CÂU HỎI KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG 1

Chia sẻ: Nguyen Minh Duc | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

559
lượt xem 69
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Câu 1.1: Cho biết các ưu điểm cơ bản của hệ thống thông tin quang so với các hệ thống truyền dẫn cáp kim loại? Trả lời: + Suy hao truyền dẫn rất nhỏ. + Băng tần truyền dẫn rất lớn. + Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ. + Có tính bảo mật tín hiệu thông tin. + Có kích thước và trọng lượng nhỏ. + Sợi có tính cách điện tốt. + Tin cậy và linh hoạt. + Sợi được chế tạo từ vật liệu rất sẵn có, giá thành rẻ....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CÂU HỎI KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG 1

KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG 1 - Sợi có chỉ số chiết suất thay đổi (GI: Câu 4.1: LOẠI CÂU 1 ĐIỂM: Graded Index). Cho biết khái niệm khẩu độ số của sợi + Theo mode truyền trong sợi: quang, viết công thức tính khẩu độ số của - Sợi đơn mode (SM: Single Mode). Câu 1.1: sợi đa mode chiết suất phân bậc (MM-SI)? Cho biết các ưu điểm cơ bản của hệ thống - Sợi đa mode (MM: Multi Mode). Trả lời: thông tin quang so với các hệ thống truyền + Theo vật liệu chế tạo sợi quang: - Sợi thuỷ tinh: suy hao bé nhưng dễ gãy, a/ Khái niệm: Khẩu độ số của sợi quang là dẫn cáp kim loại? đại lượng đặc trưng cho khả năng ghép ánh Trả lời: ứng dụng trong viễn thông. + Suy hao truyền dẫn rất nhỏ. - Sợi chất dẻo: suy hao lớn nhưng dễ uốn, sáng giữa nguồn quang và sợi quang. b/ C/thức tính khẩu độ số của sợi MM- + Băng tần truyền dẫn rất lớn. ứng dụng trong y tế. + Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ. - Sợi có lõi bằng thuỷ tinh, vỏ bằng chất dẻo. SI: + Có tính bảo mật tín hiệu thông tin. NA  n12  n 2 2 + Có kích thước và trọng lượng nhỏ. Câu 3.1: + NA càng lớn thì công suất ghép càng lớn. Trình bày các yêu cầu đối với mạch tiền + Sợi có tính cách điện tốt. + NA không đổi khi bán kính thay đổi. khuếch đại? + Tin cậy và linh hoạt. + Sợi được chế tạo từ vật liệu rất sẵn có, Trả lời: Câu 5.1: + Phải có khả năng k/đại tín hiệu đầu vào giá thành rẻ. Cho biết khái niệm khẩu độ số của sợi có biên độ nhỏ (do tín hiệu đầu ra của bộ quang, viết công thức tính khẩu độ số của Câu 2.1: tách sóng quang có giá trị rất nhỏ). sợi đa mode chiết suất graded (MM-GI)? Trình bày cấu tạo chung và phân loại sợi + Tạp âm gây ra phải nhỏ (do chất lượng Trả lời: quang? của bộ tiền k/đại sẽ quyết định đến chất a/ Khái niệm: Khẩu độ số của sợi quang là Trả lời: lượng máy thu). a/ Cấu tạo: sợi quang có cấu trúc dạng hình + Trở kháng vào của mạch phải lớn (để đảm đại lượng đặc trưng cho khả năng ghép ánh sáng giữa nguồn quang và sợi quang. trụ, chế tạo từ vật liệu dẫn quang gồm có 2 bảo phối hợp trở kháng với điện trở tải). b/ C/thức tính khẩu độ số của sợi MM- lớp: + Băng tần k/đại phải lớn (do tín hiệu + Lớp lõi: có dạng hình trụ tròn, bán kính a, truyền trên sợi quang có tốc độ bit rất lớn). GI: NA  n 2 (r )  n 2 2 chiết suất n1. Xuất phát từ các yêu cầu trên nên các + Lớp vỏ: có dạng hình ống, đồng tâm với mạch tiền k/đại thường được chế tạo từ các + NA phụ thuộc vào bán kính r. lõi, đường kính d, bán kính n2 (n2 < n1). Transistor hiệu ứng trường (FET). + Tại lõi: r=0 --> NA(0)=max Vỏ n2 n2 d r tăng --> n(r) giảm --> NA giảm n1 a Lõi n1 r=a --> n(r) = n2 --> NA=0 b/ Phân loại: + Theo chỉ số chiết suất: - Sợi có chỉ số chiết suất phân bậc (SI: Step Index). 1 linhdh79@yahoo.com
Tần số ánh sáng: 3.10 8 c  1,94.1014 ( Hz) f  6  1,55.10 Năng lượng Photon: Câu 6.1: 34 20 14 Vẽ mặt cắt chỉ số chiết suất và đường E  hf  6,625.10 .1,94.10  12,85.10 ( J ) cong tán sắc tổng của sợi đơn mode thông Câu 8.1: thường, sợi tán sắc dịch chuyển và sợi tán Cho một hệ thống thông tin quang có suy Câu 9.1: hao sợi quang 1,5 dB/km, chiều dài tuyến là Viết công thức tính số mode lan truyền của sắc phẳng? 50km, công suất phía phát là 1mW. Biết rằng một sợi quang chiết suất phân bậc (SI) và sợi Trả lời: sợi quang cứ 5km thì có 1 mối hàn và có 2 quang chiết suất graded (GI). Số mode lan a/ Mặt cắt chỉ số chiết suất: connector ở 2 đầu. Suy hao một mối hàn là truyền trong sợi quang phụ thuộc vào các n n n 0,2dB, suy hao một connector là 0,5dB. Tính tham số nào? công suất nhận được ở phía thu? Trả lời: Trả lời: a/ Công thức tính số mode lan truyền trong 1 a= 1,5 dB/km r r r sợi SI: L=50 km Sợi thường Sợi dịch tán sắc Sợi tán sắc phẳng V2 M SI  l=5 km b/ Đường cong tán sắc tổng: 2 PT = 1mW = 10lg1= 1dBm tán sắc (ps/nm.km) b/ Công thức tính số mode lan truyền trong 1 tán sắc vật aS = 0,2dB/s sợi GI: liệu a = 0,5dB/c tán sắc tổng SM C V2 PR = ? M GI  1550nm  (nm) 0 4 Bg: 1300nm Sợi tán sắc phẳng c/ Để biết số mode lan truyền trong sợi Ta có suy hao tổng toàn tuyến: quang phụ thuộc vào các tham số nào, ta xét: A  n c .a c  n s .a¸  L.a (dB) M phụ thuộc vào V, tham số truyền dẫn V tán sắc ống dẫn sóng Sợi dịch tán sắc Trong đó: lại phụ thuộc vào bán kính sợi quang a và Câu 7.1: Số connector nc = 2. tham số NA vì: Tính tần số ánh sáng và năng lượng  L   50  photon tương ứng với bước sóng 1,55m. Số mối hàn nS =  l  1   5  1  9 2 .a.NA V     Cho hằng số Plank h=6,625.10-34 J.s và vận Vậy: A = 2x0,5+9x0,2+50x1,5 = 77,8 (dB) mà khẩu độ số NA lại phụ thuộc vào các 8 tốc ánh sáng trong chân không c=3.10 m/s? Khi đó, công suất nhận được ở phía thu chiết suất n1 và n2. Vậy tóm lại, số mode phụ Trả lời: là: thuộc vào vật liệu chế tạo sợi quang và -6  = 1,55 m = 1,55.10 m PR (dBm) = PT (dBm) – A(dB) = 1 – 77,8 = -77,8 (dBm) đường kính sợi quang. h = 6,625.10-34 J.s 8 c = 3.10 m/s Câu 10.1: f = ?; E = ? Bg: 2 linhdh79@yahoo.com
Trình bày đặc điểm của cáp quang sử cần phải ở dạng cấu trúc bọc lỏng để sợi có quang để truyền về phía thu. Nếu cự ly giữa dụng trong nhà và cáp nhảy. Cho ví dụ minh khoảng tự do lớn hơn. phát và thu quá xa nhau thì ta có thể sử dụng họa cấu trúc của loại cáp này? Dưới đây là hình vẽ minh hoạ một loại thiết bị lặp hoặc các bộ k/đại quang trên Trả lời: cáp quang treo (loại tự chịu lực): đường truyền (Thiết bị lặp thực hiện biến a/ Đặc điểm của cáp quang sử dụng trong đổi O/E, tái tạo tín hiệu điện về biên độ, tần Sợi quang Vỏ Polyurethane số, dạng tín hiệu rồi biến đổi lại E/O và nhà và cáp nhảy: truyền đi, còn bộ k/đại quang thực hiện + Số sợi ít, kích thước nhỏ. Sợi gia cường Phần tử k/đại biên độ tín hiệu[cả nhiễu] mà không + Mềm dẻo, dễ uốn cong, có khả năng chống gia cường Kevlar cần thực hiện biến đổi E/O hoặc O/E). gặm nhấm. Vỏ Polyethylene Lõi có - Tín hiệu từ sợi quang được đưa tới bộ thu + Không dẫn lửa, không phát ra khí độc. rãnh quang để chuyển đổi O/E, sau đó đưa sang + Sử dụng cấu trúc bọc chặt. 12mm khối điện tử phía thu để khôi phục lại tín b/ Ví dụ minh hoạ: LOẠI CÂU 2 ĐIỂM: hiệu ban đầu bằng cách chuyển đổi D/A, Cáp trong nhà Thành phần Sợi quang giải mã, tách kênh... gia cường Câu 1.2: Vỏ Vẽ sơ đồ tổng quát và cho biết nguyên lý bọc truyền tín hiệu của hệ thống thông tin Câu 2.2: Sợi quang PVC Vỏ bọc quang? PVC 2,5mm Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lý hoạt động Trả lời: Cáp nhảy mạch phát dùng LED với tín hiệu đưa vào Thoại, hình Thoại, hình điều chế là tín hiệu tương tự? Sợi quang Vỏ bọc PVC ảnh, số liệu ảnh, số liệu Trả lời: O O +V Khối E Nguồn T/bị lặp Nguồn E Khối Chất độn Vỏ kim loại quang quang điện hoặc điện chống ẩm LED R1 Sợi quang E/O O/E tử k/đại tử ống nylon IC Phần tử gia cường IB Đầu cuối phát Đầu cuối thu  Sợi quang T Nguyên lý: Câu 11.1: R2 T làm việc ở R3 Vẽ minh họa cấu trúc một loại cáp quang - Các loại tín hiệu dịch vụ (thoại, hình ảnh, chế độ k/đại số liệu) được đưa vào khối điện tử ở phía treo. Cho biết đặc điểm của loại cáp này? phát để xử lý trong miền điện nhờ các vi Chức năng linh kiện: Trả lời: Cáp treo có thể có cấu tạo ôm sát vào thành mạch điện tử (chuyển đổi A/D, mã hoá, phần gia cường kim loại hoặc phi kim độc ghép kênh...) Nguyên lý: lập (thường dùng cho môi trường có băng - Sau khi được xử lý, tín hiệu điện băng tần P(mW) P(mW) tuyết và gió, có cự ly dài), hoặc dưới dạng lớn tốc độ cao được đưa vào để điều chế tự chịu lực (đối với trường hợp chịu ảnh nguồn quang. Nguồn quang có chức năng hưởng của ứng suất cơ học và nhiệt độ). chuyển từ tín hiệu điện thành tín hiệu P ra Cáp tự chịu lực đòi hỏi có sức bền cao và quang. Đầu ra của nguồn quang là tín hiệu P quang có mang tin tức được đưa tới sợi I(mA) t O O Ib O 3 linhdh79@yahoo.com I vào
đặt trong ống hoặc các rãnh hình chữ V có trên lõi chất dẻo (lõi có khe). Các ống và rãnh có kích thước lớn hơn nhiều so với sợi dẫn quang để các sợi có thể nằm hoàn toàn tự do trong nó. Kỹ thuật này cho phép bảo vệ sợi tránh được các ứng suất bên trong. Mỗi ống hoặc rãnh có thể chứa 1 hoặc 1 nhóm sợi quang, khoảng trống dư trong ống, rãnh có thể là rỗng hoặc được độn chất jelly. Để trống hoặc độn jelly Lõi ống có chất Sợi quang rãnh dẻo Vỏ bọc sơ cấp Câu 3.2: Câu 4.2: Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lý hoạt động Trình bày các biện pháp bọc chặt và bọc Câu 5.2: mạch phát dùng LED với tín hiệu đưa vào lỏng bảo vệ sợi quang? Trình bày cấu tạo và sự lan truyền ánh điều chế là tín hiệu số? Trả lời: sáng trong sợi đa mode chiết suất phân bậc Trả lời: a/ Bọc chặt sợi: (MM-SI) bằng phương pháp quang hình? Sợi dẫn quang (sau khi được bọ sơ cấp ) Trả lời: +V sẽ được bọc chặt, vỏ bọc chặt (vỏ bọc thứ a/ Cấu tạo: Sợi quang R4 R1 cấp) cho sợi sẽ làm tăng lực cơ học của sợi + Đường kính lõi: 2a  50m. và chống lại ứng suất bên trong. Các sợi dẫn T LED + Đường kính vỏ: d  125m. quang có thể được bảo vệ riêng bằng các + Chiết suất vỏ: n2 = const R2 T làm việc ở chế độ lớp vật liệu chất dẻo đơn hoặc kép. R3 Chiết suất lõi thay đổi phụ thuộc vào bán khoá (thông/tắt) Chất dẻo Chất dẻo mềm kính r: n1 = n(r) Có nhiều dạng hàm khác nhau, tuy nhiên các sợi quang trong viễn thông thường sử dụng hàm bậc 2 (Parabol). Chất dẻo cứng Băng dẹt Sợi quang r = 0 --> n1 cực đại b/ Bọc lỏng sợi: P(mW) P(mW) r tăng --> n1 giảm Sợi có thể được đặt trong cáp sau khi chỉ r = a --> n1 = n2 được bọc sơ cấp một lớp chất dẻo có màu d/2 r n1 = n(r) n2 rất mỏng. ở trường hợp này, các sợi được 1 0 1 0 a 0 n2 I(mA) t  n1 -a n O 4 linhdh79@yahoo.com O I
+ Chỉ có duy nhất 1 mode lan truyền trong lõi + Phổ phát xạ của LED là phổ đặc, có dạng sợi. hình chuông, có công suất phát lớn nhất tại + Nếu xét theo quan điểm sóng thì ánh sáng bước sóng làm việc 0. lan truyền trong sợi đơn mode trong cả lõi và + Độ rộng phổ  được lấy ở mức một nửa b/ Sự lan truyền ánh sáng: vỏ sợi. Năng lượng lan truyền trong lõi công suất,  tương đối lớn --> tán sắc + ánh sáng lan truyền ở trong lõi sợi MM-GI chiếm khoảng 70%, còn lại 30% ở vỏ. nhiều. bao gồm nhiều mode (nhiều tia sáng). Điều kiện để sợi quang truyền đơn mode c/ Các tham số khác: + Quỹ đạo lan truyền của các tia ánh sáng có là: + 0 ở 850nm và 1300nm. dạng hình sóng do chiết suất của lõi thay V  2,405 + Độ rộng chùm sáng LED phát ra lớn --> đổi. tính định hướng kém --> hiệu suất ghép ánh + Sự chênh lệch thời gian truyền giữa các Câu 7.2: sáng giữa LED và sợi quang kém. mode trong sợi MM-GI nhỏ hơn so với sợi Trình bày các đặc tính và tham số cơ bản + Ánh sáng LED phát ra là ánh sáng không MM-SI. của LED? kết hợp, do đó công suất phát nhỏ. n2 n1’> n1’’> n1’’’ Trả lời: ’ n1’’’ a/ Đặc tuyến phát xạ: ’’ Câu 8.2:  ’ n1’’ + Đặc tuyến phát xạ ở đoạn đầu có dạng Trình bày các đặc tính và tham số cơ bản n1’ tuyến tính, tức là khi dòng điện kích thích của LASER?  tăng thì công suất phát của LED tăng. Đoạn Trả lời: sau là đoạn bão hoà, khi dòng tăng thì công a/ Đặc tuyến phát xạ: suất bị bão hoà (không tăng nữa). - Đặc tuyến phát xạ của Laser được chia làm Câu 6.2: + Khi nhiệt độ làm việc (T) của LED tăng 2 phần: Trình bày cấu tạo và sự lan truyền ánh thì công suất phát giảm. + Phần thứ nhất: khi dòng điện kích thích sáng trong sợi đa mode chiết suất graded + Độ dốc của đặc tuyến phát xạ của LED nhỏ hơn dòng ngưỡng, đặc tuyến có độ dốc (MM-GI) bằng phương pháp quang hình? không lớn. nhỏ, Laser hoạt động tương tự như LED Trả lời: + Công suất phát của LED nhỏ. (chưa có đảo mật độ). a/ Cấu tạo: + Phần thứ hai: khi dòng điện kích thích lớn T1 < T2 < T3 + Đường kính lõi: 2a  10m. P/P0 P(mW) hơn dòng ngưỡng, đặc tuyến có độ dốc lớn, T1 + Đường kính vỏ: d  125m. T2 Laser hoạt động ở chế độ k/đại. 1 + Chiết suất vỏ: n1 = const, n2 = const  - Khi dòng kích thích tăng thì công suất đầu T3 r 0,5 n1  (nm) ra cũng tăng. d/2 I(mA) - Khi nhiệt độ làm việc tăng thì công suất n2 IKT 0 a phát giảm và dòng ngưỡng tăng. 0 P0 : Công suất phát xạ cực đại (max = -a n - Đặc tuyến của Laser không tuyến tính --> 1) n2 n1  : độ rộng phổ không thích hợp cho điều chế tín hiệu -d/2 b/ Đặc tuyến phổ: tương tự (vì gây ra méo phi tuyến). b/ Sự lan truyền ánh sáng: P(mW) P/P T1< T2< T3 o 1 LED  T1 T2 T3 0,5 Suy hao 5 linhdh79@yahoo.com
b/ Nguyên lý hoạt động: - Bộ tách sóng quang: chuyển đổi tín hiệu quang thu được từ sợi quang thành tín hiệu điện (dòng tách quang). Trong viễn thông, ta thường sử dụng 2 bộ b/ Đặc tuyến phổ: tách sóng quang là : Photodiode PIN và + Khi chưa có ánh sáng chiếu vào, trong - Laser Fabry-Perot là Laser đa mode có độ Photodiode thác. - Bộ tiền k/đại: k/đại tín hiệu sau khi tách mạch chỉ có dòng điện rò có giá trị rất bé, rộng phổ  hẹp hơn so với LED. trong trường hợp này gọi là dòng tối (Id). -  phụ thuộc vào số mode, số mode càng sóng. Thường được chế tạo từ các Transistor + Khi có ánh sáng chiếu vào lớp P, ánh sáng lớn thì  càng lớn. sẽ đi qua P, qua vùng nghèo tới vùng N. - Phổ phát xạ của Laser là phổ vạch. hiệu ứng trường FET. - Mạch hiệu chỉnh: để giảm méo tín hiệu. Trong quá trình lan truyền, các photon ánh c/ Các tham số khác: + Công suất phát của Laser lớn hơn so với Đối với tín hiệu số, nó có tác dụng sửa méo sáng sẽ bị hấp thụ, sinh ra các cặp điện tử và xung, giảm nhỏ sự giao nhau giữa các xung. lỗ trống. LED. - Mạch phối hợp đầu ra: đưa ra tín hiệu có + Các điện tử và lỗi trống sinh ra trong vùng + Độ rộng phổ hẹp hơn. + Độ rộng chùm sáng hẹp hơn --> hiệu suất mức và dạng phù hợp với các tầng phía sau. P và vùng N nhanh chóng bị tái hợp và biến Đối với tín hiệu tương tự, đây là mạch phối mất, không tham gia tạo thành dòng điện. ghép giữa Laser và sợi quang cao hơn. + Bước sóng làm việc thường là 1300  hợp trở kháng; đối với tín hiệu số, đây là + Các điện tử và lỗi trống sinh ra trong vùng mạch làm nhiệm vụ quyết định tín hiệu 0 nghèo thì điện tử chuyển động về phía bán 1500nm. dẫn N, sau đó đi ra mạch ngoài rồi sang phía hay 1 dựa trên cơ sở biên độ tín hiệu. P và tạo thành dòng điện (Ie), còn lỗi trống thì chuyển động theo chiều ngược lại và tạo thành dòng điện Ih. Trong mạch, dòng tách quang: Ip = Ie + Ih --> Ura = I.RL (I: Id hoặc Ip). Câu 9.2: * Hạn chế của tiếp giáp PN là do kích thước Vẽ sơ đồ khối và cho biết nguyên lý hoạt Câu 10.2: vùng nghèo nhỏ nên hiệu suất chuyển dổi động của máy thu tín hiệu quang tách sóng Trình bày nguyên lý chuyển đổi quang O/E nhỏ. trực tiếp? Câu 11.2: điện của tiếp giáp P-N? Trả lời: Vẽ sơ đồ mạch điện tạp âm tương đương Trả lời: a/ Sơ đồ khối: của photodiode và mạch tiền khuếch đại, giải Ih Ie -+ + thích các ký hiệu trong sơ đồ? - Hiệu Phối Sợi RL Trả lời: chỉnh hợp đầu quang P N ra Bộ tách Tiền Vùng nghèo quang k/đại E - - Vùng dẫn - 6 linhdh79@yahoo.com
a/ Sơ đồ mạch điện tương đương của Viết công thức tính tỷ số bit lỗi (BER) của Câu 13.2: máy thu tín hiệu quang tách sóng trực hệ thống thông tin quang IM-DD và cho biết Trình bày nguyên lý phát xạ ánh sáng của tỷ lệ lỗi bit phụ thuộc vào các tham số nào? tiếp giáp P-N? tiếp: Trả lời: Trả lời: ea  +- - Công thức tính BER và giải thích các đại Cd Cs lượng. P N 1  SD 1 ip ib id is in ia BER  erfc  2    RL Ya  G 2 Vùng nghèo  D1  D0 E ngoài Mạch điện Mạch tiền k/đại Mạch tách sóng Trong đó: --- - Vùng dẫn --- quang SD dòng tín hiệu b/ Các ký hiệu: Eg E Vùng cấm 0 dòng nhiễu tương đương khi bit ”0” ip : nguồn dòng tín hiệu. Vùng hoá trị +++ được phát id : nguồn dòng tối. + +++ Cd : điện dung của PD. 1 dòng nhiễu tương đương khi bit ”1” Nguyên lý: RL : Điện trở tải. được phát + Dưới tác dụng của điện trường bên ngoài, ea : nguồn nhiễu điện áp của mạch tiền Hàm bù lỗi điện tử nhảy từ vùng hoá trị lên vùng dẫn. 2 k/đại. exp  t 2 dt + Các điện tử ở bán dẫn N sẽ chuyển động erfc x   1  erf x    G : k/đại lý tưởng (không có nhiễu). x - Giải thích BER phụ thuộc vào các đại ngược chiều điện trường và đi vào vùng is : nguồn nhiễu nổ (shot-noise). nghèo. Tại đây, khi điện tử hết thời gian lượng: ib : nguồn nhiễu do ánh sáng nền. + Công suất tín hiệu thu và hiệu suất lượng sống ở trạng thái mức năng lượng cao, nó sẽ in : nguồn nhiễu nhiệt do RL gây ra. nhảy về vùng hoá trị (mức năng lượng thấp) tử do: Cs : điện dung ký sinh. và phát ra các photon ánh sáng có bước sóng: Ya : dẫn nạp của mạch tiền k/đại. h.c   e    PS với PIN  ia : nguồn dòng nhiễu của mạch tiền k/đại.  hf Eg  SD     e (Eg : năng lượng vùng cấm của vật liệu bán dẫn)   MPS   hf  với APD  + Các loại nhiễu: nhiễu lượng tử (iS), nhiễu dòng tối (id), nhiễu do ánh sáng nền (ib), nhiễu nhiệt (ic) 2 2 2  2 D 0  ib  id  ic 2 2 2 2  2 D1  i S  i b  i d  i c Câu 12.2: 7 linhdh79@yahoo.com
Câu 14.2: Trình bày đặc điểm của cáp quang kéo trong cống và cáp chôn trực tiếp. Cho ví dụ Câu 15.2: Trình bày đặc điểm của cáp quang ngập Câu 16.2: minh họa cấu trúc của loại cáp này? nước và thả biển. Cho ví dụ minh họa cấu Vẽ một mạch tiền khuếch đại dùng Trả lời: transistor lưỡng cực, trình bày đặc điểm và trúc của loại cáp này? a/ Đặc điểm: nguyên lý hoạt động? + Cáp quang kéo cống: phải chịu được lực Trả lời: kéo và xoắn, có trọng lực nhẹ để dễ đặt và a/ Cáp ngập nước: được sử dụng để thả Trả lời: phải rất mềm dẻo để vượt qua các chướng qua sông hoặc khu vực có nước ngập cạn, +V ngại trong khi lắp đặt. Loại cáp này cũng đồng lầy..., vì vậy loại cáp này cần phải đáp R1 Ra ứng các yêu cầu khắt khe, bao gồm: phải chịu được ẩm và nước vì trong cống PD cáp và bể cáp thường hay đọng nước. Vì + Tính chống ẩm và chống thấm nước tại vậy, trong cấu trúc của cáp thường có chất các vùng có áp suất đặc biệt lớn. Ra R2 K/đại Cân bằng độn jelly và thành phần chống ẩm bằng kim + Có khả năng chống sự dẫn nước dọc theo loại. Nếu không thì cần phải có hệ thống cáp. Điện trở thiên áp R1 , R2 >> Ra bơm hơi cho cáp. Đôi khi cũng sử dụng lớp + Có khả năng chịu được sự kéo khi lắp đặt bọc thép để chống gặm nhấm và côn trùng. và sửa chữa cáp. Có tất cả các dạng cấu trúc bọc chặt, bọc + Chống lại được các áp lực thống kê. lỏng trong ống, bọc lỏng bằng khe dưới + Có khả năng hàn nối sửa chữa dễ dàng. + Có cấu trúc tương thích với cáp đặt trên dạng băng hoặc bó sợi... + Cáp chôn trực tiếp: tương tự như trên đất liền. nhưng phải có lớp vỏ bọc kim loại tốt để + Cần phải lưu ý tới ảnh hưởng của Hydro tránh sự phá huỷ do đào bới hoặc các tác (do có cả lớp kim loại). Câu 17.2: b/ Cáp thả biển: có cấu trúc rất phức tạp, có Vẽ một mạch tiền khuếch đại dùng FET, động khác trong đất. Vỏ bọc thép bên ngoài gồm các sợi thép hoặc băng thép. Vỏ bọc thể xem đây là loại cáp đặc chủng vì nó đòi trình bày đặc điểm và nguyên lý hoạt động? hỏi nhiều yêu cầu còn khắt khe hơn loại cáp Trả lời: ngoài lớp thép này là vỏ chất dẻo. ngập nước ở trên nhiều lần. Ngoài các yếu b/ Ví dụ minh hoạ: +V tố trên, cáp thả biển còn phải chịu tác động lớp bọc thép lớp bọc thép K/đại độn jelly hoặc đặc biệt khác như khả năng thâm nhập của Ra D PD bơm hơi nước biển, sự phá hoại của các động vật G ống dưới biển, sự cọ xát của tàu thuyền... Có 2 FET chất Sợi quang Cân bằng Ra Rt S loại: cáp thả nông và cáp thả sâu. dẻo Sợi quang Vỏ bọc sơ cấp Rs Điện trở thiên áp lớn Lõi có rãnh ống chất vỏ chất dẻo Cáp kéo cống Chất độn dẻo Cáp chôn trực tiếp Vỏ chất dẻo Gia cường ở tâm 8 linhdh79@yahoo.com
m: bậc của cách tử (số nguyên) m=1 --> B bậc 1 = 2..neff Nhờ hiện tượng phản hồi phân tán mà Laser DFB có thể nén các mode bên và chọn LOẠI CÂU 3 ĐIỂM: Câu 2.3: lọc tần số. Vẽ cấu trúc và cho biết nguyên lý hoạt Câu 3.3: động của LASER phản hồi phân tán (DFB)? Câu 1.3: Vẽ cấu trúc và cho biết nguyên lý hoạt Trình bày cơ chế phát xạ ánh sáng (phát Trả lời: động của LASER phản xạ Bragg phân tán xạ tự phát, phát xạ kích thích) của hệ hai Laser phản hồi phân tán (DFB: Distribution (DBR)? mức năng lượng. Thế nào là ánh sáng không Feedback) có cấu trúc như hình vẽ. Lớp Trả lời: kết hợp và ánh sáng kết hợp? cách tử Bragg được hình thành bằng cách Laser phản xạ Bragg phân tán (DBR: Trả lời: thay đổi chiết suất của bán dẫn P theo 1 chu Distribution Bragg Reflection) có cấu trúc kỳ  . Tác dụng của cách tử là nhằm tạo ra E2 như hình vẽ: sự giao thoa giữa 2 sóng lan truyền ngược hv12 + chiều nhau. hv12 P hv12  DBR + E1 Vùng tích Cách tử P Phát xạ tự phát Phát xạ kích thích  cực  Bragg Vùng N tích : chu kỳ của cách Cách tử Bragg cực tử - N : chu kỳ của cách tử Nguyên lý hoạt động: - Các photon ánh sáng được tạo ra trong Nguyên lý hoạt động: vùng tích cực với cơ chế tương tự như các Các photon ánh sáng được tạo ra trong loại nguồn quang LED và Laser Fabry-Perot. vùng tích cực với cơ chế tương tự như các Hai cách tử phản xạ Bragg phân tán có chiều loại nguồn quang LED và Laser Fabry-Perot. dài hạn chế được đặt ở 2 đầu để đóng vai Sau khi được tạo ra, các photon ánh sáng này trò như 2 gương phản xạ thay thế cho sẽ đập vào các cách tử và phản xạ trở lại, khoang cộng hưởng Fabry-Perot. Chỉ những sóng tới và sóng phản xạ sẽ được giao thoa bước sóng thoả mãn điều kiện: với nhau, có bước sóng bị triệt tiêu và có 2..neff bước sóng được k/đại. B  m Điều kiện k/đại: thì mới được k/đại. 2..n eff B  B : bước sóng được k/đại m neff : chiết suất hiệu dụng (neff = n.sin) B : bước sóng được k/đại m: bậc của cách tử (số nguyên) neff : chiết suất hiệu dụng (neff = n.sin) 9 linhdh79@yahoo.com
khoảng 1200 (lớn hơn so với ELED), hiệu lớn hơn chiết suất bán dẫn P và bán dẫn N m=1 --> B bậc 1 = 2..neff Trong vùng tích cực sinh ra nhiều mode suất ghép nhỏ, công suất phát nhỏ và giảm để nhằm mục đích định hướng ánh sáng về nhưng chỉ có 1 bước sóng được phản xạ trở dần theo hàm cos với  là góc hợp bởi phía sợi quang. lại và được k/đại. Các mode gần bước sóng hướng quan sát và pháp tuyến của bề mặt ( Nguyên lý hoạt động: 0 B sẽ bị suy giảm và cho ta Laser đơn mode. = 60 thì công suất giảm còn 1 nửa). + Với ELED, ánh sáng phát ra từ vùng nghèo theo hướng mặt bên của LED, vùng tích cực có dạng Elip, cấu trúc của nó hình thành một Câu 4.3: So sánh LED phát xạ mặt (SLED) và LED kênh dẫn sóng để hướng sự phát xạ ánh phát xạ cạnh (ELED) về cấu trúc và đặc sáng về phía lõi sợi, do vậy nó có tính định hướng tốt hơn. Độ rộng chùm sáng của tính? ELED nhỏ nên hiệu suất ghép lớn hơn, công Trả lời: +- Như ta đã biết, LED có 2 loại cấu trúc suất phát và tần số điều chế cũng lớn hơn so được sử dụng cho các hệ thống thông tin với SLED. P N quang là cấu trúc phát xạ mặt (SLED) và cấu trúc phát xạ cạnh (ELED). Hình Vùng nghèo 120o 60o tròn - Sợi quang - E ngoài o 120 Hình -- Vùng dẫn ---- EgP elip SLED ELED Sợi E Eg N N EgN Vùng cấm quang hf ++ + ++ N N Vùng hoá trị + Vùng Hàng rào thế P Câu 5.3: nghèo Trình bày cấu tạo và nguyên lý phát quang P P n của LED cấu trúc dị thể kép? P+ P Trả lời: Câu 6.3: SLED ELED Dị thể được tạo từ các vật liệu bán dẫn có Trình bày cấu tạo và nguyên lý tách sóng + + năng lượng vùng cấm khác nhau. Dị thể kép quang của photodiode PIN (PIN-PD)? So sánh: bao gồm nhiều dị thể. a/ Giống nhau: Trả lời: Hình vẽ dưới là LED có cấu trúc dị thể a/ Cấu tạo: + Đều có cấu trúc tinh thể kép. kép được cấu tạo từ 3 lớp bán dẫn (loại P, Photodiode PIN có cấu tạo gồm 3 lớp: + Ánh sáng được tạo ra từ vùng nghèo. vùng nghèo và loại N). Vùng nghèo được + Lớp bán dẫn P: mỏng, trên bề mặt được b/ Khác nhau: + Với SLED, mặt phẳng của vùng phát ra chế tạo từ bán dẫn có năng lượng vùng cấm phủ 1 lớp chống phản xạ ánh sáng. ánh sáng vuông góc với trục của sợi dẫn nhỏ hơn so với năng lượng vùng cấm của + Lớp I: là lớp bán dẫn thuần, có chiều dài quang (tức là có ánh sáng phát ra trên bề mặt bán dẫn P và bán dẫn N để giam hãm điện đủ lớn. của bán dẫn loại P và loại N), vùng tích cực tử và lỗ trống trong vùng nghèo, khi đó số + Lớp bán dẫn N. thường có dạng phiến tròn, mẫu phát chủ lượng photon ánh sáng tạo ra sẽ lớn hơn. yếu là đẳng hướng với độ rộng chùm phát Chiết suất của vật liệu chế tạo ra vùng nghèo 10 linhdh79@yahoo.com
I(t) = IP + iS(t) RL là điện trở tải, photodiode được phân động ngẫu nhiên của điện tử sẽ làm cho giá I(t): dòng điện trong máy thu cực ngược. trị của điện trở thay đổi và làm cho dòng IP: dòng trung bình (IP = R.Pin) b/ Nguyên lý hoạt động: điện chạy qua điện trở bị thăng giáng. iS(t): dòng thăng giáng do nhiễu nổ gây ra. 4k .T .B 2 in  Nhận xét: -+ RL + iS(t) là 1 quá trình ngẫu nhiên k: Hằng số Boltzman RL + Dòng nhiễu trung bình bình phương: T: Nhiệt độ tuyệt đối PI N 2 RL: điện trở tải i S  2e.I P .B NP B: độ rộng băng tần B: băng tần nhiễu hiệu dụng E - - Nhiễu nhiệt khi có tính đến cả mạch tiền e: điện tích của điện tử - Vùng dẫn - k/đại có giá trị như sau: - Nhiễu nổ được chia làm 3 loại: + 4k .T .B + Nhiễu lượng tử: là nhiễu nổ do chính 2 + in  .F Vùng hoá trị + dòng tách quang gây ra. RL với F là hệ số nhiễu do mạch tiền k/đại gây LOẠI CÂU 4 ĐIỂM: η.e  ra. 2e. .P .B 2e.I P .B víi PIN  PD  h.f in  Câu 2.4: Câu 1.4: 2 iS    2e.M 2  x .I P .B víi APD  η.e 2 x Vẽ sơ đồ khối mạch phát dùng LASER có Trình bày các loại nhiễu trong máy thu tín  2e. h.f .M .Pin .B ổn định công suất và ổn định nhiệt độ, trình hiệu quang tách sóng trực tiếp?  + Nhiễu dòng tối: là nhiễu do dòng rò của bày nguyên lý hoạt động của mạch? Trả lời: Trả lời: Trong máy thu tín hiệu quang, nhiễu nổ và PD gây ra. Do Laser rất nhạy với sự thay đổi của nhiễu nhiệt là 2 nguyên nhân chính gây ra sự 2e.I d .B víi PIN - PD 2 id   nhiệt độ nên các mạch phát dùng Laser phải thăng giáng dòng điện, ngay cả khi công suất 2 x 2e.M .I d .B víi APD luôn luôn gắn liền với các mạch ổn định tín hiệu thu được không đổi. + Nhiễu do ánh sáng nền: là do công suất công suất và ổn định nhiệt độ. I (t )  I  i (t ) ánh sáng nền gây ra. Hình vẽ dưới đây là sơ đồ khối mạch phát : giá trị trung bình của I I  η.e dùng LASER có ổn định công suất và ổn định 2e. h.f .PB .B víi PIN - PD : i nhiễu i(t)  2 nhiệt độ. ib   o ổn định t 2e. η.e.M 2 x .PB .B víi APD I(t)  h.f I(t)  I Sợi quang PD LD Trong đó: PB: công suất ánh sáng nền i(t) M: hệ số bội của APD. t Ip x: hệ số tạp âm của APD (0x1) a/ Nhiễu nổ: Mạch Ib - Dòng điện trong máy thu tín hiệu quang là b/ Nhiễu nhiệt: thiên áp dòng các điện tử được tạo ra tại các thời Nguyên nhân: tại 1 nhiệt độ nhất định, IS điện tử chuyển động ngẫu nhiên trong vật điểm ngẫu nhiên. dẫn. Nếu vật dẫn là 1 điện trở thì sự chuyển Với Pin = const, ta có: AGC T/h vào 11 linhdh79@yahoo.com
khiển bộ phận làm mát ổn định nhiệt độ của Laser. Nguyên lý hoạt động: b/ Nguyên lý hoạt động: P(mW) P(mW) Tín hiệu đầu vào được đưa qua mạch - Tạo môi trường đảo mật độ: 10101 AGC có khả năng tự động điều chỉnh hệ số N1: mật độ điện tử ở vùng hoá trị k/đại, đầu ra của AGC có dòng IS là dòng tín N2: mật độ điện tử ở vùng dẫn Pb hiệu, dòng thiên áp Ib từ mạch thiên áp sẽ (Ở trạng thái bình thường, N1 > N2) Pb được cộng với dòng tín hiệu rồi đưa vào O Để tạo ra trạng thái đảo mật độ (N2 > N1), I(mA) t điều chế cường độ sáng của Laser. Nếu tín ta phải tăng dòng thiên áp cho Laser vượt giá Ing O Ib O hiệu đầu vào là bit 0 thì công suất đầu ra của trị ngưỡng để các điện tử nhảy từ vùng hoá 1 I vào LD là Pb (c/s ánh sáng nền) rất nhỏ. Còn nếu trị lên vùng dẫn. Pb : công suất ánh 0 tín hiệu đầu vào là bit 1 thì công suất đầu ra - Phát xạ kích thích: sáng nền Ib + Is 1 của LD đạt giá trị cực đại (hình vẽ dưới). Các photon ánh sáng ban đầu được tạo ra a/ Ổn định công suất: ánh sáng phát ra từ t nhờ quá trình phát xạ tự phát do điện tử và 0 Laser phần lớn được đưa vào sợi quang, lỗ trống tái kết hợp ở trong vùng tích cực. một phần nhỏ thông thường được lấy từ Khi các photon ánh sáng này chuyển động, gương phụ của Laser và đưa tới bộ tách nó sẽ kích thích các điện tử ở dải dẫn để quang PD để chuyển từ quang thành điện. trở về dải hoá trị và sinh ra các photon ánh Dòng điện này sẽ được sử dụng làm cơ sở sáng mới có cùng pha, cùng hướng, cùng tần để giám sát và ổn định công suất phát của Câu 3.4: số với photon ánh sáng ban đầu. Laser. Vẽ cấu trúc một LASER bán dẫn Fabry- - Phản hồi dương của khung cộng hưởng + Nếu Pra IP mạch ổn định giảm Perot đơn giản, trình bày nguyên lý hoạt (k/đại ánh sáng): dòng Ib hoặc điều khiển mạch AGC để giảm động của LASER này? Các photon ánh sáng chuyển động gặp 2 gương phản xạ không hoàn toàn sẽ có 1 hệ số k/đại (IS)  Pra. Trả lời: phần năng lượng đi ra ngoài, phần còn lại sẽ + Ngược lại, nếu Pra IP mạch ổn a/ Cấu trúc: định tăng dòng Ib hoặc điều khiển mạch + Gồm 3 lớp: lớp bán dẫn P, lớp bán dẫn tạo phản xạ trở lại và sinh ra nhiều photon ánh sáng mới nhờ quá trình phát xạ kích thích. ra vùng tích cực và lớp bán dẫn N. AGC để tăng hệ số k/đại (IS)  Pra. Kết quả, số lượng photon ánh sáng sẽ tăng b/ Ổn định nhiệt độ: Trong khối LD có 1 + Laser này được phân cực thuận. điện trở nhiệt và 1 bộ phận làm mát. Khi + 2 mặt bên của Laser được mài nhẵn để tạo lên rất lớn. nhiệt độ Laser thay đổi sẽ làm cho điện trở thành 2 gương phản xạ không hoàn toàn, 2  Theo quan điểm sóng, quang cộng hưởng nhiệt có giá trị thay đổi, điện trở nhiệt được gương này tạo thành 1 quang cộng hưởng có Fabry-Perot chỉ k/đại ánh sáng tại 1 số các bước sóng, những bước sóng còn lại sẽ bị gắn liền với 1 mạch điện sẽ làm cho dòng chiều dài L. + Gươn triệt tiêu trong quang cộng hưởng. điện thay đổi. Dòng điện này được đưa vào g R1 P Gươn Điều kiện để k/đại: 1 bộ so sánh và cho ra dòng điện giám sát. g R Sợi 2 Vùng tích cực  2L Nhiệm vụ của mạch ổn định nhiệt độ là căn quang (N nguyª n) hay   L  N. cứ vào giá trị của dòng điện giám sát để điều 2 N N - L 12 linhdh79@yahoo.com
T1 L (km) P in P out Sợi quang /2 O b/ Các nguyên nhân gây suy hao: -/2 - Do hấp thụ: + Do vật liệu chế tạo sợi quang (SiO2) hấp T1  T2 T2 thụ ánh sáng và chuyển hoá thành nhiệt v.1  v.2 1  2 năng. 3  + Do các tạp chất ở bên trong sợi quang O 4 còn sót lại trong quá trình chế tạo, bao gồm 2 các ion kim loại (Fe, Cu...) và đặc biệt là ion  nước (OH-), các ion này gây ra các đỉnh suy hao tại các bước sóng 1400nm, 1100nm và 750nm. + Do các điện tử hấp thụ ánh sáng để nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao. - Do tán xạ: chủ yếu do tán xạ Rayleigh + Tán xạ Rayleigh do các khiếm khuyết rất nhỏ trong quá trình chế tạo sợi gây ra. + Tán xạ Raman. - Do khi đường kính lõi thay đổi hoặc sợi quang bị uốn cong. Câu 4.4: Khái niệm suy hao trong sợi quang, cho c/ Đặc tuyến suy hao: biết các nguyên nhân gây suy hao và vẽ đặc Trên đặc tuyến suy hao, ta nhận thấy có 3 vùng bước sóng có suy hao thấp là tại Câu 5.4: tính suy hao? 850nm, 1300nm và 1550nm, đây còn được Khái niệm tán sắc trong sợi quang, cho biết Trả lời: gọi là 3 cửa sổ suy hao thấp. Các hệ thống các nguyên nhân gây tán sắc và ảnh hưởng a/ Khái niệm: Suy hao là hiện tượng công suất ánh sáng thông tin quang thường sử dụng bước sóng của tán sắc? Trả lời: giảm dần khi ánh sáng lan truyền trong sợi tại 3 vùng này. 1550nm suy hao nhỏ --> dùng cho liên tỉnh. a/ Khái niệm: quang. Tán sắc là hiện tượng làm cho độ rộng 1300nm suy hao vừa --> dùng cho nội tỉnh. P A  10 lg out (dB) xung ánh sáng bị thay đổi khi ánh sáng lan 850nm suy hao lớn --> dùng trong ngành Pin công nghiệp điện tử phục vụ sinh hoạt của truyền trong sợi quang. Suy hao trên 1 km: con người (VD: đầu đọc CD...). Δt  τ R  τ T (ps) Pout A 10 T R a  . lg (dB/km) a (dB/km) L Pin L L (km) Hấp thụ do OH- Sợi quang Suy hao 13 linhdh79@yahoo.com
lan truyền ngoài vỏ sẽ đi nhanh hơn thành phần ánh sáng lan truyền trong lõi. Hiện b/ Các nguyên nhân gây ra tán sắc: tượng này cũng gây ra giãn xung ánh sáng. - Tán sắc mode: - Tán sắc mode phân cực: Các xung ánh sáng lan truyền trong sợi Xét trong sợi đơn mode, ánh sáng lan quang có năng lượng được mang đi nhờ truyền dưới dạng các mode phân cực trên 2 nhiều mode khác nhau, do các mode này có mặt phẳng vuông góc với nhau (xOz và yOz: thời gian lan truyền khác nhau nên tới đầu với z là hướng truyền dẫn). Nếu sợi quang thu tại các thời điểm khác nhau và làm cho được chế tạo 1 cách hoàn hảo (nghĩa là chiết xung ánh sáng bị giãn rộng. Tán sắc này chỉ suất trên 2 mặt phẳng nxOz = nyOz) thì sẽ tồn tại trong sợi đa mode. không xảy ra tán sắc. x xOz z yOz - Tán sắc vật liệu: y Do chiết suất của vật liệu chế tạo ra sợi quang thay đổi phụ thuộc vào bước sóng: c/ Ảnh hưởng của tán sắc: n1 = n() hơn nữa nguồn quang lại phát ra nhiều Tán sắc làm giãn xung gây ra sự chồng lấn bước sóng, các bước sóng khác nhau sẽ có giữa các xung làm hạn chế tốc độ bit và cự vận tốc lan truyền trong sợi quang là khác ly truyền dẫn. nhau: c v ( )  n ( ) chúng sẽ đến đầu thu tại các thời điểm khác nhau và gây ra hiện tượng giãn xung. Tán sắc loại này tồn tại ở tất cả các loại sợi quang. - Tán sắc ống dẫn sóng: Chỉ tồn tại ở trong sợi đơn mode do đường kính lõi của sợi đơn mode rất nhỏ nên năng lượng ánh sáng lan truyền ở cả lõi và ở ngoài vỏ. Sợi đơn mode có chiết suất vỏ n2 nhỏ hơn chiết suất lõi n1, do đó thành phần 14 linhdh79@yahoo.com