Đang tải... (xem toàn văn)
Với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của công nghệ thông tin nói chung và kỹ thuật viễn thông nói riêng, nhu cầu dịch vụ viễn thông phát triển rất nhanh và tao ra áp lực ngày càng cao đối với việc dung lượng thông tin ngày càng tăng lên. Và việc chế tạo và áp dụng thành công việc truyền tin bằng tính chất quang xem như là một thành công lớn đối với các nhà khoa học. tuy vậy mạng thông tin quang hiên nay vẫn còn một số hạn chế về chất lượng truyền dẫn như băng thông. Tuy vậy để có một hệ thống quang tốt thì tất yếu pải có sự phát triển và cải thiện tốt.Qua môn học thông tin sợi quang, và sự giúp đỡ của thầy “Nguyễn Vũ Anh Quang” em đã quyết định chọn đề tài cho bài tập lớn của môn học này là: “ Bộ phát quang trong thông tin sợi quang”.Em xin chân thành cám ơn thầy “Nguyễn Vũ Anh Quang” đã giúp đỡ và chỉ bảo cho em trong thời gian học qua và quá trình làm bài tập lớn do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian tìm hiểu không nhiều, nên có gì sai sót mong các thầy cô xem xét , em xin cám ơn.
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HỮU NGHỊ VIỆT - HÀN KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ============================ BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC THÔNG TIN SỢI QUANG TÊN ĐỀ TÀI: BỘ PHÁT QUANG TRONG THÔNG TIN SỢI QUANG (LASER) SVTH: Trần Văn Trường Lớp: CCVT07A GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang Đà Nẵng, Ngày 16 tháng 12 năm 2016 LỜI NÓI ĐẦU SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG Với phát triển vô mạnh mẽ công nghệ thông tin nói chung kỹ thuật viễn thông nói riêng, nhu cầu dịch vụ viễn thông phát triển nhanh tao áp lực ngày cao việc dung lượng thông tin ngày tăng lên Và việc chế tạo áp dụng thành công việc truyền tin tính chất quang xem thành công lớn nhà khoa học mạng thông tin quang hiên số hạn chế chất lượng truyền dẫn băng thông Tuy để có hệ thống quang tốt tất yếu pải có phát triển cải thiện tốt Qua môn học thông tin sợi quang, giúp đỡ thầy “Nguyễn Vũ Anh Quang” em định chọn đề tài cho tập lớn môn học là: “ Bộ phát quang thông tin sợi quang” Em xin chân thành cám ơn thầy “Nguyễn Vũ Anh Quang” giúp đỡ bảo cho em thời gian học qua trình làm tập lớn kiến thức hạn hẹp thời gian tìm hiểu không nhiều, nên có sai sót mong thầy cô xem xét , em xin cám ơn Đà nẵng, ngày 16 tháng 12 năm 2016 SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .4 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ NGUÔNG PHÁT TRONG THÔNG TIN QUANG 1.Bộ phát quang CHƯƠNG II – TÌM HIỂU VỀ NGUỒN PHÁT QUANG LASER 2.1 khái niệm laser 2.2 Các tính chất tia Laser : 2.2.1 Độ đơn sắc cao 2.2.2 Độ định hướng cao 2.2.3 Mật độ phổ (độ chói) cao 2.3 ngyên lí hoạt động CHƯƠNG III – SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG OPTISYSTEM ĐỂ KHẢO SÁT NGUỒN PHÁT LASER 3.1 Giới thiệu phần mềm Optisystem .8 3.1.1 giao diên lam viêc cua Optsystem 3.1.2 ứng dụng 3.1.3 Các công cụ hiển thị 3.2 Tiến hành khảo sát 3.2.1 Thiêt kê môt thông quang 3.4 Thay đổi tham số sợi quang 16 LỜI CẢM ƠN 18 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 19 SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Nguồn phát LED Hình 1.2 Nguồn phát laser Hình 3.1 giao diện Optisystem Hình 3.2 phát quang 10 Hình 3.3 thu quang 11 Hình 3.4 tuyến dẫn quang 11 Hình 3.5 hệ thống quang .12 3.3 chạy mô phỏng 12 Hình 3.6 Phổ trước sau qua sợi quang 13 Hình 3.7 công suất đầu vào 14 Hình 3.8 công suất đầu sợi quang .15 Hình 3.9 đồ thị ber thiết bị đo ber 15 SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ NGUÔNG PHÁT TRONG THÔNG TIN QUANG Bộ phát quang Bộ phát quang thành phần quan trọng hệ thống thông tin sợi quang Bộ phát tín hiệu quang có chức chuyển đổi tín hiệu thông tin đầu vào tín hiệu điện thành tín hiệu quang tương ứng ghép vào sợi để truyền dẫn tín hiệu Thành phần chủ yếu phát tín hiệu quang nguồn quang, thường chế tạo từ vật liệu bán dẫn Hai loại nguồn quang bán dẫn sử dụng chủ yếu hệ thống thông tin sợi quang diode phát quang LED laser bán dẫn LD Ưu điểm nguồn quang kích thước nhỏ gọn, hiệu suất phát xạ cao, độ tin cậy đảm bảo, dải bước sóng phù hợp, vùng phát xạ hẹp tương xứng với kích thước lõi sợi khả điều chế trực tiếp tần số tương đối cao Hình 1.1 Nguồn phát LED Hình 1.2 Nguồn phát laser SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG CHƯƠNG II – TÌM HIỂU VỀ NGUỒN PHÁT QUANG LASER 2.1 khái niệm laser Laser tên chữ đầu thuật ngữ tiếng Anh “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ’’ (Sự khuếch đại ánh sáng xạ kích hoạt) Laser nguồn ánh sáng nhân tạo thu nhờ khuếch đại ánh sáng xạ phát kích hoạt cao độ phần tử môi trường vật chất tương ứng Laser ánh sáng có nhiều tính chất đặc biệt hẳn ánh sáng tự nhiên hay nhân tạo khác có công dụng hữu ích áp dụng nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật đời sống 2.2 Các tính chất tia Laser : 2.2.1 Độ đơn sắc cao Laser chùm ánh sáng mà tia sáng có mức chênh lệch bước sóng nhỏ nhất, so với chùm sáng đơn sắc khác Sự chênh lệch bước sóng gọi phổ ánh sáng chùm ánh sáng Và dĩ nhiên phổ hẹp độ đơn sắc chùm sáng cao Trước có laser nhà vật lý tạo chùm ánh sáng đơn sắc có chênh lệch bước sóng từ 1Ao đến 10nm, để sử dụng nghiên cứu khoa học Trong mức chênh lệch bước sóng chùm ánh sáng laser tới 0,1 Ao Tính chất quan trọng hiệu tác dụng laser tương tác với vật chất, với tổ chức sinh học phụ thuộc vào độ đơn sắc 2.2.2 Độ định hướng cao Khác với nguồn sáng khác, tia sáng Laser chọn lọc phát tia vuông góc với gương, nên song song với (hay nói theo ngôn ngữ vật lý góc mở tia nhỏ) Nhờ vậy, laser có độ định hướng lý tưởng, chiếu xa, đến mức người ta dùng laser để đo khoảng cách vũ trụ 2.2.3 Mật độ phổ (độ chói) cao Độ chói nguồn sáng tính cách chia công suất chùm sáng cho độ rộng phổ SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG Vì độ rộng phổ Laser nhỏ nên laser có độ tập trung tia sáng cao, hay nói cách khác độ chói cao so với nguồi sáng khác Ví dụ: laser có công suất thấp laser He-Ne có độ chói gấp hàng vạn lần độ chói ánh sáng mặt trời Những laser có công suất lớn có độ chói cao gấp hàng triệu lần mặt trời - Công suất laser Tùy loại laser mà có nguồi sáng công suất khác Có loại laser công suất mạnh tương đương công suất vạn nhà máy điện triệu KW Nhựng nguồn laser công suất mạnh sử dụng công nghiệp nạêng khoan cắt vật liệu, hay chế tạo loại vũ khí, khí tài quân Các loại laser sử dụng y học laser có công suất thấp laser He – Ne công suất khoảng từ 2MW đến 10MW 2.3 ngyên lí hoạt động * Nguyên lý hoạt động Laser dựa hai tượng: - Hiện tượng phát xạ kích thích: tạo khuếch đại ánh sáng Laser Khi xảy tượng phát xạ kích thích, photon ánh sáng kích thích điện tử vùng dẫn tạo photon thứ hai Hai photon tiếp tục trình phát xạ kích thích để tạo nhiều photon theo cấp số nhân Các photon tạo có tính kết hợp (cùng tần số, pha, hướng phân cực) Như vậy, ánh sáng kết hợp khuếch đại - Hiện tượng cộng hưởng sóng ánh lan truyền laser: trình chọn lọc tần số (hay bước sóng) ánh sáng Theo đó, sóng ánh sáng có tần số (hay bước sóng) thỏa điều kiện pha hốc cộng hưởng lan truyền cộng hưởng hốc cộng hưởng Như vậy, số sóng ánh sáng (có bước sóng khác nhau) laser Fabry-Perot phát xạ bị giới hạn, làm giảm độ rộng phổ laser so với LED SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG CHƯƠNG III – SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG OPTISYSTEM ĐỂ KHẢO SÁT NGUỒN PHÁT LASER 3.1 Giới thiệu phần mềm Optisystem Optisystem phần mềm mô hệ thống thông tin quang sử dung rộng trãi hiên Phần mềm có khả thiết kế, đo kiểm tra thực tối ưu hóa nhiều loại tuyến thông tin quang, dựa khả mô hình hóa hệ thống thông tin quang thực tế Bên cạnh đó, phần mềm dễ dàng mở rộng người sử dụng đưa thêm phần tử tự định nghĩa vào, phần mềm có dao diện thân thiện, khả hiển thị trực quan 3.1.1 giao diện làm việc của Optisystem Hình 3.1 giao diện Optisystem 3.1.2 ứng dụng Optisystem cho phép thiết kế tự động hầu hết loại tuyến thông tin quang lớp vật lý, từ hệ thống đường trục mạng LAN, MAN quang Các ứng dụng cụ thể bao gồm: + Thiết kế hệ thống thông tin quang từ mức phần tử đến mức hệ thống lớp vật lý + Thiết kế mạng TDM/WDM CATV + Thiết kế mạng FTTx dựa mạng quang thụ động (PON) SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG + Thiết kế hệ thống ROF (radio over fiber) + Thiết kế thu, phát, khuếch đại quang + Thiết kế sơ đồ tán sắc + Đánh giá BER penalty hệ thống với mô hình thu khác +Tính toán BER quĩ công suất tuyến hệ thống có sử dụng khuếch đại quang 3.1.3 Các công cụ hiển thị Optisystem có đầy đủ thiết bị đo quang, đo điện Cho phép hiển thị tham số, dạng, chấtlượng tín hiệu điểm hệ thống.Thiết bị đo quang: -Phân tích phổ (Spectrum Analyzer) -Thiết bị đo công suất (Optical Power Meter) -Thiết bị đo miền thời gian quang (Optical Time Domain Visualizer) -Thiết bị phân tích WDM (WDM Analyzer) -Thiết bị phân tích phân cực (Polarization Analyzer) -Thiết bị đo phân cực (Polarization Meter) Thiết bị đo điện: -Oscilloscope -Thiết bị phân tích phổ RF (RF Spectrum Analyzer) -Thiết bị phân tích biểu đồ hình mắt (Eye Diagram Analyzer) -Thiết bị phân tích lỗi bit (BER Analyzer) -Thiết bị đo công suất (Electrical Power Meter) -Thiết bị phân tích sóng mang điện (Electrical Carrier Analyzer) 3.2 Tiến hành khảo sát 3.2.1 Thiết kệ hệ thống quang Hệ thống quang đơn giản gồm có •Dùng phần mềm mô Optisystem ta bắt dầu thiết kế SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG + phát quang: Hình 3.2 phát quang Gồm bộ: - Bộ tạo chuổi bit - Bộ tao xung NRZ - Khối Mach-Zehnder - Thành phần phát quang CW Laser - phân tích quang(power Meter) - Phân tích phổ(Spectrum Analyzer) - Thiết bị đo công suất (Optical Power Meter) 10 SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG + thu quang ber Hình 3.3 thu quang - Photodetector PIN - Bộ lọc Bessel Filter - Khối 3r - Bộ hiển thị BER + Tuyến truyền dân quang Hình 3.4 tuyến dẫn quang 11 SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG + hệ thống quang đơn giản Hình 3.5 hệ thống quang 3.3 chạy mô phỏng - khoảng cách truyền dẫn 50km - công suất phát từ laser 10dBm 12 SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG + hiển thị kết mô thiết bị đo đặt tuyến - Phổ: Hình 3.6 Phổ trước sau qua sợi quang 13 SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG Hình 3.7 công suất đầu vào 14 SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG Hình 3.8 công suất đầu sợi quang Hình 3.9 đồ thị ber thiết bị đo ber 15 SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG Nhận xét Khi công suất tăng Min log of BER giảm, ngược lại Q-Factor Đúng với khảo sát lý thuyết Sự thay đổi công suất đầu vào đầu sợi quang, ảnh hưởng yếu tố tán sac phi tuyến Sự ảnh hưởng công suất đầu vào với đầu thu BER thấy rõ tăng khoảng giá trị quét tham số công suất rộng Có thể thấy, giá trị công suất, Min log of BER tăng lên mà không giảm 3.4 Thay đổi tham số sợi quang - Tốc độ truyền dẫn: từ 1550nm xuống 1350nm hình 16 SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG - Kết luận: thay đổi thông số sợi quang có bước song 1350 có suy hao lớn sợi quang có bước sóng 1550nm, giá trị ber tăng lên 17 SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG LỜI CẢM ƠN Sau quãng thời gian, chúng em trang bị số kiến thức để thực thiết kế môn học Đó kết học tập nghiên cứu chúng em có hướng dẫn nhiệt tình thầy Và khoảng thời gian làm thiết kế môn học, điều kiện để chúng em kiểm tra củng cố lại kiến thức thu thập đồng thời bổ sung thêm kiến thức để hoàn thiện sở lý thuyết cho môn học.Tuy nhiên thời gian hạn hạn chế kiến thức, chắn thiết kế không tránh khỏi sai sót Rất mong dẫn thêm thầy Em xin chân thành cảm ơn 18 SVTH: LÊ VĂN TÁM GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN Đà Nẵng, ngày tháng Giảng viên 19 năm 2016 ... GVHD: NHUYỄN VŨ ANH QUANG CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ NGUÔNG PHÁT TRONG THÔNG TIN QUANG Bộ phát quang Bộ phát quang thành phần quan trọng hệ thống thông tin sợi quang Bộ phát tín hiệu quang có chức chuyển... học thông tin sợi quang, giúp đỡ thầy “Nguyễn Vũ Anh Quang em định chọn đề tài cho tập lớn môn học là: “ Bộ phát quang thông tin sợi quang Em xin chân thành cám ơn thầy “Nguyễn Vũ Anh Quang ... Hai loại nguồn quang bán dẫn sử dụng chủ yếu hệ thống thông tin sợi quang diode phát quang LED laser bán dẫn LD Ưu điểm nguồn quang kích thước nhỏ gọn, hiệu suất phát xạ cao, độ tin cậy đảm bảo,