Coherence) ế ợ +. Phân lo i theo s kênh → có hai lo i: ạ ố Đ n kênh Đa kênh: WDM, OTDM, SCM, WDM-SCM… +. Phân lo i theo b khu ch đ i → có hai lo i: ạ Tuy n không có khu ch đ i quang ạ Tuy n có khu ch đ i quang ế
ế ế
ạ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
Ầ
ạ ộ
B. PH N PHÁT QUANG B phát quang: bi n đ i và mã hóa thông tin sang d ng các ế tín hi u đi n t
và phát đi trên h th ng truy n d n. ệ ố ệ ự ộ ệ ề ẫ
ạ
ng E và E đ ứ ể ượ ượ c trình bày nh ư
B.1 Nguyên lý phát x ánh sáng Quá trình chuy n m c năng l trên hình B.1
ồ ử ụ
(Light đ u vào
, thi t b phát s bi n đ i thành tín (Diod Laser). Tín hi u đi n ự ệ ẽ ế ế ị ệ ở ầ ổ
a) Cân b ng nhi
c) Phát x t
phát
ằ
t ệ
b) H p thấ
ụ
ạ ự
Ngu n phát quang s d ng diode phát quang LED Emitting Diode ho c LDặ d ng s ho c t ng t ố ở ạ ặ ươ hi u quang t ng ng. ứ ươ ệ H t mang ạ
d) Phát x khích ạ thích ể
Hình B.1 M c năng l ng và các quá trình d ch chuy n. ứ ượ ị
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
B. PH N PHÁT QUANG
Ầ
c sóng ánh sáng phát x đ ng t ơ ọ ượ , b ử ướ ạ ượ
Theo c h c l c tính theo công th c:ứ
Trong đó, h = 6,625.10-34js (h ng s Planck) ằ ố
c = 3.108 là v n t c ánh sáng ậ ố
ấ
ng ng là m c năng l tr ng ng ượ ứ
ạ
c trình bày nh trên hình 1.5 Quá trình h p th đ ư ụ ượ trong đó E1 và E2 t ở ạ ứ ươ thái n n và ề tr tr ng thái kích thích c a h t mang trong môi ủ ở ạ ng h p th . ụ ấ ườ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
A. PH N PHÁT QUANG
Ầ
B.2 Ngu n phát quang bán d n ồ ẫ
ồ c s d ng ph bi n trong h ệ ổ ế ử ụ ượ ẫ
ố ợ
Ngu n phát quang bán d n đ th ng thông tin s i quang. Có hai lo i ngu n phát quang ph bi n là LED và Laser Diode. ổ ế ạ ồ
B.2.1 M i n i p-n ố ố
ng đ ố ượ
c g i ọ c đ a ra bên ngoài m t cách hi u ệ
ế ườ ộ ư t b ghép nh th u kính ho c s i quang. Ph n c t lõi t o ra ánh sáng là ti p giáp p-n và th ạ là l p tích c c, ánh sáng đ ự qu nh thi ế ị ượ ư ấ ầ ớ ả ặ ợ ờ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
B. PH N PHÁT QUANG
Ầ
B.2.2 Ngu n phát quang bán d n ồ ẫ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
B. PH N PHÁT QUANG
Ầ
B.2.3 C u trúc d th ị ể ấ
ị ể ạ ộ ộ ậ ệ
ộ ấ ấ t đ phòng có c u trúc d th . ị ể ấ ng ượ i ta còn g i là m i ố ọ
i m i n i d th khác nhau nên
Laser diode ho t đ ng nhi ệ ộ ở M t c u trúc d th là m t m i n i c a 2 v t li u có năng l ố ố ủ vùng c m (bandgap) khác nhau. Do đó, ng n i d th . Do m c năng l ố ị ể ượ s xu t hi n đi m nh y trong d i hoá tr nh hình v . ẽ ấ ẽ ườ ố ố ị ể ị ư ng t ạ ả ứ ể ệ ả
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
B. PH N PHÁT QUANG
Ầ
ấ
ạ
ị ệ
ả
ạ
ạ
ơ ồ
ng
Hình 1.7 C u trúc d th kép: (a) S đ hình ị ể ấ h c và (b) gi n đ năng l ả ọ
ượ
ồ
C u trúc d th kép có kh ả ị ể năng giam các h t mang di. Khi ạ các h t mang và các phô tôn cùng b giam m t cách hi u ộ qu trong l p ho t đ ng thì các ạ ộ ớ ng tác m nh h t mang s t ẽ ươ ạ vào các phô tôn nên t o công su t quang ra l n ớ ấ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
B. PH N PHÁT QUANG
Ầ
B.2.4 LED
c ượ
LED là ngu n phát ra ánh sáng không k t h p khi chúng đ phân c c b ng đi n áp thu n ho c ngu n dòng. ồ ự ằ ế ợ ồ ệ ậ ặ
ộ ộ ế ợ ổ ủ
ộ ấ ủ ộ ơ
ạ ộ
ươ ứ ươ ấ ạ ặ ạ ạ ả
Phát ra ánh sáng không k t h p. Đ r ng ph c a LED cũng ph ụ thu c vào c u trúc c a b ghép quang, n i mà ánh sáng phát ra t ừ ng ng l p ho t tính. Có c u trúc b ghép quang khác nhau t ớ v i Diode phát x m t và phát x c nh. Không có g ng ph n ớ x . Có ph r ng vài ch c nm. ạ ổ ộ ụ
ộ ộ ổ ủ ấ ộ
ủ ộ ươ ứ ộ
Đ r ng ph c a LED cũng ph thu c vào c u trúc c a b ghép ụ ng ng quang, có hai ki u c u trúc b ghép quang khác nhau t ể ấ v i Diode phát x m t và phát x c nh. ạ ặ ớ ạ ạ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
B. PH N PHÁT
Ầ
B.2.4 Nguyên lý phát x ánh sáng ạ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
B. PH N PHÁT Ầ B.2.5 LASER
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
C. PH N THU Ầ
ặ ể
i đ u ra ụ ệ c t ậ ượ ạ ầ
S đ kh i t ng quan c a máy thu quang
ố ổ
ơ ồ
ủ
C.1 Đ c đi m chung c a máy thu quang ủ Có nhi m v chuy n đ i tín hi u quang nh n đ ổ ể c a s i quang thành tín hi u đi n ban đ u ầ ủ ợ ệ ệ ệ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
C. PH N THU Ầ
ộ ậ
ệ
ộ ề
ề ử ụ ự ế ệ ng đ -tách sóng tr c ti p (IM-DD). ợ ộ ệ ố ợ ng pháp đi u ch c ế ườ ườ ượ ở
ằ ạ ộ
ế ị ế ự ự ế ị ủ ạ ộ
ụ ủ ễ ệ
) c a tín hi u
b tách sóng quang.
ấ ỏ
ạ ộ ể
c v n t c nh t đ nh. ườ ướ ẫ ố ể ỏ ấ ị B ghép t p trung tín hi u quang vào b tách sóng quang ệ H th ng thông tin s i quang hi n này đ u s d ng ph ươ ng h p này đ B tách sóng trong tr c th c hi n b i m ch ộ quy t đ nh nh m phát hi n bít 1 hay bít 0 d a vào biên đ tín ệ hi u đ n. Tính chính xác c a m ch quy t đ nh ph thu c vào ệ t s tín hi u trên nhi u SNR (signal noise rate ỉ ố ệ đi n thu đ c t ượ ừ ộ ệ Đ nh y máy thu: là công su t quang trung bình nh nh t ấ ạ ộ ng đ th a m n BER (Bit đ máy thu đ ho t đ ng bình th ạ ể Error Rate) <10-14 cho tr
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
D. PH N TRUY N D N
Ầ
Ẫ
Ề
D.1 Hi n t ng ph n x toàn ph n ệ ượ ả ạ ầ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
D. PH N TRUY N D N
Ầ
Ẫ
Ề
Đi u ki n đ x y ra hi n t ể ả ệ ượ ệ ề ng ph n x toàn ph n: ạ ả ầ
ng có chi t su t l n h n sang ừ ả ế ấ ớ ơ
Các tia sáng ph i đi t môi tr ng có chi t su t nh h n ườ môi tr ấ ườ ỏ ơ ế
ả ớ ơ i h n ớ ạ
n
Góc t ớ ủ D.2 Kh u đ s i c a tia sáng ph i l n h n góc t ẩ ộ ố
q sin0 đ i
ượ ọ c g i là kh u đ s ( ẩ ộ ố NA) c a s i. Nó đ c tr ng kh ả ủ ợ ư ặ
năng t p trung ánh sáng vào s i ợ ậ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
D. PH N TRUY N D N
Ầ
Ẫ
Ề
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
D. PH N TRUY N D N
Ầ
Ẫ
Ề
ợ
(cid:246) (cid:230)
(cid:247) (cid:231)
=
a
log
(cid:247) (cid:231)
D.3 Suy hao trên s i quang 10 L ł Ł
P IN P OUT
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
D. PH N TRUY N D N
Ầ
Ẫ
Ề
D.3 Suy hao trên s i quang ợ
ạ
Suy hao tín hi u do t p ch t h p th ệ ấ ấ ạ ụ Suy hao tín hi u do v t li u h p th ậ ệ ệ ụ ấ h p th Suy hao tín hi u do đi n t ụ ệ ử ấ ệ Suy hao do tán x rayleigh Suy hao do u n cong s i ợ ố Suy hao l p v và lõi ỏ ớ
T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN S I QUANG
Ề Ệ Ố
Ợ
Ổ
Ề
D. PH N TRUY N D N D.4 Tán s c trong h th ng thông tin s i quang ệ ố
Ầ ắ
Ẫ ợ
ắ ự ề ệ
ẫ ụ ồ ệ
ắ ậ ệ ộ ạ ắ ắ ồ ắ ố
Tán s c là s giãn r ng xung tín hi u khi truy n d n trên s i quang gây nên méo d ng tín hi u làm bên thu khó ph h i tín ợ hi u. Tán s c g m tán s c mode, tán s c v t li u và tán s c ng ệ d n sóng ẫ
