Download miễn phí Đề tài Tổng quan về hệ thống thông tin quang - Khái quát chung về hệ thống thông tin quang từ giai đoạn đầu đến nay
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 3
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 3
1.1 Giới thiệu chung 3
1.1.1 Mô hình hệ thống thông tin quang 3
1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin quang 4
1.1.3 Ưu điểm của hệ thống thông tin quang 5
1.2 Sự phát triển của kỹ thuật thông tin quang 6
1.3 Phân loại các phần tử quang điện trong thông tin quang 9
1.3.1 Các phần tử thụ động 10
1.3.2 Các phần tử tích cực 11
CHƯƠNG 2 12
CÁC PHẦN TỬ QUANG THỤ ĐỘNG 12
2.1 Cơ sở vật lý chung cho các phần tử thụ động 12
2.1.1 Bản chất của ánh sáng 12
2.1.1.1 Tính chất hạt 12
2.1.1.2 Tính chất sóng 13
2.1.2 Một số đặc trưng của ánh sáng 13
2.1.2.1 Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng 14
2.1.2.2 Định luật Snell 15
2.1.2.3 Nguyên lý phản xạ Bragg 16
2.1.3 Hệ phương trình Maxwell 17
2.1.3.1 Phương trình sóng trong điện môi 17
2.1.3.2 Phân cực ánh sáng 19
2.2 Sợi quang 21
2.2.1 Cấu trúc sợi quang 21
2.2.2 Phân loại sợi quang 21
2.2.2.1 Sợi đơn mode(SM) 22
2.2.2.2 Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc(MM-SI) 22
2.2.2.3 Sợi đa mode chiết suất biến đổi (MM - GI) 23
2.2.3 Các tham số ảnh hưởng tới truyền lan trong sợi quang 24
2.2.3.1 Suy hao 24
2.2.3.2 Tán sắc 27
2.3 Coupler quang 32
2.3.1 Coupler 2x2 32
2.3.1.1 Cấu tạo 32
2.3.1.2 Nguyên lý hoạt động 33
2.3.2 Coupler hình sao thụ động (PSC) 34
2.4 Bộ lọc quang 35
2.4.1 Chức năng của các bộ lọc 35
2.4.2 Đặc điểm, tham số của bộ lọc 35
2.4.2.1 Dải phổ tự do FSR 35
2.4.2.2 Độ mịn của bộ lọc F 36
2.4.2.3 Suy hao xen và độ phẳng dải thông 36
2.4.3 Các loại bộ lọc quang 37
2.4.3.1 Bộ lọc cách tử nhiễu xạ 37
2.4.3.2 Bộ lọc cách tử Bragg sợi 39
2.4.3.3 Bộ lọc màng mỏng nhiều lớp 40
2.4.3.4 Bộ lọc Fabry-Perot 41
2.5 Bộ phân cực và ngăn cách tín hiệu 42
2.5.1 Đặc điểm, nguyên lý hoạt động của bộ phân cực 42
2.5.2 Bộ ngăn cách tín hiệu 43
2.5.3 Bộ Isolator và Circulator 43
2.6 Bộ bù tán sắc 44
2.6.1 Kỹ thuật bù tán sắc 44
2.6.1.1 Kỹ thuật bù sau 44
2.6.1.2 Kỹ thuật bù trước 45
2.6.2 Các thiết bị bù tán sắc 45
2.6.2.1 Sợi bù tán sắc 45
2.6 .2.2 Bộ bù tán sắc bằng cách tử Bragg sợi chu kỳ biến đổi tuyến tính 47
CHƯƠNG 3 50
CÁC PHẦN TỬ TÍCH CỰC 50
3.1 Cơ sở vật lý chung của các phần tử tích cực 50
3.1.1 Các khái niệm vật lý bán dẫn 50
3.1.1.1 Các vùng năng lượng 50
3.1.1.2 Lớp tiếp giáp p-n 52
3.1.2 Các quá trình đặc trưng trong vật lý bán dẫn 54
3.1.2.1 Quá trình hấp thụ và phát xạ 54
3.1.2.2 Trạng thái đảo mật độ 55
3.2 Nguồn quang 56
3.2.1 Điốt phát quang. 57
3.2.1.1 Cấu trúc LED 57
3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của LED 57
3.2.1.3 Đặc tính của LED 59
Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.
Ketnooi -
Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ketnooi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Hàm truyền đạt của bộ lọc Fabry-Perot là một hàm tuần hoàn. Dải phổ tự do FSR bằng chu kỳ của hàm này và được xác định như sau :
suy ra FSR=1/2t=c/2nx (2-47)
Độ mịn của bộ lọc được xác định bằng tỷ số của FSR và độ rộng phổ nửa công suất HPBW của bộ lọc (còn gọi là độ rộng phổ 3dB) HPBW của bộ lọc đặc trưng cho độ hẹp của đỉnh hàm truyền đạt và được xác định như sau :
HPBW = c/2nx.(1-R)/ (2-48)
Độ mịn có quan hệ chặt chẽ với số kênh mà bộ lọc có khả năng lựa chọn :
F=FSR/HPBW=(p .)/(1-R) (2-49)
Từ đây ta thấy rằng độ mịn F tăng lên (tức là số lượng kênh mà bộ lọc có khả năng lựa chọn tăng lên) thì hệ số phản xạ R của gương phải lớn. Ngoài ra để tránh mất mát do suy hao hay phản xạ thì hai gương phải rất phẳng và được đặt song song nhau. Bên cạnh đó ta có thể thay đổi việc chọn lựa bước sóng của thiết bị bằng việc thay đổi chiều dài khoang cộng hưởng hay chỉ số chiết suất của khoang cộng hưởng.
2.5 Bộ phân cực và ngăn cách tín hiệu
Phân cực là một thuộc tính quan trọng của sóng điện từ. Ánh sáng là một dạng của sóng điện từ. Hiện tượng này đã được đề cập ở phần trước với các điểm chính như : Ánh sáng có thể phân cực tuyến tính, phân cực tròn hay tổng quát là phân cực elip. Thông thường ở một thời điểm bất kỳ một sóng ánh sáng phân cực nào cũng có thể phân tích thành hai thành phần E và H vuông góc với nhau. Hai thành phần này khác pha nhau 90o thì sóng tổng hợp phân cực tròn.
2.5.1 Đặc điểm, nguyên lý hoạt động của bộ phân cực
Bằng việc thay đổi pha của hai thành phần, đầu ra có thể nhận được sự phân cực tuyến tính. Một số môi trường không đẳng hướng như thạch anh làm cho các sóng phân cực tuyến tính bị quay. Hiện tượng này được gọi là hoạt tính quang học và khả năng quay của sóng phân cực tuyến tính được đặc trưng bởi đại lượng p* gọi là công suất quay : p* = π (n - n+)/λ [ độ/cm]
Trong môi trường có công suất quay p*, một phân cực tuyến tính sẽ quay đi một giá trị p*L khi đi qua một khoảng cách L. Đặc tính này được sử dụng để điều khiển phân cực và cách ly sóng phản xạ. Hiệu ứng Faraday : là hiệu ứng khi nhiều tinh thể có hoạt tính quang khi đặt trong môi trường từ tính mạnh. Trong trường hợp này công suất quang được đặc trưng bởi công thức : p* =V*.B
Với B là từ trường trong hướng truyền của sóng.
V* là hằng số Verdet.
2.5.2 Bộ ngăn cách tín hiệu
Khi sóng phân cực tuyến tính đi qua bộ quay Faraday, nó bị quay một góc là φ. Sóng quang vào
Sóng quang phản xạ đã quay đi 900
Bộ quay Faraday
Sóng quang đã quay đi 450
Hình 3.28 Sơ đồ nguyên lý bộ ngăn cách tín hiệu.
Nếu bị phản xạ lại, nó sẽ không thể trở về trạng thái phân cực ban đầu mà nó bị quay tiếp một góc φ. Vì chiều từ trường ngược lại do đó góc quay tổng cộng bây giờ là 2φ. Theo nguyên lý này ta có thể tạo ra các bộ ngăn cách tín hiệu.
2.5.3 Bộ Isolator và Circulator
Isolator là thiết bị cho phép truyền dẫn chỉ theo một hướng và không cho truyền dẫn theo hướng nào khác nữa. Nó hoạt động dựa theo nguyên lý phân cực đê ngăn cách tín hiệu. Bằng cách sử dụng các bộ này thì các phản xạ từ các bộ khuếch đại hay laser có thể được cách ly khỏi tín hiệu.
Circulator là một thiết bị tương tự Isolator, nhưng nó có nhiều cổng. Hình 2.29 mô tả một Circulator với 4 cổng vào và 4 cổng ra. Tín hiệu từ mỗi cổng được hướng tới một cổng ra và bị ngăn tại các cổng còn lại.
1 2
3
2
3 4
1
4
Hình 2.26 Circulator 4 cổng ra và 4 cổng vào
Ứng dụng của bộ cách ly này có thể là dùng trong các module tách ghép kênh quang. Tín hiệu tại đầu ra mỗi bộ phát ở một bước sóng riêng, những tia sáng này được ghép lại và truyền vào sợi quang. Thiết bị thực hiện chức năng này gọi là bộ ghép kênh quang (Multiplexer hay MUX). Ngược lại, ở phía thu có một thiết bị tách tín hiệu quang thu được thành các kênh quang có bước sóng khác nhau để đưa đến mỗi bộ thu quang riêng biệt. Thiết bị này gọi là bộ tách kênh quang (Demultiplexer hay DEMUX). Các bộ ghép / tách kênh này có cấu tạo từ các bộ lọc và coupler quang. Mục đích của chúng là nhằm tăng dung lượng hệ thống bằng việc tăng số lượng kênh truyền được trên một sợi quang.
2.6 Bộ bù tán sắc
Như ta biết ở phần trước, sợi quang đơn mode có giá trị suy hao nhỏ nhất tại bước sóng 1550nm trong 3 cửa sổ suy hao sợi quang hiện đang sử dụng. Tuy nhiên ở vùng bước sóng này lại tồn tại giá trị tán sắc rất lớn khoảng từ 16¸20 ps/nm.km. Bên cạnh đó, các bộ khuếch đại hiện nay có thể giải quyết vấn đề suy giảm tín hiệu do hiện tượng suy hao. Do đó, tán sắc sợi quang lại càng trở thành vấn đề quan trọng trong việc xây dựng các hệ thống thông tin quang vì tán sắc gây giảm tốc độ và cự ly truyền dẫn. Việc cần thiết nhất hiện nay là làm sao để bù được tán sắc, làm giảm giá trị tán sắc để trả lại dạng tín hiệu gốc từ phía phát.
Bộ bù tán sắc (Dispersion Compensation Device) tạo ra sự tán sắc ngược với sự tán sắc do các thành phần trong hệ thống gây ra, kết quả là xung tín hiệu được khôi phục lại có độ rộng như ban đầu. Có hai loại thiết bị bù tán sắc hay được sử dụng là sợi quang bù tán sắc và cách tử bù tán sắc.
2.6.1 Kỹ thuật bù tán sắc
Hiện tượng một xung ánh sáng bị giãn rộng ra về mặt thời gian sau một quãng đường truyền nhất định trong sợi cáp quang được gọi là hiện tượng tán sắc trong sợi cáp quang. Có ba nguồn gây nên hiện tượng tán sắc đó là:
- Tán sắc vật liệu
- Tán sắc dẫn sóng
- Tán sắc vận tốc nhóm
Trong đó tán sắc do vận tốc nhóm là đáng chú ý và có thể giảm nhỏ bằng việc sử dụng các kỹ thuật được đề cập sau đây.
2.6.1.1 Kỹ thuật bù sau
Kỹ thuật bù sau là một kỹ thuật điện có thể được sử dụng bù tán sắc vận tốc nhóm GVD ở trong bộ thu quang. Kỹ thuật này dựa trên nguyên tắc sau : Tín hiệu quang có thể bị suy giảm do GVD gây ra, nhưng có thể cân bằng các ảnh hưởng của tán sắc bằng phương pháp điện nếu sợi quang có vai trò như một hệ thống tuyến tính. Phương pháp này sử dụng bộ lọc băng thông có đáp ứng xung phụ thuộc vào hàm truyền đạt sau :
Trong đó : L là chiều dài tuyến sợi quang.
viF là tần số trung tần của tín hiệu quang chuyển đổi sang tín hiệu viba.
Bộ lọc cần hoàn trả lại tín hiệu gốc từ tín hiệu thu được. Tuy nhiên phương pháp này chỉ thực tế đối với bù tán sắc trong hệ thống thông tin quang coherent. Còn đối với các hệ thống tách quang trực tiếp thì không khả thi.
Do đó phương pháp cân bằng điện này chi dùng trong các hệ thống thông tin có tốc độ bit thấp,cự ly truyền dẫn không dài.
2.6.1.2 Kỹ thuật bù trước
Kỹ thuật bù tán sắc trước là kỹ thuật áp dụng phương pháp tiếp cận trên cơ sở sửa đổi các đặc tính của các xung tín hiệu đầu vào tại thiết bị phát quang trước khi tín hiệu này được phát vào môi trường truyền dẫn. Nó dựa vào biên độ phổ của xung tín hiệu vào để thay đổi tán sắc vận tốc nhóm có liên quan. Tuy nhiên việc thực hiện phương pháp này cũng không dễ dàng bởi việc tính toán chính xác lượng bù cho tán sắc vận tốc nhóm là rất phức tạp. Và để đơn giản, phương pháp khác cũng hướng tới...