Chương 5. Giới thiệu về hệ thống thông tin quang pdf

Chương 5. Giới thiệu về hệ thống
thông tin quang

Nội dung
•
Giới thiệu
•
Sợi quang
•
Thiết bị phát quang
•
Thiết bị thu quang
•
Hệ thống WDM
•
Khuếch đại quang
•
Mạng truyền tải quang

giới thiệu
•
Hệ thống truyền thông điện
•
Hệ thống truyền thông quang

Giới thiệu

Tính chất Ánh sáng
•
Ánh sáng có tính chất sóng

•
Ánh sáng có tính chất hạt : ánh sáng bao gồm
nhiều proton có năng lượng E = hv
•
Hiện tượng: phản xạ, khúc xạ, tán xạ,…

Dải tần hệ thống quang

Dải tần thơng tin quang

nh sáng thấy được chiếm dải phổ từ 380nm
(tím) đến 780nm (đỏ)

nh sáng dùng trong thông tin quang nằm trong
vùng cận hồng ngoại (near-infrared) (800nm-
1600nm)  không thấy được

3 vùng bước sóng (cửa sổ bước sóng) được sử
dụng trong thông tin quang: 850 nm, 1300 nm và
1550 nm

hệ thống thông tin quang

•
Ưu điểm:
–
Suy hao truyền dẫn thấp (0.2 - 0.5dB/km)
hệ thống thông tin quang

hệ thống thông tin quang

•
Ưu điểm
–
Dung lượng truyền dẫn lớn
–
Ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ.
–
Độ an toàn truyền dẫn cao
–
Kích thước và trọng lượng nhỏ.
–
Sợi quang được chế tạo từ vật liệu có sắn

hệ thống thông tin quang
•
Ứng dụng:
–
hệ thống truyền tải đường trục, trung kế , liên tỉnh
–
Xây dựng các đường truyền xuyên đại dương
–
Xu thế đường quang kéo đến người dùng.

Sợi quang
•
Cấu tạo
•
Phân loại
•
Cơ chế truyền ánh sáng

•
Suy hao sợi quang
•
Tán sắc sợi quang

Cấu tạo sợi quang
•
Lớp lõi: chiết suất n1
•
Lớp vỏ(bọc): chiết suất n2<n1
•
lớp đệm: bằng nhựa, để bảo vệ sợi quang

cấu tạo sợi quang
•
chiết suất lớp lõi có thể
đều
•
chiết suất lớp lõi có thể
thay đổi từ từ.

CƠ SỞ QUANG HỌC
•
Chiết suất của môi trường: n = c/v
- c:vận tốc ánh sáng trong chân không, c = 3.10
8
m/s
- v: vận tốc ánh sáng trong môi trường đang xét, v≤ c
•
Sự phản xạ và khúc xạ:

θ
2
θ
1
môi trường 2
n
2
môi trường 1n
1
Tia tới Tia phản xạ
Tia khúc xạ
θ
1
’

CƠ SỞ QUANG HỌC
−
Tia tới, tia phản xạ và tia khúc xạ cùng nằm trên một
mặt phẳng
−
Góc phản xạ bằng góc tới: θ
1
= θ
1
’
−
Góc khúc xạ được xác đònh từ công thức Snell:
n
1
sinθ

1
= n
2
sinθ
2
θ
2
θ
1
môi trường 2
n
2
môi trường 1n
1
Tia tới
Tia khúc xạ
Tia phản xạ
θ
2
θ
1
môi trường 2
n
2
môi trường 1
n
1
Tia tới
Tia khúc xạ
Tia phản xạ

n
1
<n
2
n
1
>n
2

CƠ SỞ QUANG HỌC
•
Sự phản xạ toàn phần:
−
Trường hợp n
1
>n
2
, khi góc tới θ
1
lớn hơn góc tới hạn θ
c
thì
không có tia khúc xạ, tia tới phản xạ hoàn toàn về môi
trường tryền
 hiện tượng phản xạ toàn phần
θ
2
= 90° (θ
1
=

θ
c
)
θ
c
n
2
n
1
Tia tới hạn
Tia khúc xạ
Tia phản xạ
θ
2
< 90°
(θ
1
> θ
c
)
(n
1
>n
2
)
(θ
1
< θ
c
)

Cơ sở lan truyền ánh sáng trong
sợi quang
•
Dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần ánh sáng
khi đi qua mặt phân cách giữa lớp lõi và vỏ.
•
Điều kiện n1>n2 và góc tới lớn hơn góc giới hạn
1
2
sin
n
n
=
α

Cơ sở lan truyền ánh sáng
•
Khi góc tới không thoả mãn điều kiện phản xạ
toàn phần: tại bề mặt tiếp giáp tồn tại cả tia phản
xạ và khúc xạ

Các thông số sợi quang
•
Suy hao
•
Tán sắc
•
Đặc tính phi tuyến

Suy hao sợi quang
           ả ả
 !"
  # $ %$& '( " )   
*+,
-
.%*,/012,3%04512
-
/042,34#6%
∀
α,$&
z
ePzP
10
)0()(
α
×=

Suy hao sợi quang
•
hệ số suy hao tính bởi:
•
Trong đó P1, P2 tương ứng là công suất vào, ra
•
Hệ số suy hao trung bình:
( )
2
1
lg10
P

P
dBA
=
)(
)(
)/(
kmL
dBA
kmdB
=
α

Suy hao sợi quang
•
Các nguyên nhân:
–
Do hấp thụ: sợi quang có lõi được chế tạo từ thuỷ tinh
thường pha thêm các tạp chất như Fe, Cu, Các tạp
chất này là nguồn hấp thụ ánh sáng.
–
Do tán xạ: nói chung khi sóng điện từ truyền qua môi
trường không đồng nhất sẽ gây nên tán xạ, ánh sáng
sẽ bị toả ra các hướng và chỉ có một phần truyền theo
hướng xác định
–
Do uốn cong sợi

Suy hao sợi quang

Suy hao sợi quang

-
78 9 : ;, * <  * =>1? " 
;'@A
-
789:B,"< *;C;1?*$
1&>'@A?
-
789:C,"< *;>>1?*$
D1&;>E'@A&
-
F  + < 8 9 :   G & ë
7$ H  I 8 8 9 : " <
0;>>12&