Tổng quan về hệ thống thông tin sợi quang

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢIQUANG GENERAL INFORMATION ON COMMUNICATION NỘI DUNG:+ Các đặc điểm cơ bản và nguyên lý hoạt động+ Nguyên lý hoạt động của hệ thống + Ưu khuyết điểm của hệ thống+ Máy phát quang+ Máy thu quang+ Truyền dẫn TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGA. PHẦN HỆ THỐNG Thông thường thì tên gọi của một hệ thống thông tin gắn liền với môi trường truyền dẫn. Vì vậy mà đối với hệ thống thông tin sợi quang thì môi trường truyền dẫn chính là cáp sợi quang. A.1 Cấu trúc và các thành phần trong hệ thống thông tin sợi quangTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGA.2 Cấu trúc và các thành phần trong hệ thống thông tin sợi quangA. PHẦN HỆ THỐNG Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống được mô tả như hình 1.1. Tín hiệu điện được đưa vào bộ biến đổi điện-quang (E/O) để biến thành tín hiệu quang. Sau đó tín hiệu quang mang thông tin này được đưa vào sợi dẫn quang để truyền đến phía thu .TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGA. PHẦN HỆ THỐNG Hệ thống thông tin sợi quang hiện nay phổ biến nhất là hệ thống điều chế cường độ-tách sóng trực tiếp (IM-DD) bao gồm các thành phần chính là phần phát quang, môi trường truyền dẫn và phần thu quang.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGA. PHẦN HỆ THỐNGA.3 Đặc điểm và nguyên lý hoạt động+. Phân loại theo môi trường truyền → có hai loại:Hệ thống thông tin sợi quang (Fiber Optic Communication System-FOCS): truyền tín hiệu ánh sáng qua môi trường sợi quangHệ thống thông tin quang không gian (Space Optic Communication System-SOCS): truyền tín hiệu ánh sáng qua môi trường không gian FOCS rất phổ biến → chỉ nghiên cứu FOCS+. Phân loại theo pp tách sóng → có hai loại:Điều chế cường độ-tách sóng trực tiếp (IM-DD)Tách sóng kết hợp (Coherence)+. Phân loại theo số kênh → có hai loại:Đơn kênhĐa kênh: WDM, OTDM, SCM, WDM-SCM+. Phân loại theo bộ khuếch đại → có hai loại:Tuyến không có khuếch đại quangTuyến có khuếch đại quangTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGB. PHẦN PHÁT QUANG Nguồn phát quang sử dụng diode phát quang LED(Light Emitting Diode hoặc LD (Diod Laser). Tín hiệu điện ở đầu vào ở dạng số hoặc tương tự, thiết bị phát sẽ biến đổi thành tín hiệu quang tương ứng. B.1 Nguyên lý phát xạ ánh sáng Hạt mangc) Phát xạ tự phátd) Phát xạ khích thíchb) Hấp thụa) Cân bằng nhiệtHình B.1 Mức năng lượng và các quá trình dịch chuyển. Bộ phát quang: biến đội và mã hóa thông tin sang dạng các tín hiệu điện tự và phát đi trên hệ thống truyền dẫn. Quá trình chuyển mức năng lượng E và E được trình bày như trên hình B.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGB. PHẦN PHÁT QUANGTheo cơ học lượng tử, bước sóng ánh sáng phát xạ được tính theo công thức: Trong đó, h = 6,625.10-34js (hằng số Planck) c = 3.108 là vận tốc ánh sáng Quá trình hấp thụ được trình bày như trên hình 1.5 trong đó E1 và E2 tương ứng là mức năng lượng ở trạng thái nền và ở trạng thái kích thích của hạt mang trong môi trường hấp thụ. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGA. PHẦN PHÁT QUANGB.2 Nguồn phát quang bán dẫn Nguồn phát quang bán dẫn được sử dụng phổ biến trong hệ thống thông tin sợi quang.Có hai loại nguồn phát quang phổ biến là LED và Laser Diode.B.2.1 Mối nối p-nPhần cốt lõi tạo ra ánh sáng là tiếp giáp p-n và thường được gọi là lớp tích cực, ánh sáng được đưa ra bên ngoài một cách hiệu quả nhờ thiết bị ghép như thấu kính hoặc sợi quang.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGB. PHẦN PHÁT QUANGB.2.2 Nguồn phát quang bán dẫnTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGB. PHẦN PHÁT QUANGB.2.3 Cấu trúc dị thể Laser diode hoạt động ở nhiệt độ phòng có cấu trúc dị thể. Một cấu trúc dị thể là một mối nối của 2 vật liệu có năng lượng vùng cấm (bandgap) khác nhau. Do đó, người ta còn gọi là mối nối dị thể. Do mức năng lượng tại mối nối dị thể khác nhau nên sẽ xuất hiện điểm nhảy trong dải hoá trị như hình vẽ. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGB. PHẦN PHÁT QUANGCấu trúc dị thể kép có khả năng giam các hạt mang di. Khi các hạt mang và các phô tôn cùng bị giam một cách hiệu quả trong lớp hoạt động thì các hạt mang sẽ tương tác mạnh vào các phô tôn nên tạo công suất quang ra lớn Hình 1.7 Cấu trúc dị thể kép: (a) Sơ đồ hình học và (b) giản đồ năng lượngTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGB. PHẦN PHÁT QUANGB.2.4 LED LED là nguồn phát ra ánh sáng không kết hợp khi chúng được phân cực bằng điện áp thuận hoặc nguồn dòng.Phát ra ánh sáng không kết hợp. Độ rộng phổ của LED cũng phụ thuộc vào cấu trúc của bộ ghép quang, nơi mà ánh sáng phát ra từ lớp hoạt tính. Có cấu trúc bộ ghép quang khác nhau tương ứng với Diode phát xạ mặt và phát xạ cạnh. Không có gương phản xạ. Có phổ rộng vài chục nm.Độ rộng phổ của LED cũng phụ thuộc vào cấu trúc của bộ ghép quang, có hai kiểu cấu trúc bộ ghép quang khác nhau tương ứng với Diode phát xạ mặt và phát xạ cạnh.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGB. PHẦN PHÁTB.2.4 Nguyên lý phát xạ ánh sáng TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGB. PHẦN PHÁTB.2.5 LASERTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGC. PHẦN THUC.1 Đặc điểm chung của máy thu quangSơ đồ khối tổng quan của máy thu quang Có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu quang nhận được tại đầu ra của sợi quang thành tín hiệu điện ban đầuTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGC. PHẦN THU Bộ ghép tập trung tín hiệu quang vào bộ tách sóng quang Hệ thống thông tin sợi quang hiện này đều sử dụng phương pháp điều chế cường độ-tách sóng trực tiếp (IM-DD). Bộ tách sóng trong trường hợp này được thực hiện bởi mạch quyết định nhằm phát hiện bít 1 hay bít 0 dựa vào biên độ tín hiệu đến. Tính chính xác của mạch quyết định phụ thuộc vào tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR (signal noise rate) của tín hiệu điện thu được từ bộ tách sóng quang. Độ nhạy máy thu: là công suất quang trung bình nhỏ nhất để máy thu để hoạt động bình thường để thỏa mạn BER (Bit Error Rate) <10-14 cho trước vẫn tốc nhất định.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGD. PHẦN TRUYỀN DẪND.1 Hiện tượng phản xạ toàn phầnTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGD. PHẦN TRUYỀN DẪND.2 Khẩu độ số được gọi là khẩu độ số (NA) của sợi. Nó đặc trưng khả năng tập trung ánh sáng vào sợiĐiều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần:Các tia sáng phải đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạnTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGD. PHẦN TRUYỀN DẪNTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGD. PHẦN TRUYỀN DẪND.3 Suy hao trên sợi quangTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGD. PHẦN TRUYỀN DẪNSuy hao tín hiệu do tạp chất hấp thụSuy hao tín hiệu do vật liệu hấp thụSuy hao tín hiệu do điện tử hấp thụSuy hao do tán xạ rayleighSuy hao do uốn cong sợiSuy hao lớp vỏ và lõiD.3 Suy hao trên sợi quangTỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANGD. PHẦN TRUYỀN DẪND.4 Tán sắc trong hệ thống thông tin sợi quang Tán sắc là sự giãn rộng xung tín hiệu khi truyền dẫn trên sợi quang gây nên méo dạng tín hiệu làm bên thu khó phụ hồi tín hiệu. Tán sắc gồm tán sắc mode, tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng