Đề Tài Hệ Thống Thông Tin Quang

Đề tài:

HỆ THỐNG THÔNG TIN
QUANG
GVHD : Th.S NGÔ ĐẮC THUẦN
Sinh viên: Trương Thế Toàn
Nguyễn Quang Hùng
Đặng Vũ Thiên
Lê Minh Quân
Nguyễn Thanh Hùng

0520082(*)
0520030
0520071
0520065
0520031


Nội dung
1-Giới thiệu
2-Nguồn quang
3-Tách sóng quang
4-Hệ thống thông tin quang WDM
5-Thiết kế hệ thống thông tin quang
6-Ứng dụng tinh thể LiNbO3 trong chuyển mạch quang
7-Ưu thế và hạn chế của việc phát triển thông tin quang
ở Việt Nam


1.Giới thiệu
1.1 Khái niệm thông tin quang

1.2 Đặc tính cơ bản của thông tin quang
1.3 Các định luật cơ bản


1.1 Khái niệm
 Thông tin quang là hệ thống truyền tin thông qua sợi

quang, có nghĩa là thông tin được truyền ở dạng tín hiệu
quang (không phải tín hiệu điện) từ máy phát đến máy
thu. Phương tiện truyền dẫn là cáp quang
 Máy phát: tín hiệu điện  tín hiệu quang
 Máy thu: tín hiệu quang  tín hiệu điện


1.1 Khái niệm


1.2 Đặc điểm cơ bản của cáp
quang
 Độ suy hao truyền dẫn thấp (cự ly trên 50km mới

cần bộ lặp)
 Băng thông lớn

 Chúng có thể sử dụng để thiết lập các đường truyền

dẫn nhẹ và mỏng (nhỏ)

 Không có xuyên âm với các đường sợi quang bên

cạnh

 Không chịu ảnh hưởng của nhiễu cảm ứng sóng điện


1.2 Đặc điểm cơ bản của thông
tin quang
 Tốc độ cao (>10Gb/s).
 Có độ an toàn, bảo mật cao.
 Tuổi thọ dài.
 Có thể triển khai trong nhiều địa hình khác nhau.
 Không bị rò rỉ tín hiệu và dễ kéo dài khi cần.


Ưu-nhược điểm cơ bản của cáp
quang
Ưu điểm
-Độ

tổn hao thấp nên cần ít
repeater.
-Dễ lắp đặt và bảo dưỡng.
-Dải thông lớn, truyền
được nhiều ứng dụng.
-Tốc độ cao (565 Mb/s).
-Chống nhiễu cao.
-Tính bảo mật cao.

Nhược điểm
-Chi phí lắp đặt cao

-Khó đấu nối
-Khó sửa chữa nếu bị đứt
cáp
-Khó thể lắp đặt theo
những đường gấp khúc.


1.3 Các định luật cơ bản
Đặc tính truyền:
Ánh sáng truyền trong sợi quang có 3 đặc tính cơ bản là truyền
thẳng, phản xạ và khúc xạ.
Sự truyền thẳng là ánh sáng được truyền trong môi trường
đồng nhất, tia sáng đi theo đường thẳng, không bị gấp khúc.
Hiện tượng khúc xạ:
Ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường
có chiết suất nhỏ sẽ bị thay đổi hướng truyền tại mặt phân cách
giữa hai môi trường.

Hiện tượng phản xạ:
Là hiện tượng tia sáng quay trở lại môi trường của tia tới
khi gặp mặt phân cách giữa hai môi trường có chiết
suất khác nhau.


1.3 Các định luật cơ bản
Nguyên lý truyền:
Tùy theo góc ánh sáng đi vào cáp quang mà ta có
những hướng đi của ánh sáng trong cáp quang khác
nhau.
Những tia sáng đi vào tâm của sợi quang với những góc

tới nhỏ thì dường như đi theo một đường thẳng dọc
theo trục sợi quang.


1.3 Các định luật cơ bản
Nguyên lý truyền:
Những tia sáng đi vào sợi quang với góc tới lớn hơn thì
thường đi theo lộ trình phản xạ nhiều lần, đường đi
dài hơn và chậm hơn.
Tùy theo góc tới mà tia sáng bị suy hao nhiều hay ít. Tia
có góc tới nhỏ nhất ít bị suy hao nhất vì ít bị phản xạ
hơn.


Tóm lại:
-Thông tin quang là hệ thống mà thông tin được truyền ở
dạng tín hiệu quang thay vì ở dạng xung điện.
-Là hệ thống có nhiều ưu điểm, được ứng dụng cho phát
triển các hệ thống thông tin hiện đại, tốc độ cao.
-Ánh sáng truyền trong sợi quang có 3 đặc tính cơ bản là
truyền thẳng, phản xạ và khúc xạ.
-Từ định luật khúc xạ ta chế tạo sợi quang có vỏ bọc có
chiết suất nhỏ hơn chết suất của lõi sợi quang.


2.Nguồn quang
2.1 Khái niệm
2.2 Yêu cầu kỹ thuật
2.3 Hai loại linh kiện phát quang

2.Nguồn quang
2.1 Khái niệm
- Linh kiÖn biÕn ®æi tõ tÝn hiÖu ®iÖn sang tÝn hiÖu
quang, ®­îc gäi lµ nguån quang.
- Linh kiÖn nµy cã nhiÖm vô ph¸t ra ¸nh s¸ng cã
c«ng suÊt tû lÖ víi dßng ®iÖn ch¹y qua nã.


2.Ngun quang
2.2 Yờu cu k thut
Bước sóng của ánh sáng phát ra:
Mức độ suy hao của ánh sáng truyền trên sợi quang
phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng. Có ba bước
sóng thông dụng là 850nm, 1300nm, 1550nm. Do đó
ánh sáng do nguồn quang phát ra cũng phải có bước
sóng phù hợp.
Thời gian chuyển:
Để có thể truyền được tín hiệu số có tốc độ bit càng cao thì
thời gian chuyển trạng thái của nguồn quang phải càng
nhanh.


2.Ngun quang
2.2 Yờu cu k thut
Công suất phát:
Cự ly thông tin phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó công
suất phát của nguồn quang là một trong những yếu tố
chính. Công suất phát càng lớn(trong gii hn cho phộp)
thì cự ly thông tin càng xa.

Độ rộng phổ:
nh sáng mà nguồn quang thực tế phát ra không phải là
chỉ có một bước sóng duy nhất mà gồm một khoảng bước
sóng. Khoảng sóng này càng rộng thì độ tán sắc chất liệu
càng lớn do đó làm hạn chế dải thông của tuyến truyền
dẫn quang. Như vậy độ rộng phổ của nguồn quang càng
hẹp càng tốt.


2.Ngun quang
2.2 Yờu cu k thut
Góc ti ánh sáng:
Như ta đã biết đường kính lõi của sợi quang rất nhỏ
nếu kích thước của nguồn quang lớn và góc phong
ánh sáng rộng và công suất phát quang vào được lõi
sẽ rất thấp. Do đó nguồn quang có vùng phát sáng và
góc phát sáng càng hẹp càng tốt.
Độ ổn định:
Công suất quang mà các nguồn quang thực tế phát ra ít nhiều
phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, thời gian sử dụng và đôi
khi còn phụ thuộc vào cường độ sáng xung quanh. Vì vậy
công suất do nguồn quang phát ra càng ổn định càng tốt.
Thời gian sử dụng lâu.


2.Nguồn quang
2.3 Hai loại linh kiện phát quang :
Diod phát quang ( LED )

Diod laser ( LD )

Có công suất phát xạ thấp (vài mW)

công suất phát xạ cao(vài chục mW)

Thường được sử dụng cho truyền
quang cự ly ngắn và truyền trên cáp
quang đa mode

Thường được sử dụng cho các thiết
bị đồng trục

Chủ yếu là các hệ thống thông tin
quang có tốc độ bit nhỏ hơn hoặc
bằng100Mbit/s

Chủ yếu là các hệ thống thông tin
quang có tốc độ bit lớn
hơn100Mbit/s

Dễ chế tạo,rẻ tiền

Khó chế tạo,chi phí cao


3. Tách sóng quang
3.1 Khái niệm
3.2 Yêu cầu kỹ thuật
3.3 Các linh kiện tách sóng quang
3.4 Các thông số kĩ thuật

3.5 So sánh đặc tính kĩ thuật của PIN và APD


3. Tỏch súng quang
3.1 Khỏi nim
- Linh kiện biến đổi tín hiệu quang sang tín hiệu
điện, còn gọi là linh kiện tách sóng quang (hay linh
kiện thu quang).
- Linh kiện này có nhiệm vụ ngược lại so với
nguồn quang , tức là tạo ra dòng điện tỷ lệ với
công suất quang chiếu vào nó.


3. Tỏch súng quang
3.2 Yờu cu k thut
Bước sóng:
Nhạy đối với bước sóng hoạt động của hệ thống
Độ nhạy:
Có độ nhạy càng cao(trong gii hn cho phộp) càng tốt. Tức là
khả năng tách được các tín hiệu quang thật nhỏ với số lỗi
(BER) trong phạm vi cho phép. Linh kiện tách sóng quang
càng nhạy thì càng có khả năng nới rộng cự ly thông tin.


3. Tỏch súng quang
3.2 Yờu cu k thut
Phn ứng nhanh:
Để có thể làm việc trong hệ thống có tốc độ bit cao
Dòng tối:
Khi chưa có ánh sáng chiếu vào nhưng linh kiện

tách sóng quang vẫn có dòng điện tách sóng nhiễu
chạy qua. Dòng điện này càng nhỏ càng tốt.
Tạp âm:
Có tạp âm càng thấp càng tốt(trong gii hn cho phộp) để
đảm bảo tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N).
Độ tin cậy cao.


3. Tỏch súng quang
3.3 Cỏc linh kin tỏch sóng quang
- PIN: loại diode thu quang gồm ba lớp bán dẫn P,I và N.
Trong đó P và N là hai lớp bán dẫn có pha tạp chất còn I
(Intrinsic) không pha tạp chất hoặc pha với nồng độ rất thấp.
- APD (Avalanche Photo Diode): Diode thu quang có độ nhạy
và tốc độ cao.
Ngoài ra còn có transistor quang (Phototransistor) có khả năng
biến đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện nhưng có thời gian đáp
ứng chậm nên ít được sử dụng. Nếu có cũng chỉ xuất hiện trong
các hệ thống có cự ly ngắn và tốc độ chậm.
Các linh kiện tách sóng quang hoạt động theo nguyên tắc của một
tiếp giáp PN phân cực ngược.


3. Tỏch súng quang
3.4 Nhng thụng s c bn
Hiệu suất lượng tử:
Hiệu suất lượng tử được tính bởi tỷ số lượng điện tử tách ra và số
photon được hấp thụ.

n

=n e
ph

Trong đó:
: Hiu sut lượng tử
nph : số lượng photon hấp thụ
ne : số lượng điện tử tách ra
Giá trị lớn nhất của là 1, tức là một photon được hấp thụ sẽ làm
bức xạ nhiều nhất một cặp điện tử và lỗ trống. Thông thường
nhỏ hơn 1 và được tính theo phần trăm (%). Trong những trường
hợp đặc biệt (có hiệu ứng nhân) một photon được hấp thụ có thể
làm phát sinh nhiều điện tử.


3. Tách sóng quang
3.4 Những thông số cơ bản
§¸p øng:
§¸p øng cña linh kiÖn t¸ch sãng quang lµ tû sè cña
dßng ®iÖn sinh ra vµ c«ng suÊt quang ®­a vµo.

Ie
ne .e −
R=
=
Popt n ph .hV
Trong ®ã:
R: §¸p øng
Ie: Dßng quang ®iÖn
Popt: c«ng suÊt quang
T¹p ©m:

Tạp ©m trong c¸c linh kiÖn thu quang ®­îc thÓ
hiÖn d­íi d¹ng dßng ®iÖn t¹p ©m.