Đồ Án Tốt Nghiệp - Nghiên Cứu Hệ Thống Thông Tin Quang

ĐỒ ÁN
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
GV HƯỚNG DẪN:
SV THỰC HIỆN : LÊ TRỌNG DŨNG
Dung VP
CHƯƠNG I
SO SÁNH ƯU,NHƯỢC ĐIỂM CÁP QUANG VÀ CÁP ĐỒNG,
NÊU ỨNG DỤNG THỰC TIỄN
I – CÁP QUANG
1- Cấu tạo
Cáp quang có cấu tạo gồm dây dẫn trung tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh
chế nhằm cho phép truyền đi tối đa các tín hiệu ánh sáng. Sợi quang được tráng một lớp
lót nhằm phản chiếu tốt các tín hiệu.
Dung VP
Lõi (core):Trung tâm
phản chiếu của sợi quang
nơi ánh sáng đi.
Lớp bọc (cladding):Vật
chất quang bên ngoài bao
bọc lõi mà phản xạ ánh
sáng trở lại vào lõi.
Lớp bảo vệ (coating):
thường được làm bằng
nhựa PVC
Lớp chịu lực (strength
members): được làm bằng
sợi gia cường “aramid
yarn” (Kevlar)
Lớp ống đệm bảo vệ
(buffer): gồm ống đệm chặt
(tight buffer) và ống đệm

không chặt (loose buffer).
Lớp vỏ ngoài bảo vệ
(jacket): là lớp bảo vệ
ngoài cùng.
Dung VP
2 -Phân Loại Sợi Quang
Đơn
Mode
• Sợi đơn mode (SM).
Đa
Mode
• Sợi đa mode chiết
suất nhảy bậc (MM-
SI),
• Sợi đa mode chiết
suất biến đổi (MM-
GI)
Dung VP
Hình 2.8 cấu trúc sợi SM
a. Sợi đơn mode(SM)
Sợi đơn mode có lõi rất nhỏ thường khoảng từ : 8 - 10 µm.
Lớp vỏ: 125 µm
Lớp vỏ ngoài: 250-1000 µm
Ưu điếm của sợi đon mode là chỉ ghép một mode nên không có tán sắc mode băng
tần của sợi tăng lên. Tuy nhiên, khó ghép ánh sáng vào sợi.
Cáp quang Singlemode truyền được dữ liệu với khoảng cách không giới rất xa,
được các đơn vị viễn thông sử dụng để truyền dữ liệu trong hệ thống của họ. Hiện
nay các dịch vụ viễn thông hiện nay được rất đông đảo người dân sử dụng nên các
nhà cung cấp dịch vụ liên tục phải mở rộng hệ thống truyền dẫn quang của họ để
có thể đáp ứng nhu cầu của khách hàng, do vậy đã làm cho cáp quang Singlemode

trở nên rất phổ dụng, hạ thành hạ đi rất nhiều.
Dung VP
b. Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc(MM-SI)
Đường kính lõi:50-400 µm.
Lớp vỏ: 125-500 µm.
Lớp vỏ ngoài 250-1000 µm. Các tia tạo xung ánh sáng có thể đi theo nhiều đường khác
nhau trong lõi: thẳng, zig-zag… tại điểm đến sẽ nhận các chùm tia riêng lẻ, vì vậy xung
dễ bị méo dạng.
c.Sợi đa mode chiết suất biến đổi (MM - GI)
Đường kính lõi:30-100 µm.
Lớp vỏ: 100-150 µm.
Lớp vỏ ngoài 250-1000 µm. Các tia gần trục truyền chậm hơn các tia gần cladding. Các
tia theo đường cong thay vì zig-zag. Các chùm tia tại điểm hội tụ, vì vậy xung ít bị méo
dạng.
Dung VP
3 – Đặc Điểm
Đặc Điểm
Phát: Một
điốt phát
sáng (LED)
hoặc laser
truyền dữ
liệu xung
ánh sáng vào
cáp quang.
Nhận: sử
dụng cảm
ứng quang
chuyển
xung ánh

sáng ngược
thành data.
Cáp quang
chỉ truyền
sóng ánh
sáng (không
truyền tín
hiệu điện)
nên nhanh,
không bị
nhiễu và bị
nghe trộm.
Độ suy dần
thấp hơn
các loại cáp
đồng nên có
thể tải các
tín hiệu đi
xa hàng
ngàn km.
Cài đặt đòi
hỏi phải có
chuyên môn
nhất định
Cáp quang
và các thiết
bị đi kèm
rất đắt tiền
so với các
loại cáp

đồng
Dung VP
4 -Ứng Dụng
Ứng Dụng
Ứng Dụng
Đa mode: Được sử
dụng cho truyền tải
tín hiệu trong khoảng
cách ngắn, bao gồm:
Đa mode: Được sử
dụng cho truyền tải
tín hiệu trong khoảng
cách ngắn, bao gồm:
Step index(MM-SI): dùng
cho khoảng cách ngắn,
phổ biến trong các đèn
soi trong
Step index(MM-SI): dùng
cho khoảng cách ngắn,
phổ biến trong các đèn
soi trong
Graded index(MM-GI):
thường dùng trong các
mạng LAN
Graded index(MM-GI):
thường dùng trong các
mạng LAN
Đơn mode
Đơn mode
Dùng cho khoảng cách

xa hàng nghìn km, phổ
biến trong các mạng
điện thoại, mạng truyền
hình cáp.đường kính
8um,truyền xa hàng
trăm km mà không cần
khuếch đại
Dùng cho khoảng cách
xa hàng nghìn km, phổ
biến trong các mạng
điện thoại, mạng truyền
hình cáp.đường kính
8um,truyền xa hàng
trăm km mà không cần
khuếch đại
Dung VP
Hiện nay có các loại cáp thường được dùng:
Cáp quang đơn mốt loại cáp treo 4, 8, 12, 24 sợi …
Cáp quang đơn mốt loại cáp chôn 4, 8, 12, 24 sợi …
Cùng với các ngành Bưu chính - Viễn thông, Quân đội, Công an, ngành Điện đã và
đang ứng dụng kỹ thuật thông tin quang để phục vụ Công nghiệp hoá, Hiện đại hoá đất
nước.
Quang hóa mạng truyền dẫn là một trong những mục tiêu mang tính chiến lược nhằm
phát triển mạng viễn thông quốc gia nói chung và mạng viễn thông ngành Điện lực nói
riêng. Hợp tác, phối hợp với các đối tác như VNPT, Viettel, công an
VÍ DỤ:
Dịch vụ Cáp quang FTTH VNPT
FTTH (Fiber-To-The-Home) là mạng viễn thông băng thông rộng bằng cáp quang
được nối đến tận nhà để cung cấp các dịch vụ tốc độ cao như điện thoại, Internet tốc độ
cao và TV. Bằng cách triển khai cáp quang đến tận nhà khách hàng, tốc độ mạng sẽ nhờ

vậy mà tăng lên gấp bội phần, từ 1Gbit/s trên cả hai kênh lên và xuống. Về mặt kỹ
thuật.
Dung VP
1
• Mỏng hơn - Cáp quang được thiết kế có đường kính nhỏ hơn cáp đồng.
• Mỏng hơn - Cáp quang được thiết kế có đường kính nhỏ hơn cáp đồng.
2
• Dung lượng tải cao hơn - Bởi vì sợi quang mỏng hơn cáp đồng, nhiều sợi quang có
thể được bó vào với đường kính đã cho hơn cáp đồng. Điều này cho phép nhiều
kênh đi qua cáp của bạn.
• Dung lượng tải cao hơn - Bởi vì sợi quang mỏng hơn cáp đồng, nhiều sợi quang có
thể được bó vào với đường kính đã cho hơn cáp đồng. Điều này cho phép nhiều
kênh đi qua cáp của bạn.
3
• Suy giảm tín hiệu ít - Tín hiệu bị mất trong cáp quang ít hơn trong cáp đồng.
• Suy giảm tín hiệu ít - Tín hiệu bị mất trong cáp quang ít hơn trong cáp đồng.
4
• Tín hiệu ánh sáng - Không giống tín hiệu điện trong cáp đồng, tín hiệu ánh sáng từ
sợi quang không bị nhiễu với những sợi khác trong cùng cáp. Điều này làm cho chất
lượng tín hiệu tốt hơn
• Tín hiệu ánh sáng - Không giống tín hiệu điện trong cáp đồng, tín hiệu ánh sáng từ
sợi quang không bị nhiễu với những sợi khác trong cùng cáp. Điều này làm cho chất
lượng tín hiệu tốt hơn
5
• Tín hiệu số - Cáp quang lý tưởng thích hợp để tải thông tin dạng số mà đặc biệt hữu
dụng trong mạng máy tính.
• Tín hiệu số - Cáp quang lý tưởng thích hợp để tải thông tin dạng số mà đặc biệt hữu
dụng trong mạng máy tính.
6
• Không cháy - Vì không có điện xuyên qua Cáp quang, vì vậy không có nguy cơ hỏa

hạn xảy ra.
• Không cháy - Vì không có điện xuyên qua Cáp quang, vì vậy không có nguy cơ hỏa
hạn xảy ra.
7
• Sử dụng điện nguồn ít hơn - Bởi vì tín hiệu trong cáp quang giảm ít, máy phát có thể
sử dụng nguồn thấp hơn thay vì máy phát với điện thế cao được dùng trong cáp
đồng.
• Sử dụng điện nguồn ít hơn - Bởi vì tín hiệu trong cáp quang giảm ít, máy phát có thể
sử dụng nguồn thấp hơn thay vì máy phát với điện thế cao được dùng trong cáp
đồng.
5 - Ưu Điểm Cáp quang
Dung VP
Nối cáp khó khăn, dây cáp dẫn
càng thẳng càng tốt.
Chi phí - Chi phí hàn nối và thiết bị
đầu cuối cao hơn so với cáp đồng.
6 -Nhược Điểm
Dung VP
Chương II
Phân loại,cấu tạo,nguyên lý hoạt động,ứng
dụng của Led và Laser
Dung VP
I. Nguồn phát quang
Bộ phát quang có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu quang. Ánh
sáng phát ra từ các nguồn này được ghép vào sợi quang để truyền đi. Có hai loại
linh kiện dùng làm nguồn phát quang hiện nay là:
• Diode phát quang hay LED (Light Emitting Diode)
• LASER (Light Amplification by Stimulated Emission Radiasion)
Để xây dựng thành công các hệ thống thông tin quang. Các nguồn phát quangcần
có các tính chất vật lý sau:

• Phù hợp với kích thước các sợi quang
• Phóng đủ công suất quang vào sợi để khắc phục suy hao cho phép tín hiệucó thể
được phát hiện ở đầu thu.
• Phát ra ánh sáng ở các bước sóng làm tối thiểu hóa suy hao và tán xạ. Cácnguồn
quang nên có một bề rộng phổ nhỏ để giảm thiểu tán xạ.
• Duy trì sự vận hành ổn định trong những điều kiện môi trường thay đổi
• Cho phép điều chế trực tiếp công suất quang ngõ ra
1. ĐIODE LED
LED (Light Emitted Diode) là một loại nguồn phát quang phù hợp cho các hệ thốn
thông tin quang có tốc độ bít không quá 200Mb/s sử dụng sợi dẫn quang đa mode.
Tuy nhiên hiện nay trong phòng thí nghiệm người ta có thê sử dụng cả ở tôc độ bít
tới 556 Mb/s do có sự cải tiến công nghệ cao.
Dung VP
1.1 Cấu trúc LED phát xạ mặt
Hình 2.1 LED phát xạ mặt
LED phát xạ mặt có mặt phẳng của vùng phát ra ánh sáng vuông góc với trục
của sợi dẫn quang (hình 2.1). Vùng tích cực thường có dạng phiến tròn, đường
kính khoảng 50µm và độ dày khoảng 25µm. Mầu phát chủ yếu là đẳng hướng với
độ rộng chùm phát khoảng 120°. Mầu phát đẳng hướng này gọi là mầu
Lambertian. Khi quan sát từ bất kỳ hướng nào thì độ rộng nguồn phát cũng ngang
bằng nhau nhưng công suất lại giảm theo hàm cosβ với β là góc họp giữa hướng
quan sát với pháp tuyến của bề mặt. Công suất giảm 50% so với đỉnh khi β=60.
Dung VP
1.2 Cấu trúc LED phát xạ cạnh
LED phát xạ cạnh có cấu trúc gồm một vùng tiếp giáp tích cực có vai trò là nguồn
phát ánh sáng không kết hợp, và hai lóp dẫn đều có chiết suất thấp hon chỉ số chiết
suất của vùng tích cực nhưng lại cao hơn chiết suất của các vùng vật liệu bao quanh
(hình 2.2). cấu trúc này hình thành một kênh dẫn sóng để hướng sự phát xạ về phía
lõi sợi. Đe tương hợp được với lõi sợi dẫn quang có đường kính nhỏ ( cỡ 50-
100µm), các dải tiếp xúc đối với LED phát xạ cạnh phải rộng từ 50µm đến 70µm.

Độ dài của các vùng tích cực thường là từ 100µm đến 150µm. Mầu phát xạ cạnh có
định hướng tốt hon so với LED phát xạ mặt.
Hình 2.2 Cấu trúc LED phát xạ cạnh
Dung VP
1.3 Nguyên lý hoạt động của LED
Hình 2.3 Cấu trúc dị thể kép - hiệu suất phát xạ cao nhờ chênh lệch
a) Độ rộng vùng cấm
b) Chênh lệch chiết suất
Dung VP
1.4 Ứng dụng của LED
Thường thì ánh sáng phát xạ của LED là ánh sáng không kết hợp và là ánh sáng tự
phát. Do đó công suất phát xạ của LED thấp, độ rộng phố rộng và hiệu ứng lưọng tử
thấp. Nó thường chỉ được áp dụng cho các mạng có khoảng cách ngằn như mạng
LAN. Tuy nhiên đo công suất đầu ra của nó ít phụ thuộc vào nhiệt độ và có chế tạo
đơn giản, độ ổn định cao, LED vần được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền
tốc độ thấp.
1.5 Phân loại LED
1.5.1 LED tiếp xúc mặt GaAs
Hình 2.4 LED tiếp xúc mặt GaAs
Dung VP
• Đây là loại có cấu trúc đơn giản nhất,
• Dùng bán dẫn GaAs với nồng độ khác nhau để làm lớp nền loại N và lớp phát quang
loại P.
• Lớp P dầy khoảng 200µm, ở mặt ngoài của lớp P có phủ một lớp chống phản xạ để
ghép ánh sáng vào sợi quang.
• Bước sóng phát của LED GaAs trong khoảng từ 880-950 nm.
1.5.2 LED Burrus
Hình 2.5 LED Burrus
Dung VP
• LED Burrus được chế tạo theo cấu trúc nhiều lớp bao gồm các lớp bán dẫn loại N và

P với bề dày và nồng độ khác nhau.
• Với cấu trúc nhiều lớp và vạch tiếp úc P có kích thước nhỏ, Vùng phát sáng của
LED Burrus tương đố hẹp.
• Ngoài ra trên bề mặt của LED có khoét một lỗ để đưa sợi quang vào gần vùng phát
sáng.
• Bước sóng của LEd Burrus dùng bán dẫn AlGaAs/ GaAs trong khoảng từ 800-
850nm. Nếu dùng bán dẫn InGaAsP/InP thì bước sings phát ra dài hơn
2. LASER
Nguồn quang Laser (Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation) là một
trong những phát minh khoa học quan trọng trong thế kỉ XX. Là một trong những
thành phần không thể thiếu được trong hệ thống thông tin quang. Nguồn quang
Laser có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện đầu vào thành tín hiệu quang tương ứng và
phát tín hiệu này vào trong sợi quang để thực hiện truyền dẫn thông tin.
2.1 Cấu tạo của Laser
Laser bao gồm 3 bộ phận chính là lớp tích cực, hốc cộng hưởng và nguồn bơm
Dung VP
+ Lớp tích cực:
Là một môi trường hoạt chất có khả năng khuếch đại ánh sáng khi đi qua nó, ngày
nay có rất nhiều chất khí, rắn, lỏng, bán dẫn đã được dùng làm lớp tích cực của
Laser, tùy theo hoạt chất tương ứng mà ta có từng loại Laser khác nhau.
+ Hốc cộng hưởng:
Hốc cộng hưởng là một phần không thể thiếu ở bất kì nguồn Laser nào, nó bao
gồm một cặp phiến phẳng đặt song song nhau và được mài nhẵn tạo thành gương
phản xạ. Một gương có hệ số phản xạ rát lớn cõ 99,9% và chiếc gương còn lại có hệ
số phản xạ thấp hơn và làm nhiệm vụ phản xạ ánh sáng và cho một phần ánh sáng
truyền qua nó, giữa hai gương là lớp tích cực.
+ Nguồn bơm :
Là một bộ phận để cung cấp năng lượng để tạo ra sự nghịch đảo nồng độ tích lũy
trong hai mức năng lượng nào đó của lớp tích cực và duy trì sự hoạt động của Laser.
2.2 Nguyên Lý hoạt động của Laser

Laser khuếch đại ánh sáng nhờ bức xạ kích thích.
Hoạt động của Laser dựa trên hai hiện tượng chính là : Hiện tượng bức xạ kích
thích và hiện tượng cộng hưởng của sóng ánh sáng khi lan truyền trong Laser.
Dung VP
+ Hiện tượng bức xạ kích thích được miêu tả như sau:
Hình 2. Nguyên lý bức xạ kích thích
E1 : năng lượng trạng thái nền (đất)
E2 : năng lượng trạng thái kích thích.
Hiện tượng bức xạ kích thích xảy ra khi một nguyên tử đnag ở mức năng lượng
trạng thái kích thích bị một photon có năng lượng hf = E2 - E1 và đập vào và làm
cho điện tử này dịch chuyển từ năng lượng kích thích E2 xuống trạng thái năng
lượng nền E1 và phát ra một photon có năng lượng đúng bằng với năng lượng của
photon ban đầu. Như vậy từ một photon ban đầu sau khi xảy ra hiện tượng bức xạ
kích
Dung VP
thích sẽ tạo ra 2 photon ( photon kích thích ban đầu và photon mới được sinh ra), các
photon này sẽ tiếp tục va chạm với các nguyên tử khác ở trạng thái kích thích và
sinh ra nhiều photon hơn nữa khi chúng va chạm. Các photon được sinh ra có cùng
pha cùng tần số, cùng hướng truyền và cùng phân cực do đó ánh sáng tạo ra có tính
kết hợp.
+ Hiện tượng cộng hưởng của sóng ánh sáng khi lan truyền trong Laser
Trong hốc cộng hưởng của sóng ánh sáng được khuếch đại lên, quá trình này chỉ có
nhứng sóng ánh sáng có tần số thỏa mãn điều kiện về pha thì mới được khuếch đại
lên và lan truyền đi.
Dung VP
Chương III
Phân tích linh kiện quang cụ thể,tính ứng dụng của
nó (Linh kiện thu quang APD 1150)
Dung VP