ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỘ TÁCH GHÉP BA BƯỚC SÓNG 1310nm1490nm1550nm SỬ DỤNG ỐNG DẪN SÓNG SILIC ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập Tự do Hạnh phúc NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I Thông tin chung 1 Họ và tên SV Trần Quốc Tuấn Số thẻ SV 106150151 Lớp 15DT2 Nguyễn Duy Khánh Số thẻ SV 106150108 Lớp 15DT2 2 Tên đề tài Thiết kế bộ tách ghép ba bước sóng 1310nm1490n.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ TÁCH GHÉP BA BƯỚC SÓNG 1310nm/1490nm/1550nm SỬ DỤNG ỐNG DẪN SÓNG SILIC ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I Thơng tin chung Họ tên SV: Trần Quốc Tuấn Nguyễn Duy Khánh Số thẻ SV: 106150151 Lớp: 15DT2 Số thẻ SV: 106150108 Lớp: 15DT2 Tên đề tài: Thiết kế tách ghép ba bước sóng 1310nm/1490nm/1550nm sử dụng ống dẫn sóng Silic Người hướng dẫn: Nguyễn Tấn Hưng Võ Duy Phúc Học hàm/ học vị: Phó giáo sư, Tiến sĩ Học hàm/ học vị: Tiến sĩ II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp: Về tính cấp thiết, tính mới, khả ứng dụng đề tài: (điểm tối đa 2đ) ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Về kết giải nội dụng nhiệm vụ yêu cầu đồ án: (điểm tối đa 4đ) ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Về hình thức, cấu trúc, bố cục đồ án tốt nghiệp: (điểm tối đa 2đ) ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Đề tài có giá trị khoa học/ có báo/ giải vấn đề đặt doanh nghiệp nhà trường: (điểm tối đa 1đ) ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… III Tinh thần, thái độ làm việc sinh viên: (điểm tối đa 1) ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… IV Đánh giá: Điểm đánh giá: ……… /10 ( lấy đến số lẻ thập phân) Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không bảo vệ Đà Nẵng, ngày tháng năm 2020 Người hướng dẫn ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP STT Họ tên sinh viên Mã số sinh viên Lớp Ngành Trần Quốc Tuấn 106150151 15DT2 Điện Tử-Viễn Thông Nguyễn Duy Khánh 106150108 15DT2 Điện Tử-Viễn Thông Tên đồ án : “Thiết kế tách ghép ba bước sóng 1310nm/1490nm/1550nm sử dụng ống dẫn sóng Silic” Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Sử dụng cấu trúc Rib/Ridge với lớp SiO2 có chiết suất 1.44 lớp dẫn sóng Si có chiết suất 3.45 Bộ chia cơng suất bao gồm thành phần: - Bộ giao thoa đa mode MMI - Bộ ghép định hướng Nội dung phần thuyết minh tính tốn: ➢ Phần chung STT Họ tên Trần Quốc Tuấn Nguyễn Duy Khánh Nội dung - Tìm hiểu cấu trúc, tính chất vật liệu làm nên ống dẫn sóng - Tìm hiểu lý thuyết truyền ánh sáng sợi quang ➢ Phần riêng STT Họ tên Nguyễn Duy Khánh Nội dung - Tìm hiểu định lý Maxwell liên quan đến truyền ánh sáng Cấu trúc, tính chất đặc tính ống dẫn sóng quang - Tìm hiểu giao thoa đa mode MMI, chế giao thoa đa mode MMI Trần Quốc Tuấn - Tìm hiểu ghép định hướng - Tìm hiểu tính tốn suy hao - Tìm hiểu WDM, FTTH, ứng dụng vai trò Triplexer Các vẽ, đồ thị (ghi rõ loại kích thước vẽ) ➢ Phần chung STT Họ tên Nguyễn Duy Khánh Trần Quốc Tuấn Nội dung - Chạy mô tối ưu hóa thiết kế - Lấy kết tính toán ➢ Phần riêng STT Họ tên Trần Quốc Tuấn Nội dung -Vẽ Triplexer dựa ghép giao thoa đa mode 2x2 hình cánh bướm ghép định hướng Nguyễn Duy Khánh -Vẽ Triplexer dựa dựa phân tầng hai ghép giao thoa đa mode 2x2 hình cánh bướm (MMI 2×2) Họ tên người hướng dẫn: PGS TS NGUYỄN TẤN HƯNG TS VÕ DUY PHÚC Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 07/ 09 /2020 Ngày hoàn thành đồ án: 03/ 12 /2020 Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2020 Trưởng Bộ môn Kỹ thuật Viễn Thơng Người hướng dẫn TĨM TẮT Tên đề tài : Thiết kế tách ghép ba bước sóng 1310nm/1490nm/1550nm sử dụng ống dẫn sóng Silic Sinh viên thực hiện: Trần Quốc Tuấn_106150151 Nguyễn Duy Khánh_106150108 Lớp: 15DT2 Lớp: 15DT2 Thông tin sợi quang thành tựu bật người kỷ trước, cung cấp giải pháp hữu hiệu cho vấn đề truyền tải thông tin Sự đời mạng Internet mang lại lợi ích to lớn cho tri thức, nhu cầu trao đổi, lưu trữ xử lý thông tin người Với bùng nổ dịch vụ số liệu Internet, nhu cầu băng thông phát triển với tốc độ nhanh Để đáp ứng nhu cầu này, công nghệ truyền dẫn theo phương thức ghép kênh phân chia theo bước sóng quang –WDM (wavelength division multiplexing) có khả ghép nhiều bước sóng sợi quang đáp ứng nhu cầu phát triển nhanh dịch vụ tryền số liệu dịch vụ video, dịch vụ cáp sợi quang đến hộ gia đình – FTTH (Fiber to the home) hay mạng truy nhập quang thụ động – PON (Passive optical network) khác Hơn nữa, với phát triển khuếch đại quang tạo hệ thống thơng tin có cự ly truyền dẫn xa cho mạng quốc gia hay kết nối liên châu lục Vì nhóm chọn đề tài “Thiết kế tách ghép ba bước sóng 1310nm/1490nm/1550nm sử dụng ống dẫn sóng Silic” Để thực nội dung trên, đồ án trình bày thành bốn chương sau : Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG VÀ HỆ THỐNG CÁP QUANG ĐẾN TẬN NHÀ Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ỐNG DẪN SÓNG QUANG HỌC SILICON Chương 3: BỘ GIAO THOA ĐA MODE MMI VÀ BỘ GHÉP ĐỊNH HƯỚNG Chương 4: THIẾT KẾ BỘ TÁCH GHÉP BA BƯỚC SÓNG 1310nm/1490nm/1550nm SỬ DỤNG ỐNG DẪN SÓNG SILIC i LỜI NÓI ĐẦU Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS TS Nguyễn Tấn Hưng, TS Võ Duy Phúc Th.S Hồ Đức Tâm Linh tận tình dạy, quan tâm, nhiệt tình hướng dẫn để em hồn thành tốt đồ án Ngoài ra, em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện tử - Viễn thông trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng anh chị, bạn cung cấp cho em kiến thức, tài liệu tham khảo suốt thời gian làm đồ án Đà Nẵng, ngày … tháng… năm 2020 Sinh viên thực ii LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung đồ án “Thiết kế tách ghép ba bước sóng 1310nm/1490nm/1550nm sử dụng ống dẫn sóng Silic” khơng phải chép hoàn toàn đồ án có trước Nếu vi phạm, em xin chịu trách nhiệm trước hội đồng bảo vệ Đà Nẵng, ngày … tháng… năm 2020 Sinh viên thực iii MỤC LỤC NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÓM TẮT i LỜI NÓI ĐẦU ii LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC HÌNH ẢNH xi LỜI MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG VÀ HỆ THỐNG CÁP QUANG ĐẾN TẬN NHÀ 1.1 Giới thiệu chương 1.2 Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bước sóng .2 1.2.1 Mục đích 1.2.2 Ưu điểm WDM 1.3 Giới thiệu hệ thống cáp quang đến tận nhà FTTH 1.3.1 Sơ đồ hệ thống FTTH .4 1.3.2 Ưu điểm hệ thống 1.4 Bộ ghép kênh ba bước sóng mạng FTTH 1.4.1 Khái niệm ghép kênh ba bước sóng 1.4.2 Vai trị ghép kênh ba bước sóng 1.5 Kết luận chương .7 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ỐNG DẪN SÓNG QUANG HỌC 2.1 Giới thiệu chương 2.2 Cơ sở truyền ống dẫn sóng 2.3 Các mode lan truyền ống dẫn sóng 10 2.3.1 Giới thiệu ống dẫn sóng quang học điện môi 10 2.3.2 Ống dẫn sóng Silicon vật liệu cách điện 11 2.3.3 Các mode lan truyền ống dẫn sóng .11 2.3.3.1 Chế độ dẫn 12 2.3.3.2 Chế độ xạ lớp .13 iv Thiết kế tách ghép ba bước sóng 1310nm/1490nm/1550nm sử dụng ống dẫn sóng silic Ở m, n, p số nguyên dương m, n chẵn lẻ đôi một; L(πλ) nửa chiều dài phách bước sóng λ xác định phương pháp MPA sau: Lπ(λ)= Với : We = W + 2 n −n r c ( ) −0.5 4nrWe2 3λ (4.4) (cho TE mode) chiều rộng hiệu dụng ghép đa mode [13] Nửa chiều dài phách bước sóng 1310 nm, 1490 nm 1550 nm tính phương pháp truyền mode sau: 3Lπ(1310 nm) = 67.67 µm, 3Lπ(1490 nm) = 60.36 µm 3Lπ(1550 nm) = 58.3 µm Với nửa chiều dài phách dễ dàng thấy chiều dài ghép đa mode mà thỏa mãn điều kiện (4.3) lớn Do vậy, đồ án đề xuất tiếp cận cách thay đổi dạng hình học ghép đa mode từ dạng hình chữ nhật sang dạng hình cánh bướm tuyến tính Đồ án giới thiệu ghép đa mode 2×2 với dạng “cánh bướm” thay cho dạng hình chữ nhật truyền thống Giả sử nửa chiều dài phách ghép đa mode, độ rộng vùng đa mode xác định f.W, với f hệ số nhân dương (0