Kỹ thuật thông tin quang

Chia sẻ: Nguyen Uyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:33

Thêm vào BST

Báo xấu

141
lượt xem 34
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'kỹ thuật thông tin quang', kỹ thuật - công nghệ, kĩ thuật viễn thông phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật thông tin quang

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC TOÂN ÑÖÙC THAÉNG PHOØNG TRUNG CAÁP CHUYEÂN NGHIEÄP & DAÏY NGHEÀ ----- ----- MOÂN HOÏC KYÕ THUAÄT THOÂNG TIN QUANG GIAÛNG VIEÂN: ThS. NGUYEÃN HÖÕU KHAÙNH NHAÂN
K Ỹ THUẬT THÔNG TIN QUANG Trình bày: Ths. Nguyễn Hữu Khánh Nhân Nguy NỘI DUNG CHI TIẾT (45 tiết) Chương 1. KHÁI NIỆM THÔNG TIN QUANG Chương 2. SỢI QUANG VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG VẬT LÝ KHI TRUYỀN DẪN ÁNH S ÁNG TRONG SỢI QUANG Chương 3 .THIẾT BỊ THU PHÁT QUANG Chương 4. HÀN NỐI SỢI QUANG Chương 5. ĐO THỬ SỢI QUANG Chương 6. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PDH, SDH VÀ WDM TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. ThS. Nguyễn Hữu Khánh Nhân, TT. Bài giảng kỹ thuật thông tin quang, Phòng TCCN & DN, ĐH Tôn Đức Thắng. 2. Bài giảng Truyền dẫn sợi quang, Trung Tâm Đào Tạo BCVT II. 3. Giáo trình Kỹ thuật thông tin quang, Học Viện CNBC Viễn Thông. Chương 1: KHÁI NIỆM THÔNG TIN QUANG 1.1. Khái niệm 1.2. Ưu và nhược điểm 1.3. Ứng dụng 1
1.1 Khái niệm Thông tin quang là một hệ thống truyền thông tin qua sợi quang.Thông  tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua sợi quang,tại nơi nhận nó được biến đổi thành thông tin như ban đầu. §iÖn tho¹i §iÖn tho¹i Sîi quang Sîi quang E O E O Sè liÖu Sè liÖu O E O E Bé biÕn ®æi Bé biÕn ®æi LÆp ®êng d©y E/O O/E Fax Fax TV TV TÝn hiÖu ®iÖn TÝn hiÖu ®iÖn TÝn hiÖu quang TÝn hiÖu quang 1.1.Khái niệm Tí n hi ệu đi ện Mạch đi ều Nguồn Xen rẽ vào khi ển phát quang kênh Bộ bi ến đổi đi ện - quang E/O Bộ chia Thu quang quang Mạch điện Các thiết bị Phát quang khác Tí n hi ệu đi ện Khuếch Chuyển đổi t í n Bù Tách sóng đại quang ra hi ệu tán sắc quang Bộ bi ến đổi quang - điện O/E Tín hiệu quang Tín hiệu điện Sợi quang Cá c th ành ph ầ n ch ính c ủ a tuyế n truyề n dẫ n s ợ i quang Hệ thống thông tin quang Thiết bị phát quang  Thiết bị chuyển đổi điện – quang E\O  Thiết bị thu quang  thiết bị chuyển đổi quang-điện  Ngoài ra còn một số thành phần:  Bộ ghép nối quang(connecter)  Các mối hàn  Bộ chia quang  Các trạm lặp  Bộ khuếch đại quang  Thiết bị tán sắc  Trạm xen rẽ kênh  2
1.2 Ưu nhược điểm ƯU ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM   Suy hao đường truyền rất nhỏ Hàn nối sợi khó khăn hơn cáp   kim loại αfiber=0,2 dB/km αcoxial=3-5 dB/km Muốn cấp nguồn từ xa cho các  Băng t ần đường d ẫn l ớn  trạm lặp cần phải có dây đồng 103-105 MHz . Km trong sợi quang  Không b ị ảnh hưởng củ a nhiễu Khi có khí ẩm lọt vào cáp thì  điện từ sợi quang sẽ chóng bị lão hóa  Có t ính b ảo mật thông tin cao và các mối hàn sẽ chóng hỏng  Kích thước và trọng lượng nhỏ  Sợi có t ính cách điện tố t  Sợi được chế t ạo bằng vật liệu có sẵn trong thiên nhiên:thạch anh 1.3. Ứng dụng Mạng đường trục quốc gia  Đường trung kế  Đường cáp thả biển xuyên quốc gia  Đường truyền số liệu  Mạng truyền hình  3
4
Q&A ?? ? Chương 2. SỢI QUANG VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG VẬT LÝ KHI TRUYỀN DẪN ÁNH SÁNG TRONG SỢ I QUANG 2.1. Nguyên lí truyền dẫn ánh sáng. 2.2. Nguyên lí truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang. 2.3. Quá trình đưa ánh sáng vào sợi quang 2.4. Phân bố chiết suất trong sợi quang 2.5. Mode truyền dẫn 2.6. Suy hao sợi quang 2.7. Cấu trúc Sợi quang. 2.8. Cấu trúc Cáp quang. 5
2.1. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng 850 nm 1300 nm 1550 nm Phổ sóng điện từ 2.1. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng Đặc điểm của ánh sáng  Truyền thẳng , khúc xạ và phản xạ là ba đặc tính cơ bản của ánh sáng  Vận tốc lan truyền thay đổi theo triết suất khúc xạ. Trong môi trường triết  suất n thì vận tốc ánh sáng :c/n (c là vận tốc ánh sáng trong môi trường chân không) Định lý phản xạ A  Góc tới:Φi Góc phản B xạ : Φ r Mặt gương 0 Đường đi ngắn nhất Đường đi khác B’ Định lý phản xạ 2.1 Nguyên lý truyền ánh sáng Φt Φt Định luật khúc xạ  Môi trường có chi ết suất n2 Φt B n1.sinφ1 =n2.sinφ2 C i Môi trường có chi ết suất n1 Φi Φi Sự phản xạ tòan phần  Tia sáng A B’ - n1 < n2 thì Φi > Φ tia khúc (a) Trường hợp n1 < n2 Tia sáng xạ gãy gần với pháp tuyến. A’ C - n1 > n2 thì Φi < Φ tia khúc Φt Φt Môi trường có chi ết suất n2 B C xạ gãy xa với pháp tuyến. Môi trường có chi ết suất n1 Khi tăng Φi thi Φ cũng tăng. Φi Φi Tia sáng A B’ (b) Trường hợp n1 > n2 Khi Φ=900 thì Φi gọi góc tới Tia sáng hạn Φc. Nếu tiếp tục tăng Φi A’ > Φc thì không còn tia khúc Môi trường có chi ết suất n2 xạ mà chỉ có tia phản xạ. BΦ C(C’) Môi trường có chi ết suất n1 Hiện tuợng này là phản xạ Φi Φi tòan phần . Tia sáng A B’ (b) Trường hợp n1 > n2 Khi Φi=900 thì SinΦc=n2/n1 Tia sáng A’ Ví dụ: Định luật khúc xạ 6
2.2. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang b Lớp bọc n2 a n2 0 a n1 > n2 10μm Lõi n1 b n2 Lớp bọc n2 125 μm Theo hiện tượng phản xạ tòan phần. Sợi quang được chế tạo gồm một lõi bằng thủy tinh có chiết suất n1 và một lớp bọc có chiết suất n2 (với n1>n2). Ánh sáng sẽ phản xạ nhiều lần (phản xạ tòan phần) trên tiếp giáp giữa lõi và lớp bọc. Do đó ánh sáng truyền được trong sợi có cự ly dài. 2.3. quá trình đưa ánh sáng vào sợi quang Sự phản xạ tòan phần chỉ xảy ra đối với n0 Sin θmax = n1 sin(900- θc)  (n0=1) => Sin θmax = n1 sin(900- θc) những tia sáng có góc tới ở đầu sợi nhỏ hơn góc tới hạn θmax. Sin của góc tới hạn này Sin (900 - θc) = cos θc = n2/n1  gọi là khẩu độ số NA = Sinθmax Góc mở lớn nhất khi n1=n2  NA = Sinθmax = n1  n2 2 2  Sinθmax = n1 2 với Δ là độ lệch chiết suất tương đối Δ= (n21 – n22)/ 2n12  θ max 1 90o n2 2 3 no = 1 90o - θc θc θt Góc tới hạn θ n2 Khoảng góc có thể thu max đựơc 3 2 (1): Ánh sáng lan truyền vào v ỏ 1 (2): Ánh sáng tương ứng với g óc tới hạn (3): Ánh sáng lan truyền trong lõi và bị phản xạ toàn phần 2.4. Phân bố chiết suất trong sợi quang Sợi quang có chiết suất bậc nhảy(SI)  Chiết suất của lõi và vỏ khác nhau rõ rệt như hình bậc thang  Tia sáng truyền trong lõi sợi có cùng vận tốc mà đường truyền khác nhau nên  dẫn tới hiện tượng khi xung sáng hẹp vào đầu sợi lạ i nhận được một xung ánh sáng rộng hơn,đây là hiện tượng tán sắc.(không truyền được tốc độ cao và cự ly dài) Sợi quang có chiết suất giả m dần(GI)  Chiết suất của lõi phân bố theo hình parabol nên tia sáng truyền trong lõi b ị uốn  cong dần b b a a n2 n2 0 0 n1(r) a a n2 n1 > n2 n1 n(r) b b n2 n2 Sự truy ề n á nh s áng trong sợ i có chiế t su ấ t nhả y bậ c(SI) Sự truy ền á nh sá ng trong (GI) 7
2.5. Mode truyền dẫn Sự lan truyề n của ánh sáng dọc theo sợi được mô t ả dưới dạng sóng  điện từ truyề n dẫn được gọi l à các mode t ruyề n dẫn trong sợi.  Một mode s óng l à một trạng thái truyề n ổn định của ánh s áng trong sợi. Khi truyề n trong sợi ánh sáng truyề n đi nhiều đường, có thể hình dung gần đúng một mode ứng với một tia sáng.  Số mode đượ c truyề n phụ thuộc vào các thông số của s ợi quang. Số mode N được t ính như sau:  : bước sóng 2 ( .a.NA)2 a: bán kí nh lõi sợi g N  . NA: khẩu độ số 2 g 2 g: số mũ trong hàm chiết suất VD: X ác đị nh số mode t ruyề n dẫn trong một sợi quang l ọai GI (g=2), với đường kí nh lõi sợi d=50 µ m, NA=0.2, bư ớc sóng λ=1 µ m. 2.5. Mode truyền dẫn Sợ i đơn mode:Chỉ có một mode só ng truyền trong s ợi  Đường kí nh lõi: d = 2a = 10 µm  Đường kí nh lớp bọc: D = 2b = 125 µm  Độ chênh lệch chiết suất Δ = 0,003 = 0,3%  Chiết suất lõi n =1.46  Sợ i đa mode:Sợi có đườ ng kính lõi l ớn nên số modde truyền dẫn cũ ng lớ n  d = 2a = 50um  D = 2b =125 um  Δ = 1%  N =1,46  10μm 50μ 50μ m m n1 n1 n1 n2 n2 n2 125 μm 125μm 125μm ∆ =ch thước sợi đa mode GI Kí 1% ∆Kích thước sợi đơn mode = 0,3% ∆ =ch thước sợi đa mode SI Kí 1% Các lọai sợi cáp quang thông dụng 8
2.6 Suy hao sợi quang Công suất trên sợi quang giảm dần theo hàm số mũ,biểu thức  P0 __công suất ở đầu sợi(z=0)  P(z) công suất ở cự ly z so vớ i đầu sợi  α: hệ số suy hao  P2  P( L) P1  P0  z z 10 P(z)  P 10 L 0 Hệ số suy hao trung b ình : A là suy hao của sợi  A( dB)  ( dB / km)  Suy hao:  L( km) Suy hao bên ngoài bản chất sợi: suy hao do ghép nối nguồn quang ,linh kiện  thu với sợi quang,giữa nguồn quang vớ i nguồn quang, do uốn cong và giới hạ n.  Suy hao bản chất sợ i: do tán xạ,do bứ c xạ năng lượ ng ánh sáng. VD: - tính tóan suy hao do mối nố i - tính tóan suy hao do hiệu suất ghép quang 2.6 suy hao sợi quang Suy hao hấp thụ  Ánh s áng lan truyề n trong sợi quang bị hấ p thụ do cá c vật liệu sợi và đượ c biế n đổi thà nh nhi ệt  gây suy hao quang m à không lọt á nh s á ng ra ngoài Sự hấp thụ của các kim loại:s ắt(Fe),đồng(Cu),mangan(Mn),Cobal(Co),Niken(Ni) .Mức độ hấp thụ của tạp  chất phụ thuộc vào tạp chất và bước sóng truyền (tạp chất có trong thủy tinh) Sự hấp thụ của OH: Sự có mặt của OH cũng gây ra độ suy hao đáng kể (do độ ẩm gây ra)  Sự hấp thụ bằng cực tí m và hồng ngoại: s ự hấp thụ xảy ra ngay cả đối với thủy tinh có độ tinh khiết cao  trong quá trì nh chế tạo. 100 50 Năm 1977 Suy hao hấp thụ cự c tím và 0,94μa 1,38μm hồng ngoại 1,24μm m Suy hao tán xạ Năm 1978 rayleigh và hấp Suy thụ ion hao quang dB/km5 Năm 1979 Cửa Suy hao hấp sổ Suy hao thụ h ồng thứ do tán ngoại 1 Cửa nhất xạ Suy Cửa sổ rayleigh hao sổ thứ hấp thụ thứ hai 0.1 cự c tím ba 0.8 μm 1.0 μm 1.2 μm 1.4 μm 1.5 μm Cá c đặc tính suy hao của loại sợi quang thạch anh 9
2.6 suy hao sợi quang α (dB/km) Suy hao tán xạ rayleigh  5 Hiện tượng ánh sáng tán xạ theo  4 nhiều hướng khác nhau khi nó gặp 3 2 phải một vật nhỏ có kích thước 1 không quá lớn so vớ i bước sóng của 0.3 ánh sáng 0 Nguyên nhân :do sự không đồng  đều của phân tử thủy tinh, vết nứt, 00.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 λ ( μm ) bọt khí ... 1.6 1.7 Độ lớn suy hao tỉ lệ ngh ịch với mũ  Suy h ao do tá n x ạ Rayleigh bốn bước sóng Hiện tượng này ứng dụng trong  máy đo quang dộ i Suy hao sợi quang do sự  không đồng nhất Nguyên nhân:do bề mặt biên giữa  vỏ và lõi gồ ghề không bằng phẳng nên gây tán xạ ánh sáng và một số chỗ lọt ánh sáng ra bên ngoài 2.6 Suy hao sợi quang Vỏ phản xạ Suy hao bức xạ gây nén do  bị uốn cong Khi tia sáng b ị uốn cong các tia sáng  lõi có góc tới vượt quá góc tới hạn bị phát xạ ra ngoài vỏ gây nên suy hao. Nguyên nhân:sợi quang bị chèn ép  θ < θc nên có những chỗ bị uốn cong nhỏ θc θ < θc θ > θc gây ra suy hao.suy hao này do các tia sáng b ị lệch trục đi qua những chỗ Suy h ao do u ốn cong uốn cong đó Gãc lÖch lâi trô Suy hao hàn nối  ng ua iq Khi hàn nối nếu nếu lõi của hai sợi Sî  Kh«ng ®ång nhÊt bÒ mÆt không được gắn với nhau hoàn toàn và đồng nhất thì một phần ánh sáng Gãc lÖch hai bªn lâi sîi sẽ không vào sợi kia hoàn toàn và bị phát ra ngoài nên gây suy hao. Kho¶ng c¸ch cña 2 bÒ mÆt 2.7 Tán sắc Khái niệm: Tín hiệu quang truyền qua sợi quang bị biến dạng gọ i là tán sắc.  Khi truyền ánh sáng trong miền thời gian,nó sẽ gây ra sự giãn rộng các xung và  làm giảm biên độ xung ánh sáng truyền dọc theo chiều dài sợi dây.Có một số trường hợp xung lân cân đè lên nhau. Độ tán sắc tổng cộng D =  o i2 2  τo:độ rộng xung ra  τi:độ rộng xung vào  Độ tán sắc được tính qua mỗi Km có đơn vị là ns/Km hay ps/Km  P out Pout P in 100% 100% 100% 50% 50% 50% t 10
Phân loại tán sắc Tán sắc vật liệu  Nguyên nhân:do nguồn phát quang diode,laze không chỉ bức xạ một vạch  phổ tương ứng với một bước sóng mà còn bức xạ một dải phổ quang bước sóng đó,làm chênh lệch thời gian truyền dẫn Tán sắc : tmax = Mmax ..L [ps]  Mmax :hệ số tán xạ vật liệu   độ rộng vạch phổ của ánh sáng  L:chiều dài  Tán sắc mode  Hiện tượng suất hiện ở sợi đa mode,các thành phần ánh sáng  truyền nhờ các mode riêng rẽ với thời gian khác nhau nên có sự chênh lệch thời gian sinh ra giãn xung Tán sắc dẫn sóng  Do sự phân bố năng lượng trong sợi quang phụ thuộc vào bước  sóng Nguyên nhân tán sắc Nguyên nhân:   Tá n sác mode: do năng lượng ánh sáng phân tán thành nhiều mode. Mỗi mode lại truyền  với vận tốc nhóm khác nhau nên thời gian truyền khác nhau. Tán sắc thể  Do tín hiệu quang truyền trên sợi không phải là đơn sắc mà gồ m một  khoảng bước sóng nhất định.Mỗi bước sóng lại có vận tốc truyền khác nhau nên thời gian truyền cũng khác nhau. Tán sắc chất liệu  Chiết suất của thủy tinh thay đổi theo bước sóng nên vận tốc truyền của ánh  sáng có bước sóng khác nhau cũng khác nhau. Tán sắc do tác d ụng của ố ng dẫn só ng  Sự phân bố năng lượng ánh sáng trong sợi quang phụ thuộc vào bước sóng  Tán sắc thể của các loại sợi  Băng thông của sợi quang H ( fm ) Hàm truyền đạt của sợi quang: H (0)  H(0): biên độ hàm truyền khi tần số điều chế fm=0 Hz (không có điều chế) Băng thông là tần số điều chế mà tại đó biên độ hàm truyền bằng ½  H ( fm  B ) 1  H (0) 2 Như vậy dãy thông B là tần số điều chế mà tại đó công suất quang giảm 50%  (hay 3dB) Đơn vị băng thông GHz, đôi khi là B1= GHz.Km ứng với đơn vị chiều dài 1Km  P out P out P in B = B1 . L-ν (GHz) ( GHz.Km) (Km) 100% Thừa số ν = 0,6 -> 0,8 L: chiều dài sợi quang 100% 100% 50% 50% 50% t 11
2.8. Cấu tạo Sợi quang Lõi  Cấu tạo:Là m bằ ng thủ y tinh hay chất dẻo  Lõi để dẫn á nh s áng  Lớp bọc  Cấu tạo: l àm bằng thủ y tinh nhưng chi ết suất nhỏ hơn lõi  Giữ ánh sá ng tậ p trung trong lõi nhờ sự phả n xạ toà n phần gi ữa lõi và l ớp bọc  Lớp phủ:  Được làm bắng các hợp chất hữu cơ như epoxyarylata, polyurethanes, …  Tác dụng:  Chống l ại s ự xâm nhậ p của hơi nước  250m Tr ánh sự trầ y sướ c gây nên những vết nứt  125m Giảm ả nh hưở ng vì uốn cong  Khi hà n nối hay ghé p á nh  Lớp vỏ Lớp phủ Lớ p bọc lõi sáng nhất thiết phải tẩy sạch lớp phủ Cấu trúc sợi quang 2.8. Cấu tạo Sợi quang Lớp vỏ  Tác dụng:tăng cường sức chịu  Sợ i quang đựng của sợi quang dưới tác dụng củ a cơ họ c,thay đổi củ a Lớ p phủ 1,2  2mm nhiệt độ ống đệm Các dạng:  Chấtnhồi  Dạng ống đ ệm lỏng Cấu trúc ống đệm lỏng (Loose buffer) Sợ i quang (đã được bọc lớp phủ)  được đặt trong một ống đệm có đường kính lớn hơn kích thước sợi quang. Ống đệ m lỏng làm từ polyester  hay polyamide, được nhuộm màu để đánh dấu. Trong một ống đệm có thể có  nhiều sợi quang (2-12 sợi). Cáp trong nhà không cần chất nhồi. Dùng trong truyền chất lượng cao  và có môi trường thay đổi nhiều. 2.8. Cấu tạo Sợi quang Dạng đệm kh ít  Sợ i quang Bọc một lớp vỏ ôm sát lớp  phủ.Thường có thêm lớp đêm Lớ p phủ 0,9mm mềm giữa lớp phủ và lớp vỏ. Lớ p đệm mềm Giảm k ích thước và trọng lượng  Lớ p vỏ c á p. Dùng lắp đặt trong nhà và làm Cấu trúc sợi quang có vỏ đệm tổng hợp  dây nhảy trong các trạm đầu cuối. Dạng băng dẹp:  Giống vỏ dạng đệm kh ít nhưng có  nhiều sợi quang thay vì một sợ i. Số sợi lên mỗ i băng có thể lên  đến 12. Băng 8 sợi Băng 4 sợ i Giảm k ích thước.  Cấu trúc băng dẹp ảnh hưởng trực tiếp khi bị kéo  căng 12
Đặ c đi ểm sợi quang Có băng thông lớ n nên có thể truyền đượ c một khối lượ ng  thông tin lớ n như:âm thanh,hì nh ảnh,d ữ liệu đến những địa điểm cách xa hàng trăm km mà không cần bộ tái tạo. Đường kí nh sợi nhỏ,trọng lượ ng nhỏ và không xuyên âm  Đặc tính cách điện nên không ảnh hưở ng của só ng điện từ và  xung điện từ Nguyên liệu chủ yếu là cát và chất dẻo  Suy hao thấp  Tính bảo mật cao do ánh sáng không b ức xạ ra bên ngoài (có  lớp vỏ chắn sáng bên ngoài) Phân loại sợi quang Theo điện môi   Sợi quang thạch anh: t hạch anh nguyên chất(SiO2) và B,F,Ge  Sợi quang thủy tinh đa vật liệu: sodalime,thủy tinh  Sợi quang bằ ng nhựa Theo mode truyền dẫn   Sợi đa mode  Sợi đơn mode Theo chỉ số chiết suất khúc xạ   Sợi quang chiết suất bậ c  Sợi quang chiết suất liên t ục 2.9. Cấu tạo Cáp quang Cấu t ạo  1.phần tư gia cường 2.Sợi quang và ống bọc l ỏng 3.Sợi dây đồng 4.sợi t hủy tinh aramit trộn hồ dí nh 5.vỏ nhôm Vá nh«m 6.vỏ bọc polietylen Sîi thuû tinh Sîi quang vµ èng bäc láng Thµnh phÇn gia cêng Sîi d©y ®ång Vá bäc Polyetylen 13
Fiber Has More Capacity This single fiber can carry more communications than the giant copper cable! Presented By The Fiber Optic Association ©2004, The Fiber Optic Association, Inc. Fiber Optic Cable • Protects the fibers wherever they are installed • May have 1 to over 1000 fibers Presented By The Fiber Optic Association ©2004, The Fiber Optic Association, Inc. 14
Creating Optical Fiber Vapor Chamber Soot Preform Heated - Consolidation Bait Rod Drawing Tower Retains Proportions Finished Preform Plastic Coating Applied Video clip chế tạo sợi quang Q&A ?? ? Chương 3. LINH KIỆN BIẾN ĐỔI QUANG ĐIỆN 3.1. Tổng quát 3.2. Thiết bị phát quang. 3.3. Thiết bị thu quang 15
3.1. TỔNG QUÁT Linh kiện được đặt 2 đầu sợi quang  - Linh kiện biến đổi điện quang - Linh kiện biến đổi quang điện.  Chất lượng của linh ki ện quang điện và sợi quang quyết định - Cự li - Dung lượng - Và chất lượng tuyến truyền dẫn 3.1.1. Các yêu cầu của linh kiện quang điện Thiết bị phát quang  - Bước só ng ánh sáng phát ra: 850 nm, 1300 nm và 1550nm - Công suất phát: Càng lớ n thì thông tin truyền cần xa - Độ rộng phổ: của nguồ n quang càng hẹp càng tốt - Góc phó ng ánh sáng: nguồ n quang có vùng phát sáng và góc phát sáng càng hẹp càng tốt. - Thời gian chuyển: tốc độ bit càng cao thì thời gian chuyển trạng thái phải càng nhanh. - Độ ổ n đị nh: do phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, t hời gian sử d ụng, cườ ng độ sáng xung quanh cho nên càng ổ n định càng tốt. - Thời gian sử d ụng lâu. - Gía thành hạ 3.1.1. Các yêu cầu của linh kiện quang điện Thiết bị thu quang  - Nhạy với bước sóng truyền: 850nm, 1300nm, và 1550nm. - Độ nhạy: càng cao càng tốt, có tỉ số lỗi bít (BER) nhỏ. - Đáp ứng nhanh: làm việc trong hệ thống có tốc độ nhanh - Dòng tối nhỏ: khi chưa có ánh sáng chiếu vào, vẫn có dòng điện nhiễu , dòng nhiễu này càng nhỏ càng tốt - Tạp âm: thấp đảm bảo S/N - Độ tin cậy cao - Gía thành hạ. 16
3.2. Thiết bị phát quang 3.2.1. Chức năng và thành phần Chức năng:  Biến đổi tín hiệu đầu vào thành tín hiệu quang tương ứng và phát tín hiệu quang này  vào trong sợi quang để thực hiện truyền dẫn thông tin Thành phần:  nguồn phát quang(đây là thành phần quan trọng nhất)  Bộ điều chế:chuyển đổi dữ liệu từ dạng tín hiệu điện sang tín hiệu quang  Mode ghép sợi:đưa tín hiệu từ cổng phát vào trong sợi quang  Mạch điện tử :cung cấp dòng cho nguồn quang  LASER, LED Mạch đi ều Bộ Xữ lý khi ển ghép mã gữi Ánh sáng kênh đưa vào số sợi M ạch đi ều M ạch hồi khi ển công tiếp quang suất Bộ biến đổi điện - quang Bộ phát quang 3.2.2. Nguồn quang Linh kiện dùng làm nguồn quang:   Diode phát quang hay LED(light emitting diode)  Diode laser hay LD(laser diode) C E g  hv  h Cơ chế phát quang    Năng lượ ng á nh sá ng phát ra: hC 1,24    Bước só ng á nh sá ng phát ra E g E g (eV ) E2 ¸nh s¸ng N¨ng lîng ¸nh s¸ng Møc n¨ng §iÖn tö N¨ng lîng lîng E1 a) C©n b»ng nhiÖt c) Ph¸t x¹ d) Ph¸t x¹ b) KÝch thÝch tù nhiªn cìng bøc a. Diode phát quang (LED) Cấu trúc LED có dạng tiếp  n gi áp dị thể gi ống với laser.Tuy P - + nhiên đ ối với led không cho §iÖn cùc ¸nh s¸ng phé p khuế ch đ ại và dao động ánh sáng trong vùng hoạt chất §iÖn cùc như laser. Ưu điểm LED so với laser  TiÕp gi¸p dÞ thÓ Độ tin cậy cao, mức độ tuyế n tính hơn và chi phí thấp. a) CÊu tróc LED Vïng n¨ng lîng §iÖn tö Lç trèng b) Møc n¨ng lîng 17
Đặc tính kỹ thuật LED Thông số điện: 50 mA đến 300 mA, điện áp trên LED 1,5  V đến 2,5 V Công suất quang phát: c ông su ất do LED ph át ra từ 1  đến 3 mW , lớn nhất 10 mW Góc ph át quang: mức công suất quang giảm một nửa  (3db) so với mức c ực đại Hiệu suất gh ép quang: tỉ s ố công su ất gh ép vào sợi so  với công su ất ph át quang tổng c ộng củ a ngu ồn. Độ rộng phổ: là khỏang bước s óng m à trong đó công  suất quang không nhỏ hơn phân nửa mức công suất đỉnh. Thời gian chuyển lên  Ảnh hưởng nhiệt đ ộ  Mạch phát quang dùng LED Vdc +9 Vdc C1 C2 LED Tín hiệu Q1 điều chế Q1 Vin R3 LED D4 Q2 Q3 C3 R1 R2 R R4 C4 Mạch phát đơn giản Mạch phát tiêu biểu b. Laser diode Nguyên lý:   Laser ho ạt động trên nguyên lý ph át xạ kích th ích Cấu tạo: (có cấu trúc dị thể)   Lớp b án d ẫn lo ại P  Lớp ho ạt ch ất (vai trò như buồng cộ ng hưởng)  Lớp b án d ẫn lo ại N  Mặt sau củ a laser đ ược ph ủ mộ t l ớp ph ản xạ còn mặt trước được cắt nhẵn để một phần ánh sáng phản xạ còn một phần chiếu ra ngoài + Mặt phản xạ - Bán dẫn loại p Lớp tí ch cực Bán dẫn loại N Anh s áng Nguyên lý cấu tạo laze bán dẫn 18
Laser diode ¸nh s¸ng Điều kiện để laze dao độ ng  §iÖn cùc §iÖn cùc được: 1 3 2 Sự chênh lệch mức năng lượng  giữa vùng dẫn của chất bán dẫn loại P và vùng dẫn trong lớp hoạt a. CÊu tróc chất phải lớn. MÆt ph¶n x¹ (mÆt lâm) cña laze Sự chênh lệch mức năng lượng  giữa vùng dẫn và vùng hóa trị của bán dẫn loại N cung phả i lớn Đối với chất bán dẫn loại N ở ¸nh s¸ng  chuyển tiếp mức năng lượng giá trị phải nhỏ hơn tại vùng tạp chất. Di thÓ DÞ thÓ Hoạt động N¨ng lîng  Khi có dòng chảy từ P  N điện tử  từ N chuyển động về phía P,lỗ trống chuyển động về phía N.Do b. Møc n¨ng lîng vậy điện tử và lỗ trống bị giam Hµng rµo dÞ thÓ trong lớp hoạt chất nhờ hàng rào Lç trèng thế năng. Tạo được trạng thái đảo Lín hơn mật độ và làm tăng cường độ Nhá phát xạ. c. Ph©n bè chiÕt suÊt Đặc tính kỹ thuật Laser Thông số điện: dòng ngưỡng, dòng kích thích 50 mA  đến 100 mA, điện áp trên Laser 1,5 V đến 2,5 V Công suất quang phát: c ông su ất do LED ph át ra từ 1  đến 10 mW, lớn nhất 50 mW Góc ph át quang: 5-100 theo phương ngang, 400 theo  phương vuông góc Hiệu suất gh ép quang: 30-50% cho sợi SM và 60-90%  cho sợi MM. Để tăng hiệu su ất gh ép thêm hệ thấu kính Độ rộng phổ: h ep hơn so vớ i LED  Thời gian chuyển lên  Ảnh hưởng nhiệt đ ộ  Mạch phát quang dùnh laser Giao tiếp Mạch kích Xử lí điện điện thích Sợi quang Thăm dò Giao tiếp Nguồn quang quang quang Thăm dò Gỉai nhiệt nhiệt 19