Đề cương ôn tập A- LÝ THUYẾT • Tổng quan hệ thống thông tin quang: – Sơ đồ khối hệ thống chức – Ưu - nhược điểm hệ thống thông tin quang – Quá trình hấp thụ phát xạ ánh sáng (phát xạ tự phát kích thích) Thế ánh sáng kết hợp không kết hợp? • Sợi quang: – Ưu điểm sợi quang so với cáp kim loại – Cấu tạo phân loại sợi quang – Lan truyền ánh sáng loại sợi quang: Quỹ đạo tia (xét theo phương pháp quang hình), Khẩu độ số (khái niệm, ý nghĩa, công thức tính), mode truyền, tần số chuẩn hóa (ý nghĩa, công thức tính) – Suy hao: khái niệm, loại suy hao, đặc tuyến suy hao – Tán sắc sợi quang: khái niệm, loại tán sắc ảnh hưởng • Bộ phát quang: – Sơ đồ khối chức – Nguồn quang bán dẫn: • LED: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đặc tính • LD: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đặc tính – Điều biến nguồn quang • Bộ thu quang: – Sơ đồ khối chức – Diode thu quang: • Các tham số • Photodiode PIN: cấu tạo nguyên lý tách sóng • Photodiode APD: cấu tạo nguyên lý tách sóng – Nhiễu hiệu thu quang B- Bài tập: Chương 2: 1- Cho sợi quang đơn mode chiết suất bậc có đường kính lõi 10 m, chiết suất lõi 1,475 độ chênh lệch chiết suất 0,2% Xác định vùng hoạt động đơn mode sợi quang 2- Hệ thống thông tin quang đơn kênh hoạt động tốc độ bit 10Gbps, mã NRZ 50% sử dụng nguồn phát quang đơn mode bước sóng 1550 nm với độ rộng phổ 1nm truyền sợi đơn mode tiêu chuẩn SMF có hệ số tán sắc D=20 ps/nm.km Hãy tính khoảng cách tối đa mà bắt đầu xảy tượng xuyên nhiễu tín hiệu ISI 3- Cho sợi quang đơn mode có độ lệch chiết suất 0,2% với chiết suất lõi n1 = 1,48 Hãy xác định đường kính sợi quang biết sợi hoạt động đơn mode bước sóng lớn 1,2 µm 4- Cho sợi quang có độ lệch chiết suất 0,2% với chiết suất lõi n1 = 1,48 Hãy xác định dải bước sóng để sợi hoạt động đơn mode biết đường kính lõi sợi 10 µm 5- Cho sợi quang đơn mode có đường kính lõi sợi 10 µm Hãy xác định độ lệch chiết suất sợi biết chiết suất lõi n1 = 1,475 bước sóng cắt sợi 950 nm 6- Cho sợi quang đa mode chiết suất bậc (MM-SI) có đường kính lõi 50 µm hoạt động bước sóng 850 nm Biết số lượng mode truyền sợi khoảng 900 mode, xác định độ số sợi quang Nếu biết độ lệch chiết suất sợi 1,6%, xác định chiết suất lõi sợi 7- Sợi đa mode chiết suất bậc có đường kính lõi 50 µm thiết kế để giới hạn tán sắc mode 12 ns/km Biết chiết suất lõi sợi 1,45 a/ Hãy xác định độ số sợi quang b/ Xác định giới hạn tốc độ truyền dẫn km bước sóng 850 nm giả sử độ dãn xung không vượt chu kì bit 8- Cho sợi quang có đường kính lõi 50 µm hoạt động bước sóng 850 nm Biết sợi có độ lệch chiết suất 2% với chiết suất lớp vỏ n2 = 1,45 Hãy xác định độ dãn xung gây tán sắc mode trường hợp sau: a/ Sợi có mặt cắt chiết suất bậc b/ Sợi có mặt cắt chiết suất biến đổi với hệ số mặt cắt chiết suất  = c/ Sợi có mặt cắt chiết suất biến đổi với hệ số mặt cắt chiết suất  = 2,5 9- Cho sợi quang có đường kính lõi 50 µm hoạt động bước sóng 850 nm Biết sợi có độ lệch chiết suất 2% với chiết suất lớp vỏ n2 = 1,45 Hãy xác định số lượng mode khi: a/ Sợi có mặt cắt chiết suất bậc b/ Sợi có mặt cắt chiết suất biến đổi với hệ số mặt cắt chiết suất  = c/ Sợi có mặt cắt chiết suất biến đổi với hệ số mặt cắt chiết suất  = 2,5 Chương 3: 1- Tính tần số ánh sáng lượng photon tương ứng với bước sóng 1310nm Cho biết số Plank h=6,625.10-34 J.s vận tốc ánh sáng chân không c=3.108 m/s 2- Một hệ thống truyền dẫn sợi quang 1,31 µm có độ dài 50 km đòi hỏi mức công suất quang 0,3 µW thu Biết suy hao trung bình tuyến sợi quang 0,4 dB/km a/ Hãy xác định mức công suất quang tối thiểu để phát vào sợi quang b/ Mức công suất phát quang tối thiểu vào sợi phải thay đổi suy hao trung bình tuyến sợi quang 0,5 dB/km 3- Cho hệ thống truyền dẫn sợi quang 1,55 µm có mức công suất phát quang mW, truyền qua tuyến sợi quang dài 90 km với suy hao trung bình 0,2 dB/km a/ Hãy xác định mức công suất quang vào thu quang b/ Nếu biết hệ thống yêu cầu mức công suất thu nhỏ thu -19 dBm, xác định khoảng cách tối đa tuyến truyền dẫn sợi quang Chương 4: 1- Một photodiode PIN Si chuyển đổi ánh sáng bước sóng 850 nm có công suất vào bề mặt thu 0,125 µW thành dòng quang điện đầu có cường độ 56 nA Hãy xác định đáp ứng hiệu suất lượng tử nguồn thu quang 2- Xét APD InGaAs có hệ số nhiễu trội x ≈ 0,8 phân cực để có hệ số nhân M = 10 Biết dòng tối không nhân thác Id = 10 nA độ rộng băng tần hoạt động 650 MHz Hãy xác định: a/ Dòng nhiễu APD tín hiệu quang b/ Mức công suất quang tối thiểu để đạt SNR dB biết độ đáp ứng M = 0,8 A/W giả thiết không xét nhiễu nhiệt 3- Một APD Si có hiệu suất lượng tử 70% bước sóng 850 nm trình nhân thác (M = 1) Photodiode phân cực để hoạt động với hệ số nhân dòng M = 100 Xác định hệ số đáp ứng photodiode cường độ dòng quang điện chuyển đổi tín hiệu quang vào có mức công suất 10 nW 4- Một thu quang số sử dụng APD Si làm việc bước sóng 850 nm có tham số sau : - Độ rộng băng tần nhiễu hiệu dụng : 75 MHz - Hiệu suất lượng tử : 75% - Hệ số khuếch đại 100 Hệ số nhiễu trội Mx (x=0,3) - Dòng tối 0,2 nA Điện dụng tiếp giáp pF Biết công suất quang tới thu 10 nW Xác định : a) Hệ số đáp ứng APD b) Công suất tín hiệu điện, công suất nhiễu nổ, công suất nhiễu nhiệt c) Tỷ số SNR thu giới giạn nhiễu nổ giới hạn nhiễu nhiệt d) Công suất thu nhỏ mà thu đảm bảo BER = 10-12 (giả thiết P0 = ID chọn tối ưu) 5- Bộ thu sử dụng photodiode PIN Si làm việc bước sóng 850 nm có tham số sau : - Hiệu suất lượng tử 80%, dòng tối nA - Hệ số nhiễu khếch đại dB nhiệt độ làm việc thu 25OC - Điện dung tiếp giáp pF - Băng tần nhiễu hiệu dụng thu 45 MHz a) Xác định giá trị rms dòng nhiễu nổ, dòng nhiễu nhiệt b) Xác định lượng dải cấm dải cấm lớn vật liệu sử dụng để chế tạo photodiode c) Xác định SNR thu công suất quang đến thu bước sóng 400nW d) Giả thiết thu hoạt động giới hạn nhiễu nhiệt Xác định công suất thu tối thiểu yêu cầu để BER = 10-12 (giả thiết P0 = ID chọn tối ưu) 6- Một thu sử dụng photodiode p-i-n hoạt động bước sóng 1300 nm trung bình photon đến tạo cặp điện tử - lỗ trống Bộ thu có băng tần nhiễu hiệu dụng 50 MHz, điện trở tải thu k, hệ số nhiễu khuếch đại thu 3dB nhiệt độ làm việc thu 25oC Công suất quang đến thu 1W Xác định a) Hiệu suất lượng tử photodiode b) Năng lượng vùng cấm cực đại có photodiode c) Giá trị SNR thu Xác định giá trị SNR thu hoạt động giới hạn nhiễu nhiệt giới hạn nhiễu lượng tử d) Giả thiết nhiễu nhiệt lớn nhiều so với nhiễu nổ Hãy xác định công suất thu tối thiểu để đạt BER = 10-12 (giả thiết P0 = ID chọn tối ưu) 7- Một thu APD hoạt động bước sóng 850 nm có tham số sau : - Có hệ số nhiễu trội Mx (với x = 0,3) - Hiệu suất lượng tử thu 75% - Dòng tối 10nA nhiệt độ làm việc thu 25oC - Băng tần nhiễu hiệu dụng thu 65 MHz - Điện dung tiếp giáp 6pF Giả thiết thời gian giây, có 1010 photon đến thu Hãy tính : a) Hệ số đáp ứng thu b) Giá trị hệ số nhân để thu đạt giá trị SNR lớn c) Dòng photo tạo sau trình nhân với hệ số nhân tối ưu d) Xác định giá trị SNR thu hệ số nhân thu tối ưu 8- Bộ thu sử dụng photodiode p-i-n hoạt động bước sóng 1310 nm có hiệu suất lượng tử 60%, dòng tối nA Băng tần nhiễu hiệu dụng thu 100 MHz Điện dung tiếp giáp thu 6pF hình ảnh nhiễu khuếch đại dB Bộ thu làm việc nhiệt độ 25oC Giả sử công suất quang đến thu bước sóng 400 nW a) Xác định công suất tín hiệu điện, công suất nhiễu nổ công suất nhiễu nhiệt b) Xác định SNR thu c) Xác định SNR thu giới hạn nhiễu nhiệt giới hạn nhiễu lượng tử d) Giả thiết thu làm việc giới hạn nhiễu nhiệt Hãy xác định công suất thu tối thiểu để đạt BER = 10-9 (P0 = ID chọn tối ưu)