Bài giảng Chương 3: Bộ phát quang (tiếp)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Fundamental of Optical Fiber Communications Giảng viên: Th.S Đỗ Văn Việt Em – Th.S Phạm Quốc Hợp Bộ môn: Thông Tin Quang – Khoa Viễn thông 2 Email: emdvv@ptit.edu.vn, pqhop@ptithcm.edu.vn KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 3 BỘ PHÁT QUANG www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 2 NỘI DUNG CHƯƠNG 3 • Nguyên lý chung về biến đổi quang điện • LED • Laser diode (LD) • Các đặc tính kỹ thuật của nguồn quang á ồ á ẫ• C c ngu n laser b n d n đơn mode • Bộ phát quang www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 3 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mức năng lượng (Energy Level): ƒ Tính chất hạt của ánh sáng: • Eph = hf h: hằng số Plank (h= 6,625x10-34J.s) f : tần số của photon ánh sáng • Eánh sáng = Nph x Eph Nph: số photon ƒ Tính lượng tử của vật chất: • Hat nhân: điện tích dương • Các điện tử: điện tích âm – Quay quanh hạt nhân theo các quỹ đạo ổn định – Mang một mức năng lượng nhất định www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 4 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mức năng lượng (Energy Level): ƒ Biểu đồ mức năng lượng (energy level diagram): E3 E4 Năng lượng E(eV) Trạng thái nền (ground state) E1 E0 E2 Dải cấm năng luợng (energy gap) ΔEij=Ej - Ei • Biểu diễn trạng thái năng lượng của điện tử trong một nguyên tử • Các mức năng lượng này không liên tục Æ rời rạc nhau www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 5 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mức năng lượng (Energy Level): ƒ Hàm phân bố Boltzmann: Năng lượng E ΔE : độ chênh lệch năng lượng giữa E và E ; exp(-ΔEi/kBT) Ei ]/[ 0 TkE i BieNN Δ−×= i i 0 kB: hằng số Boltzmann (1,38.10-23 (J/oK)) T: nhiệt độ tuyệt đối (oK). Mật độ điện tử E0 Ni N0 • Phân bố mật độ điện tử ở các trạng thái năng lượng khác nhau • Khi “cân bằng về nhiệt” www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 6 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mức năng lượng (Energy Level): ƒ Nhận xét: • Ni > Nj (với i<j) Æ mật độ điện tử ở trạng thái nền là lớn nhất. • T = 0oK: tòan bộ điện tử ở trạng thái nền • T > 0oK: điện tử hấp thụ năng lượng nhiệt Æ thay đổi trạng thái năng lượng Æ chuyển từ E0 lên các mức năng lượng cao hơn • Số điện tử ở các mức năng lượng kích thích tăng lên khi To tăng • Trạng thái nền là trạng thái năng lượng bền vững của điện tử – Xu hướng chuyển về các trạng thái năng lượng thấp – Thời gian sống (lifetime) của điện tử • Khi điện tử chuyển từ EÆE (với i<j): giải phóng một phần năngj i lượng bằng đúng độ chênh lệch giữa hai mức năng lượng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 7 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguyên lý biến đổi quang điện: Haáp thuï (Absortion) Phaùt xaï töï phaùt (Spontaneous emission) Phaùt xaï kích thích (Stimulated emission) Bieán ñoåi quang -ñieän Bieán ñoåi ñieän - quang Bieán ñoåi ñieän - quang Linh kieän thu quang (Photo detector) LED (Light Emitting Diode) Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 8 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguyên lý biến đổi quang điện: a. Hiện tượng hấp thụ và phát xạ tự phát b. Hiện tượng phát xạ kích thích www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 9 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Ánh sáng kết hợp (Coherent Light) ƒ Các photon do hiện tượng phát xạ kích thích phát ra có: • Cùng pha • Cùng tần số • Cùng phân cực • Cùng hướng truyền Æ Ánh sáng laser có tính kết hợp (coherent) ƒ Các photon ánh sáng do hiện tượng phát xạ tự phát tạo ra một cách ngẫu nhiên theo thời gian và không gian Æ Ánh sáng LED không có tính kết hợp www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 10 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn (Semiconductor Light Source) ƒ Nguồn quang: là linh kiện biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệ á h á ó ô ấ ỷ lệ ới dò điệ hu n s ng c c ng su t t v ng n c ạy qua nó. ƒ Có hai loại nguồn quang được sử dụng trong thông tin quang: • Diode phát quang LED (Light Emitting Diode) L (Li ht A lifi ti b Sti l t d E i i f R di ti )• aser g mp ca on y mu a e m ss on o a a on www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 11 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn (Semiconductor Light Source) ƒ Được sử dụng trong thông tin quang vì có thể đáp ứng đ á ê ầược c c y u c u: • Kích thuớc nhỏ tương ứng với sợi quang • Thu nhận tín hiệu điện ngõ vào một cách chính xác • Bước sóng phù hợp với vùng bước sóng hoạt động của sợi quang • Điều chế tín hiệu một cách đơn giản trên dải tần rộng trải dài từ tần số âm thanh tới dải tần gigahezt . • Hiệu suất ghép quang cao • Độ rộng phổ hẹp D t ì ứ ô ất õ ổ đị h• uy r m c c ng su ng ra n n • Giá thành thấp và có độ tin cậy cao www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 12 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn (Semiconductor Light Source) ƒ Chất bán dẫn được sử dụng cần phải có • Dải cấm năng lượng trực tiếp • Độ rộng của dải cấm năng lượng phù hợp để tạo ra ánh sáng có bước sóng nằm trong vùng bước sóng hoạt động của TTQ Æ Vật liệu nhóm IV (Si, Ge,) không thỏa điều kiện ƒ Bước sóng của ánh sáng do nguồn quang phát ra chỉ phụ thuộc vào vật liệu chế tạo nguồn quang. www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 13 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn (Semiconductor Light Source) (a) Dải cấm năng lượng trực tiếp (b) Dải cấm năng lượng gián tiếp www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 14 . . Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn (Semiconductor Light Source) ƒ Kết hợp vật liệu nhóm III (Ga, Al, ) và nhóm V (As, P, I )n, InGaAsP AlGaAs GaAs/InP GaAs GaAsP 0,5 0,6 0,7 0,85 1,0 1,3 1,55 λ(μm) Bước sóng ánh sáng phát xạ của một số loại bán dẫn nhóm III kết hợp với nhóm V www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 15 Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Vùng năng lượng (Energy Band): E Vuøng daãn (Conduction band) Vuøng hoaù trò Dải cấm năng lượng (Energy band gap) ƒ Trong chất bán dẫn: (Valence band) • Các mức năng lượng rất gần nhau Æ vùng năng lượng • Hai vùng năng lượng tách biệt nhau: vùng hóa trị (valence band) à ù dẫ ( d i b d)v v ng n con uct on an . www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 16 LED • Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: ƒ Hoạt động dựa trên tiếp giáp pn phân cực thuận và hiện há hátượng p t xạ tự p t V+ - I - -- ++ + Vuøng hieám (Depletion region) V>VPhaùt xaï töï phaùt p n - -- - - - - - - + + + + + + ++ +- V + - photon D - D E Loã troáng+ Ñieän töû- Eph = hν Ev Ec - + Eg = Ec - Ev www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 17 LED • Đặc tính P-I của LED: ƒ Mối quan hệ giữa công suất phát quang và dòng điện: • Công suất quang: P = E/t = Nph.Eph /t= (Ne.ηint.Eph)/t • Hiệu suất lượng tử nội: P(mW) ηint = Nph / Ne • Dòng điện: I = N e/t 10 e. Æ P = [(ηint.Eph)/e].I 5 • Nếu Eph được tính bằng đv (eV): P(mW) = [(ηint.Eph(eV)].I(mA) I(mA) 100 200 0 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 18 LED • Đặc tính phổ của LED: E Vuøng daãn (Conduction band) Công suất chuẩn hóa λ1 λ2 λ3 λ4 Δλ 1 0.5 Vuøng hoaù trò (Valence band) λp λ(nm) 1, 24( ) ( )ij m E V λ μ = Với Eij = Ej - Ei www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 19 ij e LED • Đặc tính phổ của LED: ƒ Nguồn quang bán dẫn: vùng năng lượng ƒ Các photon được tạo ra có bước sóng: 1,24( ) ( )ij m E V λ μ = Với Eij = Ej - Ei ƒ Nhiều mức NL Æ nhiều bước sóng ás được tạo ra. ƒ Công suất phát quang tại các bước sóng khác nhau ij e không đều nhau ƒ Bước sóng trung tâm: • Công suất lớn nhất • Thay đổi theo nhiệt độ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 20 LED • Cấu trúc của LED: Ánh sáng phát xạ Ánh sáng phát xạ bán dẫn p điện cực tiếp xúc n p bán dẫn n điện cực tiếp xúc Cấu trúc LED planar Cấu trúc LED dome www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 21 LED • Cấu trúc của LED: Cấu trúc LED Burrus www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 22 LED • Cấu trúc của LED: LED phát xạ cạnh (ELED) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 23 LASER • Cấu tạo laser Fabry – Perot: www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 24 LASER • Cấu tạo laser Fabry – Perot: ƒ Cấu trúc nhiều lớp bán dẫn p, n ƒ Lớp tích cực (active layer): • Rất mỏng • Có chiết suất lớn kẹp giữa hai lớp P và N có chiết suất nhỏ hơn . Æ ống dẫn sóng. ƒ Ánh sáng phát ra và được giữ trong lớp tích cực ƒ Ánh sáng của laser phát ra ở phía cạnh, giống như ELED ƒ Hai lớp phản xạ ở hai đầu lớp tích cực có hspx R<1 Æ hố ộ hưở F b P tc c ng ng a ry- ero ƒ Anh sáng được đưa ra ngoài qua một phần được cắt nhẵn của một mặt phản xạ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 25 LASER • Nguyên lý hoạt động: ƒ Hiện tượng phát xạ kích thích: • Tạo ra sự khuếch đại ánh sáng trong Laser • Ánh sáng kết hợp ƒ Hiện tượng cộng hưởng của sóng ánh khi lan truyền trong laser: • Quá trình chọn lọc tần số (hay bước sóng) ánh sáng. Chỉ hữ ó á h á ó tầ ố thỏ điề kiệ ề h ủ• n ng s ng n s ng c n s a u n v p a c a hốc cộng hưởng thì mới có thể lan truyền và cộng hưởng trong hốc cộng hưởng được. Æ ố ó á h á d l F b P t hát bị iới hs s ng n s ng o aser a ry- ero p xạ g ạn Æ giảm độ rộng phổ của laser so với LED. www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊ N: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 26 LASER • Hốc cộng hưởng Fabry-Perot: a) Hoác coäng höôûng Fabry-Perot b) Khoâng coäng höôûng c) Coäng höôûng ƒ Sóng ánh sáng có thể tồn tại và khuếch đại được trong hốc cộng hưởng của laser Fabry-Perot nếu: λ Với n: chiết suất của lớp tích cực q = 1 2 3 2 ⋅= n qL n c L qf ⋅= 2 , , , , www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 27 LASER • Độ khuếch đại quang: Lôùp phaûn xạ coù heä soá phaûn xa R1 Lôùp phaûn xạ ù h ä á h û R R1P(L)R1P(2L) R2R1P(2L) (1-R1)P(L) R1 (1-R1)P(2L) Lôùp tích cöïc (active layer) ï co e so p an xaï 2 P(0) P(L) P(z) = P(0) exp[(g-α)z] • P’(0) = R1.R2.P(2L) = P(0).R1.R2.e(g-α).2L 0 L z • P’(0) ≥ P(0) Æ R1.R2.e(g-α).2L ≥ 1 Æ g ≥ α + (1/2L).ln(1/R1.R2) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 28 LASER • Độ khuếch đại quang: ƒ Điều kiện để ánh sáng được khuếch đại trong quá trình l ề à hả l i iữ h i hố ộ h ởan truy n v p n xạ qua ạ g a a c c ng ư ng: • g ≥ α + (1/2L).ln(1/R1.R2) • N + N > Nspontaneous stimulated absorption Ætrạng thái nghịch đảo mật độ (population inversion) Æ bơm (Pumping) ƒ Laser bán dẫn: nguồn bơm là dòng điện ƒ Dòng ngưỡng: dòng điện tối thiểu để đạt được trạng thái nghịch đảo nồng độ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 29 LASER • Đặc tính phổ của Laser Fabry-Perot: Daûi thoâng ñieàu cheá á á λ0 λ Ñaëc tuyen khuech ñaïi λ Đặc tính chọn lọc tần số của hốc cộng hưởng λ Æ laser đa mode MLM (Multi Longitudinal Mode)Phổ của Laser Fabry-Perot www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 30 LASER • Phương trình tốc độ của laser (rate equations): DnsnJdn −−= eddt spτ snDnsds ζ+ ƒ Biểu diễn sự thay đổi theo thời gian của mật độ điện tử à ậ ộ phspdt ττ −= v m t đ photon ƒ Tính chất và đáp ứng của laser theo thời gian có thể được xác định: • Trạng thái tĩnh (steady-state): dn/dt=0 và ds/dt=0 • Trạng thái động (dynamic-state): dòng điện kích thích thay đổi theo thời gian www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 31 LASER • Đặc tính điều chế của laser: (a). Điều chế tín hiệu số (b). Điều chế tín hiệu tương tự www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 32 LASER • Nhiễu trong Laser: ƒ Xảy ra khi tín hiệu quang phát ra không ổn định (khi điề kiệ h độ ủ l khô h đổi) ều n oạt ng c a aser ng t ay v : • Công suất phát quang • Bước sóng phát quang • Độ rộng phổ ⃠Ph n loại: • Nhiễu lượng tử (quantum noise) • Sự không ổn định của nguồn quang • Sự phản xạ của ánh sáng vào nguồn quang • Nhiễu thành phần (partition noise) trong các nguồn quang đa mode www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 33 CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • Đặc tuyến P-I của nguồn quang: ƒ Công suất phát quang: công suất tổng cộng mà nguồn háquang p t ra ƒ Đặc tuyến P-I của SLED, ELED và Laser: LASERP(mW) 10 SLED ELED 5 Ith I(mA) 100 200 0 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 34 CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • Góc phát quang: ƒ Được xác định ở mức công suất quang giảm một nữa (3dB) so với ứ ự đ im c c c ạ SLED ELED LASER www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 35 CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • Hiệu suất ghép quang: ƒ Tỷ số giữa công suất quang ghép vào sợi quang Popt trên ô ấ há ủ ồ Pc ng su t p t quang c a ngu n quang s optP P η = ƒ Hiệu suất ghép quang của một số loại nguồn quang: • SLED: 1-5% s • ELED: 5-15% • Laser: + 60% đối với sợi quang đơn mode (SMF) + 90% đối với sợi quang đa mode (MMF) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 36 CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • Hiệu suất ghép quang: ƒ Hiệu suất ghép quang phụ thuộc: • Kích thước vùng phát quang • Góc phát quang của nguồn quang • Góc thu nhận (hay NA) của sợi quang • Vị trí tương đối giữa nguồn quang và sợi quang • Bước sóng ánh sáng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 37 CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • Độ rộng phổ: ƒ Là khoảng bước sóng mà công suất quang không nhỏ h hâ ữ ứ ô ấ đỉ hơn p n n a m c c ng su t n Công suất chuẩn hóa 1 Δλ 0.5 ƒ Độ rộng phổ của một số loại nguồn quang λp λ(nm) • LED: 50-60nm • Laser Fabry Perot (MLM laser): 2-4nm • Nguồn quang bán dẫn đơn mode (SLM): <0 1 nm . www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 38 CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • Thời gian lên (rise time): ƒ là thời gian để công suất quang ở ngõ ra của nguồn ă ừ 10% đế 90% ứ ô ấ ổ đị hquang t ng t n m c c ng su t n n Coâng suaát töông ñoái 0 1 0.9 1 t ƒ ảnh hưởng đến tốc độ bit của tín hiệu điều chế. . tr ƒ Thời gian lên của Laser (không quá 1 ns) rất nhanh so với LED (2–50 ns tùy loại) Æ Sử dụng trong các hệ thống thông tin quang tốc độ cao www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 39 CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • Ảnh hưởng của nhiệt độ: ƒ Làm thay đổi các tính chất của nguồn quang: • Bước sóng phát quang • Công suất phát quang. ƒ Xảy ra nhiều hơn với laser hơn là LED Công suất quang (mW) Nhiệt độ tăng I (20oC) I (50oC) I (80oC) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 40 th th th LASER Bán Dẫn Đơn Mode • Laser hồi tiếp phân bố (DFB): ƒ Distributed Feedback Laser (DFB laser) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 41 LASER Bán Dẫn Đơn Mode • Laser hồi tiếp phân bố (DFB): ƒ Quá trình cộng hưởng và chọn lọc tần số được thực hiện hờ ấ ú á h ử B đặ ở bê h d hn c u tr c c c t ragg t n cạn , ọc t eo vùng tích cực của laser. ƒ Chỉ phát xạ ánh sáng có bước sóng λB thỏa đk Bragg: λB = 2.Λ.neff Với Λ: chu kỳ của cách tử Bragg, neff = n.sinθ, n: chiết suất của á h ử ó hả ủ á h ác c t , θ: g c p n xạ c a n s ng Ælaser DFB chỉ phát ra một mode sóng có độ rộng phổ rất hẹp so với laser FP www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 42 LASER Bán Dẫn Đơn Mode • Laser phản xạ Bragg phân bố (DBR) ƒ Distributed Bragg Reflector Laser (DBR laser) ƒ Cách tử Bragg được đặt ở hai đầu vùng tích cực, đóng vai trò như gương phản xạ của hốc cộng hưởng ƒ Chỉ có một bước sóng thỏa điều Bragg mới có thể phản xạ lại và cộng hưởng trong vùng tích www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 43 LASER Bán Dẫn Đơn Mode • Laser bán dẫn hốc cộng hưởng ghép (Coupled Cavity Semiconductor Laser) (a) Laser hốc cộng hưởng ngoài (external cavity laser) (b) Hệ số phản xạ phụ thuộc bước sóng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 44 (c) Phổ của laser LASER Bán Dẫn Đơn Mode • Laser bán dẫn hốc cộng hưởng ghép (Coupled Cavity Semiconductor Laser) Laser hốc cộng hưởng cắt (cleaved-cavity laser) Laser hốc cộng ngoài (external cavity laser) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 45 Bộ Phát Quang • Các thành phần của một bộ phát quang: ƒ Nguồn quang ƒ Bộ ghép tín hiệu quang ƒ Mạch điều chế tín hiệu M h điề khiể ô ấtƒ ạc u n c ng su www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 46 Bộ Phát Quang • Sơ đồ khối bộ phát quang: www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 47 Bộ Phát Quang • Mạch phát điều biến cường độ: ƒ Kết hợp của mạch điều khiển và mạch điều chế tín hiệu www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 48 Bộ Phát Quang • Mạch phát điều biến cường độ: Mạch điều khiển Mạch điều chế tín hiệu www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 49 Bộ Phát Quang • Bộ điều biến ngoài: ƒ Điều chế tín hiệu quang được thực hiện bởi bộ điều chế ò i ( l d l )ng a externa mo u ator . ƒ Ánh sáng do laser phát ra dưới dạng sóng liên tục CW (continuous wave) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 50 Bộ Phát Quang • Bộ đi