TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƢ PHẠM BỘ MÔN SƢ PHẠM VẬT LÝ KỸ THUẬT GHÉP KÊNH QUANG PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƢ PHẠM VẬT LÝ – TIN HỌC Giảng viên hƣớng dẫn : Sinh viên thực hiện: Ths.GVC Hoàng Xuân Dinh Quách Thị Hạnh MSSV: 1090246 Lớp: SP Vật lý – Tin học Khóa: 35 Cần Thơ, Năm 2013 MỤC LỤC Phần MỞ ĐẦU 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN CÁC BƢỚC THỰC HIỆN Phần NỘI DUNG Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.2.1 Sơ đồ khối hệ thống thông tin quang 1.2.2 Ƣu nhƣợc điểm hệ thống thông tin quang 1.2.2.1 Ưu điểm 1.2.2.2 Nhược điểm 1.3 HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG 1.4 ỨNG DỤNG VÀ XU THẾ PHÁT TRIỂN 10 1.4.1 Ứng dụng viễn thông 10 1.4.2 Ứng dụng dịch vụ tổng hợp 10 Chƣơng 2: SỢI QUANG VÀ CÁP QUANG 13 2.1 SỢI QUANG 13 2.1.1Một số vấn đề ánh sáng 13 2.1.1.1 Sóng điện từ 13 2.1.1.2 Quang hình 14 2.1.2 Lƣợng tử 17 2.1.3 Sợi quang 18 2.1.3.1 Cấu tạo sợi quang 18 2.1.3.2 Khẩu độ số NA (Numerical Aperture) 19 2.1.3.3 Phân loại sợi quang 21 2.1.4Suy giảm tín hiệu sợi quang 26 2.1.4.1 Suy hao tín hiệu 26 2.1.4.2Hấp thụ tín hiệu sợi dẫn quang 27 2.1.4.3 Suy hao tán xạ 28 2.1.4.4 Suy hao uốn cong sợi 28 2.1.5 Tán sắc ánh sáng độ rộng băng truyền dẫn 30 2.1.5.1 Trễ nhóm 30 2.1.5.2 Tán sắc vật liệu 31 2.1.5.3 Tán sắc dẫn sóng 33 2.1.5.4 Ảnh hưởng tán sắc đến dung lượng truyền dẫn 34 2.2 CÁP SỢI QUANG 34 2.2.1 Ðặc điểm, yêu cầu cáp quang 34 2.2.3 Cấu trúc cáp quang 36 2.2.3.1 Sợi quang 36 2.2.3.2 Thành phần chịu lực ( Thành phần gia cường) 38 2.2.3.3 Vỏ cáp 40 2.2.3.4 Chất nhồi (Chất làm đầy) 40 2.2.4 Các biện pháp bảo vệ sợi 40 2.2.4.1 Bọc chặt sợi 40 2.2.4.2 Bọc lỏng sợi 40 Chƣơng 3: BỘ PHÁT QUANG VÀ BỘ THU QUANG 42 3.1 BỘ PHÁT QUANG 42 3.1.1 Cơ chế phát xạ ánh sáng 42 3.1.2 Nguồn quang bán dẫn 43 3.1.3 Điode LED 44 3.1.3.1 Cấu trúc LED 45 3.1.3.2 Nguyên lý hoạt động LED 47 3.1.4 Điốt Laser 48 3.1.5 Nhiễu nguồn phát Laser 48 3.2 BỘ THU QUANG 49 3.2.1 Cơ chế thu quang 49 3.2.2 Photođiốt PIN 49 3.2.3 Photođiốt thác 50 3.2.4 Tham số thiết bị thu quang 51 3.2.4.1 Hiệu suất lượng tử 51 3.2.4.2Độ nhạy quang 51 3.2.4.3 Tạp âm tách sóng quang 52 3.2.5 Bộ thu quang truyền dẫn tín hiệu số 53 Chƣơng 4: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH QUANG PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN 55 4.1 NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH OTDM 55 4.2 PHÁT TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG OTDM 56 4.3 GIẢI GHÉP VÀ XEN RẼ KÊNH TRONG HỆ THỐNG OTDM 57 4.3.1 Giải ghép 57 4.3.2 Xen rẽ kênh 59 4.4 ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG OTDM 60 4.5 ĐẶC TÍNH TRUYỀN DẪN CỦA OTDM 61 4.6 BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA 62 4.6.1 Đặc tính EDFA 64 4.6.2 Ƣu điểm EDFA 65 Phần KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh Phần MỞ ĐẦU …… LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, giới bƣớc sang kỷ nguyên kinh tế tri thức thông tin động lực phát triển xã hội Do nhu cầu truyền thông ngày lớn với nhiều dịch vụ băng rộng đa phƣơng tiện đời sống kinh tế - xã hội quốc gia nhƣ kết nối toàn cầu Để đáp ứng đƣợc vai trò động lực phát triển kỷ nguyên thông tin, mạng truyền thông cần phải có khả truyền dẫn tốc độ cao, băng thông rộng, dung lƣợng lớn Một giải pháp để tạo mạng truyền thông có khả truyền dẫn tốc độ cao hay băng thông rộng, dung lƣợng lớn đa dịch vụ, công nghệ truyền dẫn thông tin quang tốc độ cao Khi truyền dẫn tín hiệu có tốc độ cao hay băng thông rộng, trình biến đổi điện – quang phần tử phát quang (LED, LD) trình biến đổi quang – điện phân tử thu quang (PIN, Photodiode, APD) không tuân theo đặc tuyến tĩnh nữa, mà hàm số tần số (đó trình biến đổi động phân tử phát thu quang) Khi tốc độ truyền dẫn lớn tần số truyền dẫn cao, ảnh hƣởng trình biến đổi động phần tử phát thu quang đến chất lƣợng truyền dẫn lớn Trong năm gần đây, công nghệ thông tin quang đạt đƣợc thành tựu lớn phải kể đến kỹ thuật ghép kênh quazzng, thực việc ghép tín hiệu ánh sáng để truyền sợi dẫn quang việc ghép kênh trình biến đổi điện Mục tiêu việc ghép kênh nhằm tăng dung lƣợng kênh truyền dẫn tạo tuyến thông tin quang có dung lƣợng cao Khi tốc độ đạt tới mức độ ngƣời ta thấy hạn chế mạch điện tử việc nâng cao tốc độ truyền dẫn, thân mạch điện tử không đảm bảo đƣợc đáp ứng xung tín hiệu hẹp với chi phí cao Để khắc phục tình trạng kỹ thuật ghép kênh quang đời có nhiều phƣơng pháp ghép kênh khác nhƣng phƣơng pháp ghép kênh quang phân chia theo thời gian (OTDM - Optical Time Division Multiplexing) ƣu việt đƣợc sử dụng phổ biến toàn giới Đối với OTDM, kỹ thuật ghép SVTH: Quách Thị Hạnh Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh kênh có liên quan đến luồng tín hiệu ghép, dạng mã tốc độ đƣờng truyền Vì vậy, em chọn đề tài “Kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo thời gian” làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo thời gian (OTDM) GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI - Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, ta nghiên cứu dựa lý thuyết Có nhiều phƣơng pháp ghép kênh quang, nhƣng sâu vào nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo thời gian (OTDM) PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN Để hoàn thành đề tài, thực phƣơng pháp sau: - Đọc nghiên cứu tài liệu - Phân tích tổng hợp lý thuyết có liên quan đến đề tài CÁC BƢỚC THỰC HIỆN - Nhận đề tài, xác định nhiệm vụ cần đạt đề tài - Thu thập, tìm kiếm liệu, tài liệu liên quan đến đề tài, tham khảo ý kiến thầy cô, bạn bè - Xây dựng đề cƣơng tổng quát - Tổng hợp nghiên cứu tài liệu - Thực đề tài - Nộp thảo cho thầy hƣớng dẫn - Chỉnh sửa hoàn tất nội dung đề tài - Viết luận văn hoàn chỉnh - Báo cáo luận văn SVTH: Quách Thị Hạnh Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh Phần NỘI DUNG …… Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG Việc thông tin liên lạc ánh sáng sớm xuất phát triển loài ngƣời ngƣời trƣớc liên lạc với cách dấu (Hand signal) Liên lạc cách dấu dạng thông tin quang: dấu bóng tối Ban ngày, mặt trời nguồn ánh sáng cho hệ thống (hệ thống “Hand signal”) Thông tin đƣợc mang từ ngƣời gởi đến ngƣời nhận dựa vào xạ mặt trời Mắt thiết bị thu thông điệp này, não xử lý thông điệp Thông tin truyền theo kiểu chậm, khoảng cách lan truyền có giới hạn, lỗi lớn Một hệ thống quang sau đó, có đƣờng truyền dài hơn, tín hiệu khói (Smoke signal) Thông điệp đƣợc gởi cách thay đổi dạng khói phát từ lửa Mẫu khói lần đƣợc mang đến phía thu ánh sáng mặt trời Hệ thống đòi hỏi phƣơng pháp mã hóa phải đƣợc đặt ra, mà ngƣời gởi ngƣời thu thông điệp phải đƣợc học Điều có thể so sánh với hệ thống mã xung (pulse codes) sử dụng hệ thống số (digital system) đại Trải qua thời gian dài từ ngƣời sử dụng ánh sáng mặt trời lửa để làm thông tin liên lạc đến lịch sử thông tin quang qua bƣớc phát triển hoàn thiện tóm tắt mốc sau đây: − Năm 1775: Paul Revere sử dụng ánh sáng để báo hiệu quân đội Anh từ Boston kéo tới − Năm 1790: Claude Chappe, kỹ sƣ ngƣời Pháp, xây dựng hệ thống điện báo quang (optical telegraph) Hệ thống gồm chuỗi tháp với đèn báo hiệu Thời tin tức đƣợc truyền với tín hiệu vƣợt chặng đƣờng 200 Km vòng 15 phút SVTH: Quách Thị Hạnh Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh − Năm 1854: John Tyndall, nhà vật lý tự nhiên ngƣời Anh, thực thành công thí nghiệm đáng ý ánh sáng truyền qua môi trƣờng điện môi suốt − Năm 1870: John Tyndall chứng minh đƣợc ánh sáng dẫn đƣợc theo vòi nƣớc uốn cong dựa vào nguyên lý phản xạ toàn phần − Năm 1880: Alexander Graham Bell, ngƣời Mỹ, phát minh hệ thống thông tin ánh sáng, hệ thống photophone Ông ta sử dụng ánh sáng mặt trời từ gƣơng phẳng mỏng điều chế tiếng nói để mang tiếng nói Ở máy thu, ánh sáng mặt trời đƣợc điều chế đập vào tế bào quang dẫn, selen, biến đổi thông điệp thành dòng điện Bộ thu máy điện thoại hoàn tất hệ thống Hệ thống photophone chƣa đạt đƣợc thành công thƣơng mại, làm việc tốt hơn, nguồn nhiễu lớn làm giảm chất lƣợng đƣờng truyền − Năm 1934: Norman R.French, kỹ sƣ ngƣời Mỹ, nhận đƣợc sáng chế hệ thống thông tin quang Phƣơng tiện truyền dẫn ông thủy tinh − Vào năm 1950: Brian O’Brien, Harry Hopkins Nariorger Kapany phát triển sợi quang có hai lớp, bao gồm lớp lõi (Core) bên (ánh sáng lan truyền lớp này) lớp bọc (Cladding) bao xung quanh bên lớp lõi, nhằm nhốt ánh sáng lõi Sợi sau đƣợc nhà khoa học phát triển thành Fibrescope uốn cong (một loại kính soi sợi quang), thiết bị có khả truyền hình ảnh từ đầu sợi đến cuối sợi Tính uốn cong fiberscope cho phép ta quan sát vùng mà ta xem cách bình thƣờng đƣợc Đến nay, hệ thống fiberscope đƣợc sử dụng rộng rải, đặc biệt ngành y dùng để soi bên thể ngƣời − Vào năm 1958: Charles H.Townes phát minh Laser cho phép tăng cƣờng tập trung nguồn sáng để ghép vào sợi − Năm 1960: Theodor H.Maiman đƣa laser vào hoạt động thành công, làm tăng dung lƣợng hệ thống thông tin quang cao − Năm 1966: Charles K.Kao George Hockham thuộc phòng thí nghiệm Standard Telecommunication Anh thực nhiều thí nghiệm để chứng minh thủy tinh đƣợc chế tạo suốt cách giảm tạp chất thủy tinh suy hao ánh sáng đƣợc giảm tối thiểu Và họ cho sợi quang đƣợc chế tạo đủ tinh khiết ánh sáng truyền xa nhiều Km − Năm 1967: suy hao sợi quang đƣợc báo cáo α ≈ 1000 dB/Km SVTH: Quách Thị Hạnh Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh − Năm 1970: hãng Corning Glass Works chế tạo thành công sợi SI có suy hao α < 20 dB/Km bƣớc sóng λ = 633 nm − Năm 1972: loại sợi GI đƣợc chế tạo với suy hao α ≈ dB/Km − Năm 1983: sợi SM (Single Mode) đƣợc sản xuất Mỹ − Năm 1988: Công ty NEC thiết lập mạng đƣờng dài có tốc độ 10 Gbit/s chiều dài 80,1 Km dùng sợi dịch tán sắc Laser hồi tếp phân bố − Hiện nay, sợi quang có suy hao α ≤ 0,2 dB/Km bƣớc sóng 1550 nm, có loại sợi đặc biệt có suy hao thấp giá trị nhiều 1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.2.1 Sơ đồ khối hệ thống thông tin quang Hình 1.1 Cấu hình hệ thống thông tin quang Hình 1.1 biểu thị cấu hình hệ thống thông tin quang Nói chung, tín hiệu điện từ máy điện thoại, từ thiết bị đầu cuối, số liệu Fax đƣợc đƣa đến E/O để chuyển thành tín hiệu quang, sau gởi vào cáp quang Khi truyền qua sợi quang, công suất tín hiệu (ánh sáng) bị suy yếu dần dạng sóng bị rộng Khi truyền tới đầu bên sợi quang, tín hiệu đƣợc đƣa vào O/E để tạo lại tín hiệu điện, khôi phục lại nguyên dạng nhƣ ban đầu mà máy điện thoại, số liệu Fax gởi Nhƣ vậy, cấu trúc hệ thống thông tin quang đƣợc mô tả đơn giản nhƣ hình 1.2, gồm: SVTH: Quách Thị Hạnh Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh  Bộ phát quang  Bộ thu quang  Môi trƣờng truyền dẫn cáp sợi quang Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống thông tin quang Trên hình 1.2 minh họa tuyến truyền dẫn quang liên lạc theo hƣớng Hình 1.3 minh họa tuyến truyền dẫn quang liện lạc theo hai hƣớng Hình 1.3 Minh họa tuyến truyền dẫn quang theo hai hƣớng Nhƣ vậy, để thực truyền dẫn hai điểm cần có hai sợi quang Nếu cự ly thông tin dài tuyến có nhiều trạm lặp (Repeater) Cấu trúc đơn giản trạm lặp (cho hƣớng truyền dẫn) đƣợc minh họa hình 1.4 Hình 1.4 Cấu trúc đơn giản trạm lặp quang SVTH: Quách Thị Hạnh Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh − Khối E/O: phát quang có nhiệm vụ nhận tín hiệu điện đƣa đến, biến tín hiệu điện thành tín hiệu quang, đƣa tín hiệu quang lên đƣờng truyền (sợi quang) Đó chức khối E/O phát quang Thƣờng ngƣời ta gọi khối E/O nguồn quang Hiện linh kiện đƣợc sử dụng làm nguồn quang LED LASER − Khối O/E: tín hiệu quang truyền đến đầu thu, tín hiệu quang đƣợc thu nhận biến trở lại thành tín hiệu điện nhƣ đầu phát Đó chức khối O/E thu quang Các linh kiện đƣợc sử dụng để làm chức PIN APD, chúng thƣờng đƣợc gọi linh kiện tách sóng quang (photo-detector) − Trạm lặp: truyền sợi quang, công suất tín hiệu quang bị suy yếu dần (do sợi quang có độ suy hao) Nếu cự ly thông tin dài tín hiệu quang không đến đƣợc đầu thu đến đầu thu với công suất thấp đầu thu không nhận biết đƣợc, lúc ta phải sử dụng trạm lặp (hay gọi trạm tiếp vận) Chức trạm lặp thu nhận tín hiệu quang suy yếu, tái tạo chúng trở lại thành tín hiệu điện Sau sửa dạng tín hiệu điện này, khuếch đại tín hiệu sửa dạng, chuyển đổi tín hiệu khuếch đại thành tín hiệu quang Và cuối đƣa tín hiệu quang lên đƣờng truyền để truyền tiếp đến đầu thu Nhƣ vậy, tín hiệu ngõ vào ngõ trạm lặp dạng quang, trạm lặp có khối O/E E/O 1.2.2 Ƣu nhƣợc điểm hệ thống thông tin quang 1.2.2.1 Ưu điểm - Suy hao thấp Suy hao thấp cho phép khoảng cách lan truyền dài Nếu so sánh với cáp đồng mạng, khoảng cách lớn cáp đồng đƣợc khuyến cáo 100 m, cáp quang khoảng cách 2000 m Một nhƣợc điểm cáp đồng suy hao tăng theo tần số tín hiệu Điều có nghĩa tốc độ liệu cao dẫn đến tăng suy hao công suất giảm khoảng cách lan truyền thực tế Đối với cáp quang suy hao không thay đổi theo tần số tín hệu - Dải thông rộng Sợi quang có băng thông rộng cho phép thiết lập hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao Hiện nay, băng tần sợi quang lên đến hàng THz - Trọng lƣợng nhẹ Trọng lƣợng cáp quang nhỏ so với cáp đồng Một cáp quang có sợi quang nhẹ 20% đến 50% cáp Category có đôi Cáp quang có trọng lƣợng nhẹ nên cho phép lắp đặt dễ dàng SVTH: Quách Thị Hạnh Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh Tạp âm khuếch đại quang tạp âm tiền khuyếch đại khuyếch đại phía sau Nhƣng thực tế, phần lớn tạp âm tách sóng tiền khuyếch đại định 3.2.5 Bộ thu quang truyền dẫn tín hiệu số Hầu hết hệ thống thông tin quang thực truyền dẫn tín hiệu số Tín hiệu đƣợc phát từ phía phát luồng số nhị phân với giá trị khoảng thời gian Trong thu quang, ánh sáng nhận đƣợc từ phía đƣờng truyền đƣợc tách biến đổi thành tín hiệu điện đƣợc khôi phục đầu thu Bộ khuếch đại thực việc biến đổi dòng thành tín hiệu điện áp với mức phù hợp với mạch sau Nhiệm vụ lọc nhằm giới hạn băng tần thu, làm giảm tối thiểu tạp âm phát từ tách sóng khuếch đại Xung clock đƣợc trích lấy từ chùm tín hiệu số mạch định Hình 3.6 Sơ đồ khối thu quang điển hình truyền dẫn số Việc lựa chọn tách sóng quang thƣờng đƣợc dựa vào yếu tố cần đƣợc quan tâm nhƣ quỹ công suất hệ thống, dải thông theo yêu cầu, tính phức tạp phần cứng, hiệu kinh tế Kết luận chƣơng Việc xem xét đặc tính kỹ thuật thiết bị thu quang yếu tố quan trọng Chất lƣợng hệ thống phụ thuộc nhiều vào thiết bị thu quang mà ta SVTH: Quách Thị Hạnh 53 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh xét chủ yếu đến LD Nếu sợi quang truyền tín hiệu sợi dẫn quang hệ thống không đáp ứng đƣợc nhu cầu trao đổi thông tin ngày cao phƣơng pháp ghép kênh quang đời, phƣơng pháp ghép kênh theo thời gian ngày thể rõ tính ƣu việt vấn đề đƣơc trình bày chi tiết chƣơng sau SVTH: Quách Thị Hạnh 54 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh Chƣơng 4: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH QUANG PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN 4.1 NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH OTDM Trong hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM chuỗi xung hẹp đƣợc phát từ nguồn phát thích hợp Các tín hiệu đƣợc đƣa vào khuếch đại nhằm nâng mức tín hiệu đủ lớn để đáp ứng đƣợc yêu cầu Sau đƣợc chia thành N luồng, luồng đƣợc đƣa vào điều chế nhờ điều chế với tín hiệu nhánh có tốc độ B Gbit/s Để thực ghép tín hiệu quang với nhau, tín hiệu nhánh phải đƣợc đƣa qua trễ quang Tuỳ theo vị trí kênh theo thời gian khung mà trễ thực trễ để dịch khe thời gian quang cách tƣơng ứng Thời gian trễ chu kỳ tín hiệu clock nhƣ tín hiệu sau đƣợc ghép có tín hiệu B Gbit/s Bên phía thu, thiết bị tách kênh tách kênh khôi phục xung clock đƣa đƣợc kênh quang riêng biệt tƣơng ứng với kênh quang đầu vào ghép phía phát Hình 4.1 Sơ đồ khối dƣới mô tả hoạt động hệ thống truyền dẫn quang sử dụng kỹ thuật OTDM SVTH: Quách Thị Hạnh 55 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh Các hệ thống ghép kênh OTDM thƣờng hoạt động vùng bƣớc sóng 1550nm, bƣớc sóng có suy hao quang nhỏ lại phù hợp với khuếch đại quang sợi có mặt hệ thống Các khuếch đại quang sợi có chức trì quỹ công suất hệ thống nhằm đảm bảo tỷ lệ S/N phía thu quang 4.2 PHÁT TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG OTDM Hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật ghép kênh OTDM áp dụng hai kỹ thuật phát tín hiệu chủ yếu sau: Tạo luồng số liệu quang số RZ (Return to Zero) thông qua việc xử lý quang luồng NRZ (Non Return to Zero) Dựa vào việc điều chế xung quang Trong kỹ thuật tạo luồng số liệu quang số RZ thông qua việc xử lý quang luồng NRZ, từ luồng NRZ ta thực biến đổi chúng để đƣa dạng tín hiệu RZ cách cho luồng tín hiệu NRZ qua phần tử xử lý quang có đặc tính chuyển đổi phù hợp Quá trình biển đổi ánh sáng liên tục (CW) thành xung dựa vào khuếch đại điệnquang Đầu vào CW luồng tín hiệu quang NRZ thƣờng luồng NRZ yêu cầu phần tử xử lý quang riêng Nhƣng với hệ thống tiên tiến cho phép đồng thời thực biến đổi xen quang NRZ thành NZ nhờ thiết bị chuyển mạch tích cực điện-quang 2x2 Vì vậy, chùm tín hiệu ban đầu NRZ tốc độ B Gbit/s đƣợc lấy mẫu nhờ điều chế Mach-Zehnder, điều chế đƣợc điều khiển với sóng hình sin vời tần số B GHz đƣợc làm biên độ giá trị điện áp chuyển mạch Tín hiệu quang số đƣợc biến đổi thành dạng RZ tốc độ B Gbit/s với độ rộng xung nửa chu kỳ bit việc nhằm mục đích tạo khoảng để xen vào luồng tín hiệu dạng RZ thứ hai Việc xen kênh thứ hai đƣợc thực nhờ ghép SVTH: Quách Thị Hạnh 56 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh Hình 4.2 Sơ đồ sử dụng hai phƣơng pháp phía phát xử lý NRZ cho OTDM Công nghệ nguồn phát quang ghép kênh đƣợc lƣu ý, Laser phát xung hẹp tốc độ cao đầu nguồn chia quang thụ động, điều chế tiếp trễ thời gian, tái hợp sử dụng couple Các sản phẩm phía phát OTDM đƣợc phát hầu nhƣ dựa vào công nghệ tổ hợp mạch lai ghép điều tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp hành nghiên cứu Đối với hệ thống sử dụng kỹ thuật OTDM, lựa chọn tuyến quang cho hệ thống ta cần quan tâm đến tỷ lệ “đánh điểm-khoảng trống” tuỳ thuộc vào mức độ ghép kênh đặt ra.Trong hệ thống OTDM kênh, tỷ lệ “đánh điểm-khoảng trống” lớn nguồn phát xung quanh Khi tuyến truyền dẫn xa tỷ lệ yêu cầu cao Các nguồn phát xung phù hợp với hệ thống OTDM đƣợc sử dụng rộng rãi: Các Laser hốc cộng hƣởng gõ mode 4x5Gbit/s Các Laser DFB chuyển mạch khuếch đại 8x6,25Gbit/s Các Laser vòng sợi khoá mode 4x10Gbit/s 16x6,25Gbit/s Các nguồn phát liên tục 16x6,25Gbit/s Nguồn phát liên tục 16x6,25Gbit/s công cụ thực linh hoạt dựa mở rộng quang phổ cách truyền xung lƣợng cao dây cáp quang 4.3 GIẢI GHÉP VÀ XEN RẼ KÊNH TRONG HỆ THỐNG OTDM 4.3.1 Giải ghép SVTH: Quách Thị Hạnh 57 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh Khi xem xét hệ thống thông tin quang sử dụng công nghệ OTDM ngƣời ta quan tâm đến việc ghép giải ghép vùng thời gian quang Với hệ thống thông tin quang có cấu hình điểm-điểm công việc giải ghép phía thu việc tách hoàn toàn kênh quang tƣơng ứng đƣợc phát đầu phát Nhƣng mạng thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM việc giải ghép phía thu không đơn tách kênh quang mà thực việc xen rẽ kênh từ luồng truyền dẫn Đối với giải ghép kênh cần phải xem xét thông số tách kênh kể tỷ số phân biệt quang, suy hao quang, suy hao xen mặt cắt cửa sổ chuyển mạch đạt đƣợc Tỷ số phân biệt có ảnh hƣởng lớn đến mức độ xuyên âm EX  10 log10 A B (4.1) với A: Mức công suất quang trung bình mức logic B: Mức công suất quang trung bình mức logic Ngoài ra, xuyên kênh bị tăng phủ chờm kênh lân cận với tạo thành cửa sổ chuyển mạch Và kết độ rộng cửa sổ chuyển mạch có ảnh hƣởng trực tiếp đến tốc độ đƣờng truyền ta phải đặt yêu cầu độ rộng xung tín hiệu sau truyền dẫn để giảm nhỏ xuyên kênh Bảng tóm tắt phƣơng pháp giải ghép kênh OTDM Loại chuyển mạch Tín hiệu điều Các đặc tính cửa sổ chuyển mạch khiển nhỏ -Bộ điều chế Niobate Sóng điện hình sin 40>10Gbit/s cửa sổ 19ps ghép tầng - Bộ điều khiển băng Sóng điện tần số 40>10Gbit/s cửa sổ 22ps rộng Rẽ xen kênh - Bộ điều khiển điện- Sóng điện hình sin Không nhạy cảm phân cực 40>10Gbit/s hấp thụ cửa sổ 10ps - Quang Kerr: sợi Xung quang 40Gbit/s - Trộn sóng: sợi Xung quang 100>6,25Gbit/s - Gƣơng vòng: Sợi Xung quang 40>20Gbit/s 5Gbit/s 100>6,25Gbit/s, cửa sổ 6ps Rẽ xen kênh 40Gbit/s*10Gbit/s - Trộn sóng: bán dẫn SVTH: Quách Thị Hạnh Xung quang 20>5Gbit/s 58 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh - Quang Kerr: bán dẫn Xung quang 20>10Gbit/s -Gƣơng vòng: bán dẫn Xung quang 40>10Gbit/s 250>1Gbit/s cửa sổ 4ps Trong thời gian đầu, tập trung vào hƣớng sử dụng điều chế MachZehnder Lithium niobate, cho phép khai thác đáp ứng hình sin để giải ghép bốn lần tốc độ tín hiệu Nhƣng gần đây, ngƣời ta lại quan tâm đến việc ứng dụng công nghệ xử lý quang hoàn toàn cho giải ghép với đặc tính bật sau:  Cho phép thoả mãn mức độ giải ghép kênh  Lấy đƣợc kênh, truy cập đến kênh truyền để thực việc xen rẽ kênh  Các cửa sổ chuyển mạch có ƣu điểm bật cho hệ thống OTDM, điều cho phép sử dụng xung tín hiệu rộng trƣớc kênh kề gây xuyên kênh Hiệu ứng Kerr hiệu ứng mà đặc tính phân cực sợi quang phụ thuộc vào đồng theo hình trụ số chiết suất Sự ảnh hƣởng hiệu ứng phi tuyến lên đồng hiệu ứng truyền dẫn xảy sau thƣờng đƣợc gọi chung hiệu ứng Kerr 4.3.2 Xen rẽ kênh Tín hiệu đến chia 3dB chia nhánh gƣơng vòng Sau lan truyền vòng quanh vài km sợi vòng hai chuỗi xung giao thoa, tái hợp với đƣợc phản xạ từ gƣơng vòng dƣới điều kiện tƣơng thích Chu trình hoạt động động tuyến tính Tuy nhiên, có chuỗi xung clock công suất cao đƣợc đƣa vào vòng mà trùng hợp với tín hiệu số nhƣng lan truyền theo hƣớng xung clock biến đổi số chiết suất lõi sợi Việc điều chế ngang pha vừa đủ có xung tín hiệu để tạo xung phù hợp đƣợc chuyển mạch qua phía đối diện gƣơng vòng Kết tín hiệu cần thiết lấy nút đƣợc thiết bị phản xạ kênh lại qua tái hợp chỗ với tín hiệu đƣợc phát cho hƣớng truyền dẫn phía trƣớc cửa sổ chuyển mạch thiết bị cửa sổ đƣợc xác định không dạng xung điều khiển mà vận tốc tƣơng đối tín hiệu Do đó, xếp xung tín hiệu xung điều khiển cách đối SVTH: Quách Thị Hạnh 59 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh xứng hai phía tán sắc sợi không mà cửa sổ chuyển mạch thu đƣợc từ xung tín hiệu điều khiển tƣơng hợp vận tốc Các gƣơng vòng phi tuyến (NOLM: Nonlinear Loop Mirror) đƣợc cấu trúc từ thiết bị Laser bán dẫn thay cho sợi số trƣờng hợp Nhƣợc điểm NOLM độ dài sợi (khoảng 10km), mà cần phải lựa chon việc tán sắc không bƣớc sóng tín hiệu điều khiển để đạt đƣợc cửa sổ chuyển mạch hợp lý 4.4 ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG OTDM Hình 4.3 Cấu hình PLL quang để trích lấy clock Kỹ thuật tách lấy tín hiệu clock trình thiếu đƣợc để tạo tín hiệu định thời với tốc độ tín hiệu thu đƣợc trình thiếu thực xử lý tín hiệu PCM (pulse coder mudulation) tốc độ cao Trong hệ thống thông tin quang khai thác, việc trích lấy thời gian đƣợc thực mạch khoá pha PLL điện (Phase-locked-loop) sau tín hiệu quang thu đƣợc đƣợc biển đổi thành tín hiệu điện thiết bị truyền dẫn nhƣ thiết bị đầu cuối quang, thiết bị xen rẽ kênh trạm lặp có PLL Việc trích lấy xung clock đòi hỏi phải thực cách xác Các mạch PLL điện đáp ứng đƣợc hệ thống truyền dẫn với tốc độ bít nhỏ, tốc độ truyền dẫn tăng lên chúng không phù hợp Nó bị hạn chế băng tần biến đổi quang-điện mạch điện tử không đáp ứng kịp Đối với SVTH: Quách Thị Hạnh 60 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh hệ thống OTDM tốc độ làm việc cao tính chất quang hoá hệ thống thể rât rõ cần phải sử dụng việc tách tín hiệu clock dựa công nghệ quang Các mạch PLL quang đáp ứng đƣợc tốc độ cực nhanh tín hiệu hệ thống OTDM nhƣ hệ thống thông tin tốc độ cao khác Trong cấu hình mạch PLL quang, khuếch đại Laser LDA có chức nhƣ mạch kết hợp ngang quang có tốc độ cực nhanh Khi có tín hiệu quang xung từ clock tới, khuếch đại LDA kết hợp hai tín hiệu cho tín hiệu kết hợp tần số thấp có chứa thành phần f với f lệch tần số hai tín hiệu này, sau tổ hợp tín hiệu đƣợc tách sóng lọc tín hiệu f tƣơng ứng với tín hiệu dao động nội so sánh Dịch pha đƣợc kiểm tra nhờ mạch so pha, kết so pha đƣợc đƣa vào dao động điều khiển điện áp VCO để phát tần số f Mạch phát tín hiệu quang biến đổi tín hiệu điện có tần số f  f thành tín hiệu quang tƣơng ứng Tín hiệu clock quang đƣợc lấy từ biến đổi điện-quang E/O cấp vào thiết bị giải ghép quang hệ thông OTDM 4.5 ĐẶC TÍNH TRUYỀN DẪN CỦA OTDM Do ánh sáng truyền sợi quang bị giãn rộng tán sắc sợi quang, hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM hoạt động với tốc độ cao, điều đòi hỏi xung phát phải ngắn Ta đƣa truyền dẫn Soliton vào hệ thống để khắc phục vấn đề tán sắc Tuy vậy, phải quan tâm đến vấn đề tạo xung cực hẹp Giả sử khuếch đại quang thƣờng đƣợc sử dụng để tăng mức tín hiệu dọc theo tuyến thông tin quang cần Trong truyền dẫn tuyến tính tín hiệu RZ sợi có tán sắc, vấn đề bù cho hệ thống theo nghĩa bù trừ tán sắc thiết lập xung tín hiệu bị lƣợng vào khe thời gian lân cận Tuy vậy, điều xảy hệ thống bị suy giảm nhanh nên để tăng cực đại khoảng cách truyền dẫn phải đƣa hệ thống truyền dẫn ODTM vào tuyến cá tán sắc tiến tới không Giải pháp nguồn phát phải làm việc bƣớc sóng gần với bƣớc sóng tán sắc sợi không điều khó thực giảm công suất tín hiệu để tránh giãn xung cần thiết nhƣng điều làm cho đặc tính hệ thống bị giới hạn tỷ lệ S/N Giải pháp thứ hai kỹ thuật điều tiết tán sắc ánh sáng đƣợc sử dụng để trì hình thức truyền dẫn tuyến tính tuyến SVTH: Quách Thị Hạnh 61 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh Hệ thống sử dụng phát OTDM truyền dẫn số phi tuyến có ƣu điểm lớn Các dạng xung ngắn phù hợp với truyền dẫn Soliton để khắc phục tán sắc sợi dẫn quang Với hệ thống Soliton khoảng lặp hệ thống OTDM phi tuyến đƣợc tăng lên lớn cách thực kỹ thuật điều khiển Soliton, thông qua việc xử dụng lọc dẫn hoặc định thời tích cực Các lọc dẫn thuận lợi áp dụng vào môi trƣờng có hiệu ứng Gordon-Haus gây Jitter, lại việc định lại thời gian tích cực loại bỏ Jitter chế hoạt động Nhờ công nghệ ngƣời ta thực trạm lặp bao gồm khối khôi phục clock điện để điều khiển thiết bị điện-quang quang hoàn toàn nhằm đƣa dịch pha cho tín hiệu quang 4.6 BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA Cấu trúc tiêu biểu EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier – Bộ khuếch đại sợi pha trộn Erbium) đƣợc nhƣ hình vẽ 4.4 EDFA có thành phần chình gồm đoạn ngắn cáp quang có lõi pha tạp khoảng 0,1% Erbium Erbium nguyên tố đất có tính quang tích cực Đoạn sợi pha tạp Erbium đƣợc ký hiệu EDF (Erbium - Doper Fiber – Sợi quang pha ion đất Erbium) thƣờng có chiều dài khoảng 10 - 20m Ngoài EDFA có laser bơm để cung cấp lƣợng cho đoạn EDF, ghép bƣớc sóng WDM (Wave Division Multiplexing) để ghép bƣớc sóng ánh sáng tín hiệu bƣớc sóng ánh sáng bơm vào đoạn EDF phân cách để hạn chế ánh sáng phản xạ từ hệ thống Hình 4.4 Cấu trúc EDFA SVTH: Quách Thị Hạnh 62 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh Biểu đồ mức lƣợng ion Erbium đƣợc mô tả nhƣ hình vẽ 4.5 Er3+ trạng thái không bị tín hiệu quang kích thích, mức lƣợng thấp nhất, bơm quang hạt Erbium hấp thụ lƣợng chuyển tiếp lên mức lƣợng cao Quang bơm vào có bƣớc sóng khác nhau, mức lƣợng cao có hạt chuyển lên mức lƣợng cao Quang bơm vào có bƣớc sóng khác nhau, mức lƣợng cao có hạt chuyển lên khác Sự dịch chuyển điện tử từ mức lƣợng cao xuống mức lƣợng phát photon, photon xạ tƣợng xạ tự phát (sự phân hủy tự nhiên ion mà động tác chen vào) hay kích thích (do có mặt photon có chứa lƣợng lƣợng dịch chuyển, kích thích phát xạ tạo photon tỷ lệ với số photon chùm sáng) Trong trình xạ kích thích, tạo số photon pha hƣớng với photon tới, nhƣ tạo đƣợc trình khuếch đại EDFA Bức xạ tự phát tạo photon pha hƣớng ngẫu nhiên, điều gây nhiễu EDFA gọi nhiễu xạ tự phát đƣợc khuếch đại (ASE) Tuy nhiên thời gian sống điện tử mức lƣợng cao khoảng 10ms đủ để đảm bảo thay nhiễu xạ gây xạ tự phát hầu hết ion Erbium đợi để khuếch đại tín hiệu xạ tự kích thích Hình 4.5 Giản đồ Erbium Laser bơm EDFA laser bán dẫn thông thƣờng đƣợc gọi nguồn bơm Nguồn bơm bơm nhiều bƣớc sóng nhƣng hiệu cao hai bƣớc sóng SVTH: Quách Thị Hạnh 63 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh 980nm 1480nm Khi sử dụng EDFA cần nguồn bơm có công suất nhỏ từ 10 đến 100mW đủ để công suất lớn theo yêu cầu, điều giảm nguồn nuôi lên hệ thống EDFA có cấu trúc nhỏ nhẹ, linh hoạt Độ tin cậy đặc điểm quan trọng laser bơm đƣợc bơm cho khoảng cách dài để tránh làm nhiễu tín hiệu Hiện bƣớc sóng bơm 1480nm đƣợc sử dụng rộng rãi chúng có sẵn độ tin cậy cao Nếu tăng đƣợc độ ổn định laser diode có bƣớc sóng 980nm chúng đƣợc chọn làm nguồn bơm 4.6.1 Đặc tính EDFA Các đặc tính EDFA đặc tính tăng ích, đặc tính công suất đặc tính âm Đặc tính tăng ích (đặc tính khuếch đại) Đặc tính tăng ích biểu thị khả khuếch đại khuếch đại, định nghĩa tỷ số công suất công suất vào - Hệ số khuếch đại phụ thuộc vào công suất bƣớc sóng bơm - Hệ số khuếch đại phụ thuộc vào chiều dài sợi phƣơng thức bơm Đặc tính tạp âm nhiễu Trong sợi pha tạp Erbium, photon xạ tự phát có pha hƣớng ngẫu nhiên Một số photon xạ tự phát đƣợc giữ lại mode sợi quang, lan truyền dọc theo lõi sợi đƣợc khuếch đại thành nguồn tạp âm ảnh hƣởng đến tín hiệu quang Tạp âm EDFA chủ yếu có loại: - Tạp âm tán hạt tín hiệu quang - Tạp âm tán hạt xạ tự phát bị khuếch đại (ASE) - Tạp âm phách quang phổ ASE tín hiệu - Tạp âm phách quang phổ ASE Trong tạp âm có loại tạp âm thứ thứ có ảnh hƣởng lớn nhất, đặc biệt tạp âm thứ nhân tố quang trọng định tính EDFA Ngoài có nhiễu bắn có nguồn gốc phát sinh thời gian đến photon tách quang không giống tốc độ chuển động số lƣợng hạt tải điện qua tiếp giáp P-N tách quang thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian Bộ khuếch đại quang đặt trƣớc diode tách quang nên nguồn sinh nhiễu bắn Đặc tính công suất Với khuếch đại quang lý tƣởng không kể công suất vào cao bao nhiêu, tín hiệu quang đề đƣợc khuếch đại theo tỷ lệ nhƣ Nhƣng thực tế nhƣ vậy, SVTH: Quách Thị Hạnh 64 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh công suất vào tăng lên, xạ bị kích thích tăng nhanh, giảm số hạt chuyển động ngƣợc lại, quang xạ bị kích thích yếu đi, dẫn đến bão hòa tăng ích, công suất phát có xu hƣớng ổn định Bão hòa tăng ích đặc tính hệ số khuếch đại giảm tín hiệu vào tăng Đặc tính bão hòa tăng ích đặc tính vô quan trọng công suất đầu khuếch đại liên quan đến cự ly truyền dẫn cự ly trạm lặp làm tăng số đầu cấu hình phân phối sợi quang 4.6.2 Ƣu điểm EDFA - EDFA mạch tái tạo thời gian, mạch phục hồi nên mạch trở nên linh hoạt - EDFA có cấu trúc nhỏ nên lắp đặt nhiều EDFA trạm, làm cho hệ thống linh hoạt - Có thể hạ thấp đƣợc giá thành hệ thống có cấu trúc đơn giản EDFA, cáp có trọng lƣợng nhỏ nâng cao đƣợc khoảng cách lặp dung lƣợng truyền dẫn Kết luận chƣơng Qua nghiên cứu kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo thời gian (OTDM) thấy thực kỹ thuật tối ƣu tuyến thông tin quang tốc độ cao có đặc điểm bật sau:  Dung lƣợng kênh truyền dẫn lớn  Tốc độ truyền dẫn cao  Vận dụng tốt phổ hẹp Laser  Kết hợp đƣợc với kỹ thuật điều khiển Soliton để tăng khả lặp hệ thống phi tuyến lên lớn  Ghép kênh quang phân chia theo thời gian phù hợp với loại Laser tạo xung có độ dài độ dài khe thời gian tín hiệu cho phép SVTH: Quách Thị Hạnh 65 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh Phần KẾT LUẬN …… Đề tài “ Kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo thời gian” hệ thống thông tin quang thực đem lại cho em nhiều hiểu biết thông tin sợi quang Khi tìm hiểu hệ thống thông tin sợi quang chƣơng trình bày khái quát hệ thống giúp em có tầm nhìn hệ thống thông tin sợi quang cách tổng quát Các chƣơng tập trung vào trình bày cách then chốt vấn đề đặc điểm, cấu tạo, chức hệ thống cáp sợi quang Với ƣu điểm việc sử dụng sợi quang làm phƣơng tiện truyễn dẫn cần thiết Thế nhƣng sử dụng sợi quang thực tế điều đơn giản, chế ánh sáng lan truyền sợi quang nhƣ độ tổn hao yếu tố cần phải tính trƣớc chọn sợi quang làm phƣơng tiện truyền dẫn tính hiệu Tuy nhiên, để tăng tốc độ truyền dẫn, băng thông, dung lƣợng…thì vấn đề ghép kênh quang tất yếu Có loại ghép kênh quang ghép kênh phân chia theo thời gian (OTDM), ghép kênh phân chia theo tần số (ODFM), ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng(WDM),… Trong phƣơng pháp ghép kênh phân chia theo thời gian phổ biến với tính ƣu việt Trong nhƣng năm gần đây, nƣớc phát triển giới nhƣ Mỹ, Nhật, Trung Quốc, Đức…đang ngiên cứu để đƣa công nghệ mới: OTDM công nghệ truyền dẫn tốc độ cao vài trăm Gbit đến Tbit Dùng công nghệ OTDM để mở rộng dung lƣợng công nghệ truyền dẫn siêu lớn Nó mở rộng dung lƣợng, tiết kiệm đƣợc số lƣợng lớn điểm lặp, tái sinh, giảm giá thành hệ thống Nó móng cho phát triển lâu dài tƣơng lai Trải qua thời gian nghiên cứu, luận văn hoàn thành đạt đƣợc yêu cầu đề Tuy nhiên khó tránh khỏi thiếu sót có mặt chƣa hoàn chỉnh tốt đƣợc Em mong đƣợc thầy hƣớng dẫn, quý thầy cô bạn đóng góp ý kiến để luận văn đƣợc hoàn chỉnh SVTH: Quách Thị Hạnh 66 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh TÀI LIỆU THAM KHẢO ………… Ngô Thanh Ngọc Bài Giảng Truyền Dẫn Sợi Quang Trung Tâm Đào Tạo Bƣu Chính Viễn Thông 2, TP.HCM Năm 1996 Vũ Văn San Hệ thống thông tin quang 1,2 Nhà xuất bƣu điện Năm 2003 Kỹ thuật thông tin quang Học viện công nghê bƣu viễn thông, Hà Nội Năm 2009 Kỹ thuật thông tin quang Học viện công nghê bƣu viễn thông, Hà nội Năm 2007 Kỹ thuật thông tin số 1,2 NXB: Bƣu điện Năm 2004 http://www.360.thuvienvatly.com.vn http://bachkim.vn https://www.google.com.vn/ http://www.ebooks.edu.vn 10 http://tailieu.vn 11 https://www.vatlysupham.com SVTH: Quách Thị Hạnh 67 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 [...]... sợi quang Ðây là thông số cơ bản ảnh hƣởng đến hiệu suất ghép ánh sáng từ nguồn quang vào sợi quang 2.1.3.3 Phân loại sợi quang Sợi quang đƣợc phân loại bằng cách khác nhau và đƣợc trình bày nhƣ sau: Sợi quang thạch anh Phân loại theo vật liệu điện môi Sơi quang thủy tinh đa vật liệu Sợi quang bằng nhựa liệu Sợi quang đơn mode Phân loại theo mode truyễn dẫn Sợi quang đa mode Sợi quang chiết suất phân. .. tính kỹ thuật và hiệu quả kinh tế Tuy nhiên, để đánh giá sự thành công của một hệ thống không thể không nói đến vai trò của sợi quang và cáp quang, vấn đề này sẽ đƣợc trình bày cụ thể ở chƣơng sau SVTH: Quách Thị Hạnh 12 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh Chƣơng 2: SỢI QUANG VÀ CÁP QUANG Cùng với sự phát triển của khoa hoc kỹ thuật thì cáp quang và sợi quang. .. phân bậc Phân loại theo phân bố chiết suất khúc xạ Sợi quang chiết suất biến đổi đều a Sự phân bố chiết suất trong sợi quang SVTH: Quách Thị Hạnh 21 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh Chiết suất của lớp bọc không đổi và bằng n2 Chiết suất của lõi nói chung thay đổi theo bán kính của sợi quang (tâm nằm trên trục của lõi) Sự biến thiên chiết suất theo bán... nhất là cáp quang treo trên đƣờng dây điện cao thế, ở bất kỳ đâu thì cáp quang và sợi quang cũng thể hiện đƣợc sự tin cậy tuyệt đối Sợi quang là một môi trƣờng thông tin đặc biệt có thể so sánh với các môi trƣờng khác nhƣ cáp đồng hoặc không gian tự do Một sợi quang cung cấp một môi trƣờng truyền dẫn suy hao thấp trên một dãi tần số rộng lớn ít nhất là 2.5 THz, hay cao hơn với các loại sợi quang đặc... đƣợc gọi là bộ phát quang Tín hiệu quang này đƣợc ghép vào sợi và truyền đến bộ thu quang Sau khi đến đầu thu, các tín hiệu này đƣợc chuyển trở lại thành tín hiệu điện thông qua linh kiện PIN hoặc APD Mặc dù sợi quang có suy hao thấp nhƣng tín hiệu vẫn bị suy yếu, do đó đôi lúc trên hệ thống cũng cần bộ lặp quang, còn gọi trạm tiếp vận Từ chƣơng này, ta thấy hệ thông thông tin quang ngày càng đƣợc... sợi quang thi sẽ bị suy hao do đó trên đƣờng truyền ngƣời ta đặt các trạm lặp nhằm khôi phục lại tín hiệu Hình 1.5 Sự phát triển của các hệ thống thông tin quang Tín hiệu quang ban đầu để tiếp tục truyền đi Khi đến thiết bị thu quang thì tín hiệu quang sẽ đƣợc chuyển đổi thành tín hiệu điện, khôi phục lại tín hiệu ban đầu để đƣa đến thiết bị đầu cuối Mã hóa Phát Bộ Lặp Thiết bị phát quang Sợi quang. .. sợi quang Suy hao tín hiệu trong sợi quang là một trong các đặc tính quan trọng nhất của sợi quang vì nó quyết định khoảng cách lặp tối đa giữa máy phát và máy thu Mặt khác, do việc khó lắp đặt, chế tạo và bảo dƣỡng các bộ lặp nên suy hao tín hiệu trong sợi quang có ảnh hƣởng rất lớn trong việc quyết định giá thành của hệ thống Suy hao tín hiệu trong sợi quang có thể do ghép nối giữa nguồn phát quang. .. điện từ Hình 2.1 là hình ảnh tĩnh của một sóng điện từ Hình 2.1 Sóng điện từ: hình tĩnh (a) Theo thời gian: T - chu kỳ, f = 1/T - tần số (Hz); (b) Theo không gian: λ - bƣớc sóng (m) SVTH: Quách Thị Hạnh 13 Lớp: Sƣ phạm Vật lý – Tin học K35 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Hoàng Xuân Dinh Trong môi trƣờng không gian tự do, ánh sáng là sóng điện từ ngang (TEM ) Khái niệm ngang (transverse) có nghĩa là cả... - Quang Trƣớc khi đƣa một tín hiệu thông tin điện vào sợi quang, tín hiệu điện đó phải đƣợc biến đổi thành sóng ánh sáng − Dòn, dễ gẫy Sợi quang sử dụng trong viễn thông đƣợc chế tạo từ thủy tinh nên dòn và dễ gẫy Hơn nữa kích thƣớc sợi nhỏ nên việc hàn nối gặp nhiều khó khăn Muốn hàn nối cần có thiết bị chuyên dụng − Vấn đề sửa chữa Các quy trình sửa chữa đòi hỏi phải có một nhóm kỹ thuật viên có kỹ. .. sợi quang có kích thƣớc nhỏ sẽ dễ dàng cho việc thiết kế mạng chật hẹp về không gian lắp đặt cáp - Không bị can nhiễu sóng điện từ và điện công nghiệp - Tính an toàn Vì sợi quang là một chất điện môi nên nó không dẫn điện Bảng 1.1 So sánh giữa cáp quang và cáp đồng Đặc tính Cáp quang Cáp đồng Sợi đa mode Sợi đơn mode Dải thông 100 MHz 1 GHz > 100 GHz Cự li truyền dẫn 100 m 2000m 40.000 m Xuyên kênh