khảo sát tín hiệu đa mode opti system

cách sử dụng phần mềm opti system dành cho các bạn sinh viên điện tử viễn thông

MỤC LỤC Trang DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang DANH MỤC BẢNG Trang LỜI NĨI ĐẦU Mơn học sở kỹ thuật thông tin quang môn học cảm thấy đánh giá hay mơn học nhằm giúp sinh viên học Điện Tử Viễn Thông phải biết viễn thông thông tin truyền lượng ánh sáng cáp mạng nguyên lý hoạt động sợi quang… Đề tài đề cập đến khảo sát sợi đa mode phần mềm OptiSystem để hiểu rõ lý thuyết với thực hành khác điểm ví dụ laser truyền nhận nào, khoảng cách truyền từ điểm A đến điểm B suy hao ngày hôm đề cập đến cho người đọc dễ hiểu nguyên lý hoạt động sợi đa mode Trong q trình thực khơng thể tránh khỏi sai sót người đọc góp ý để cải thiện làm Tôi xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÁC KHỐI TRONG OPTI SYSTEM Khái niệm mode Một mode sóng trạng thái truyền ổn định ánh sáng sợi quang Khi truyền sợi quang, ánh sáng theo nhiều đường, trạng thái truyền ổn định đường gọi mode sóng Có thể hình dung gần mode ứng với tia sáng Chúng ta dùng từ bậc (order) để mode Quy tắc sau: góc lan truyền mode nhỏ bậc mode thấp Rõ ràng mode lan truyền dọc theo trục trung tâm sợi quang mode bậc mode với góc lan truyền góc tới hạn mode bậc cao sợi quang Mode bậc gọi mode Ðặc điểm sợi đa mode truyền đồng thời nhiều mode sóng Những cơng cụ Opti System Thư viện thành phần đa chế độ OptiSystem cho phép mô liên kết với tín hiệu đa chế độ nguồn truyền quang khơng gian  Có hai loại thành phần thư viện: o Nguồn máy phát quang không gian o Máy phát chế độ ngang  Tên từ khóa OptiSystem nguồn máy phát quang không gian Bảng 1: Nguồn quang không gian máy phát xung Tên Thành Phần Spatial Cw Laser Thư Mục Transmitters Library/Optical Sources Spatial Laser Rate Equations Transmitters Library/Optical Sources Spatial LED Transmitters Library/Optical Sources Spatial VCSEL Transmitters Library/Optical Sources Spatial Optical Gaussian Pulse Generator Spatial Optical Impulse Generator Spatial Optical Sech Pulse Generator Spatial Optical Transmitter Transmitters Library/Pulse Generators/Optical Transmitters Library/Pulse Generators/Optical Transmitters Library/Pulse Generators/Optical Transmitters Library/Optical Transmitters Ký Hiệu Được trích dẫn trang 19 tài liệu Kỹ thuật thông tin quang 1, Hà Nội: Nxb Học viện cơng nghệ bưu Viễn Thơng, 2009  Tên từ khóa OptiSystem máy phát chế độ ngang Bảng 2: Máy phát chế độ ngang Tên Thành Phần Multimode Generator Thư Mục Transmitters Library/Multimode Laguerre Transverse Mode Generator Transmitters Library/Multimode Hermite Transverse Mode Generator Transmitters Library/Multimode Donuut Transverse Mode Generator Transmitters Library/Multimode Measured Transverse Mode Generator Transmitters Library/Multimode Ký Hiệu Từ thành phần bảng ta xây dựng hệ thống khảo sát đa mode mà theo ý muốn tiếp tục với chương trình đón tiếp chương CHƯƠNG II: CÁC THÀNH PHẦN ĐỂ THIẾT LẬP CHỨC NĂNG Thiết lập tham số Mơ đa mode có tham số bổ sung xác định cửa sổ khơng gian cho việc cấu hình chế độ ngang Các tham số chiều rộng không gian XY khoảng cách lưới XY thiết lập sẵn cửa sổ tham số chung hình Nhưng lần khảo sát tơi cho giá trị khơng gian XY để thích hợp q trình phát, mục địch zoom to nhỏ giá trị để xem rõ Hình 1:Hiệu ứng không gian Thay đổi tham số Bit Rate tùy chọn mà ta cần yêu cầu khảo sát tham số cửa sổ thời gian (Time window) Hình 2: Tham số mô Thiết lập hệ thống sử dụng đa mode 2.1 Khảo sát máy phát đa mode Các hệ thống việc chọn công cụ kéo thả hình có cơng cụ đó, ví dụ máy phát đa mode hình dưới: Hình 3: Máy phát đa mode Hiệu ứng khơng gian có sẵn cho tất nguồn quang không gian, phát tạo xung cho thành phần tạo chế độ ngang - Chức khối: o CW Laser: đóng vai trị phát laser truyền quang o Multimode Generator: máy phát đa mode có nghĩa nhận tín hiệu từ laser xong truyền khơng gian từ đến spatial visualizer o Spatial visualizer: hiển thị khơng gian cịn gọi để biết kết tín hiệu truyền Một tham số hiệu ứng không gian mảng tỷ lệ công suất, mảng danh sách chuỗi với tỷ lệ công suất cho chế độ  Thiết lập Multimode Generator sau: Hình 4: Thay đổi số lượng tỷ lệ công suất o Chọn vào khối Multimode có dịng Power ratio array cho giá trị để phù hợp với tài liệu tham khảo o Điều chỉnh kích thước tín hiệu thay đổi Pol.X spot size giá trị mặc định máy nên không thay đổi o Đối với Pol X LP index array nhập thơng số 00, 22, 03, 13 Điều có nghĩa tạo đa mode tạo chế độ không gian cho phân cực Tỷ lệ công suất chế độ 1, 2, 3, tất tổng có nghĩa 100% công xuất đầu vào 2.2 Mô kết Để chạy mơ bấm Ctrl + F5 để thực mô chọn nút Play chương trình chạy để kiểm tra có sai sót q trình làm Hiển thị kết sau: Ta chọn phân cực XY, định dạng (cực hình chữ nhật) đồ thị (cơng suất, pha, phần thực ảo) Hình 5: Đây tín hiệu Mode Có lẽ tín hiệu mode giống cầu theo cách suy nghĩ tơi tín hiệu mode gần giống với lý thuyết, với tín hiệu truyền lõi Từ mơ tơi nghĩ màu sắc hình có đặc trưng riêng như: o Màu đỏ: Có nghĩa trục định nghĩa tia sáng lan truyền dọc theo trục trung tâm sợi cáp quang, thời gian tia sáng lan truyền sợi quang từ A đến B nhanh o Màu vàng: Chế độ cấp thấp nhìn độ rộng nhỏ tia sáng lan truyền sợi cáp quang có số lần phản xạ ít, thời gian tia sáng lan truyền sợi quang từ A đến B nhanh tia sáng chế độ cấp cao o Màu xanh nhạt: Có lẽ chế độ cấp cao động rộng lớn lõi màu vàng tia sáng lan truyền sợi cáp quang có số lần phản xạ lớn thời gian tia sáng lan truyền sợi quang từ A đến B lâu so với tia sáng chế độ cấp thấp Hình 6: Tín hiệu SUM tín hiệu Weighted Tại lại có tín hiệu Sum cịn gọi tín hiệu tổng mày sắc tương tự giải thích điều đáng thấy tín hiệu bị thu nhỏ lại tín hiệu có giao thoa phát trục X hình bị méo tín hiệu khơng hình cầu Ở kết nhận thấy tín hiệu trục bị nhỏ lại dạng tín hiệu bị thu nhỏ lại có hiển thị giao thoa ngồi tín hiệu, theo cách nghĩ tơi có kết hợp dạng tín hiệu Mode với Sum lại hiển thị tín hiệu tín hiệu Mode có dạng hình cầu lại khơng có giao thoa, cịn tín hiệu Sum có giao thoa hình cầu bị méo dạng tín hiệu Weighted kết hợp dạng (dịch thuật ngữ Weighted có trọng lượng) Tiếp tục việc khảo sát tín hiệu Mode number thử kiểm tra giá trị 0, 1, 2, đặt chế độ mode, kiểm tra tín hiệu a) b) c) d) - Chú thích: o Hình a giá trị tương ứng ta cho Laguerre Gaussian [0 0] o Hình b giá trị tương ứng ta cho Laguerre Gaussian [2 2] o Hình c giá trị tương ứng ta cho Laguerre Gaussian [0 3] o Hình d giá trị tương ứng ta cho Laguerre Gaussian [1 3] Nhưng ban đầu cho mảng có giá trị chạy từ đến qua hiển thị hình màu xanh tất nhiên khơng có giá trị, giá trị thay đổi có dạng tín hiệu khác giá trị hiển thị 10 Mô quét 10 lần lần cho giá trị tham số X shift, kết thúc q trình tính tốn duyệt qua kết cách chọn lặp lại quét xem kết thay đổi Q factor so với X cách sử dụng trang báo cáo Hình 21: Thiết lập tham số quét từ đến 20 - Chạy mơ kết có sau: 22 Hình 22: Sơ đồ mắt bị biến dạng quét từ đến 20 - Theo tơi đề cập sử dụng dạng báo cáo để xem biểu đồ - Đầu tiên chọn Report kéo thả biểu đồ 2D vào báo cáo cần tạo Hình 23: Chọn sang dạng báo cáo Ví dụ ta xét tham số Spatial connector kéo thả tham số X sang trục X đồ thị chọn phân tích BER kéo thả kết tối đa hệ số Q vào trục Y hình 25, 26 23 Hình 24: Dạng báo cáo trục Y hệ số Q Như hình 24 ta thấy giá trị Q giảm điều trường quang học bị dịch chuyển vùng hoạt động tách sóng quang, có tâm (0,0) với chiều rộng Chúng ta đạt kết tương tự cách thay đổi chiều rộng vùng hoạt động Đối với spatial connector thay đổi chế độ tham số X chuyển thành Normal đặt giá trị 24 Hình 25: Dạng trục X Spatial Connector Bộ thu thay đổi chế độ tham số Width thành Sweep ta thiết lập tham số từ đến ,và kết thiết lập tương tự không đề cập đến Sợi đa mode liên kết Có sợi đa mode có sẵn thư viện thành phần để tính đến đặc tính khơng gian, việc ghép truyền nguồn sợi quang đa mode Sợi quang đa mode với cấu hình số khúc xạ người dùng xác định giải điều chế số, mơ hình thứ hai sợi số phân cấp với số Parabol, sử dụng giải điều chế phân tích Bảng 5: Sợi đa mode Thành Phần Thư Mục Measured-Index Multimode Fiber Optical Fibers Library/Multimode Parabolic-Index Multimode Fiber Optical Fibers Library/Multimode 7.1 Thiết lập hệ thống 25 Ký Hiệu Hình 26: Liên kết sợi quang đa mode - Chức khối: o Parabolic-Index Multimode Fiber: số sợi quang đa mode có nghĩa để khảo sát khoảng cách truyền độ suy hao sợi - Thiết lập tham số giữ nguyên trạng thái hệ thống hình 19 Thêm khối “Parabolic-Index Multimode Fiber” thiết lập chiều dài dây 1km suy hao 0.5dB/km - Chạy mô kết đồ thị mắt sau: Hình 27: Kết có thêm Parabolic-Index Multimode Fiber 26 Những kết hiển thị hình 27 Đồ thị mắt phương tiện trực quan, xác định nhanh chóng liệu có vấn đề tồn vẹn tín hiệu hay khơng trước chuyển sang phân tích chi tiết A B Hình 28: Miền thời gian sau trước khối Parabolic-Index Cịn hình 28 miền thời gian hình A miền thời gian trước Parabolic - Index Multimode Fiber chưa qua khảo sát tín hiệu dạng xung vng qua Parabolic - Index Multimode Fiber tín hiệu đầu bị thay đổi khơng cịn xung vng mà bị suy hao đường truyền làm tín hiệu biến dạng 7.2 Tính tốn chất sợi Tham số sợi quang đa mode Parabolic – Index bán kính lõi, liên kết tơi sử dụng sợi Để đánh giá đặc tính sợi chẳng hạn số hiệu sợi độ trễ nhóm số chế độ ta tính tốn đặc tính sợi trước RUNNING Đối với sợi bật chế độ tham số tính tốn đồ thị, thao tác tính tốn biểu đồ cấu hình khơng gian cho chế độ riêng lẻ Sau nhấn OK chế độ tính tốn số chế độ, đồ thị xun tâm khơng gian tính tốn nội 7.3 Các đặc tính sợi 27 Để xem đồ thị từ sợi quang đa mode ta chuyển sang dạng Report bên thư mục Project Browser có dãy cơng cụ lựa chọn họa hình 25, 26 Bằng nhấn vào tên đồ thị thấy đồ thị cho đặc tính sợi khác Hình 29: Đồ thị sợi quang đa mode từ dạng dự • Ví dụ, hình 31 trình bày đồ thị cấu hình số khúc xạ 28 Hình 30: Cấu hình số khúc xạ cho sợi Parabol - Như phần 5.2 tơi có đặt thơng số bán kính lõi dây theo đường cong xuống ngang mức 29 giá trị xuất dừng lại trở Hình 31: Đồ thị số mode cho sợi parabol Như hình 31 tơi cho dạng tối giản cịn khơng cịn có cách xem rõ kích vào khối mà muốn biết xem đồ thị điều dẫn đến trở ngại so sánh kéo 2D Gragh để dạng xem nhiều Đồ thị Effective index dạng có hình cưa số mode giảm dần Bên cạnh Group delay số mode lại tăng dần đồng nghĩa nhóm độ trễ tăng dần lên bên Effective index giảm xuống Mảng số có [m, n] dạng m giá trị chạy từ đến 20 cịn bên n qt 10 lần tơi nghĩ Như hình 32 dạng kích vào để xem hiển thị đồ thị rõ ràng dễ quan sát để hiểu vấn đề sợi đa mode 30 Hình 32: So sánh cách xem chế độ khác Hình 33: Biểu đồ 3D Gragh dạng Phase Hình 34 hiển thị dạng 3D phase phần tơi chưa hiểu học kỳ tới vào chuyên ngành môn thông tin quang nghĩ lúc hiểu chất 31 Hình 34: Đồ thị cấu hình khơng gian Các đồ thị sợi tính tốn người sử dụng cần nhấn OK hộp thoại thành phần sau tính tốn liên kết - Báo cáo tính tốn sợi quang đa mode sau: Hình 35: Báo cáo tính tốn sợi quang đa mode Phần trình bày hình 36 xem dạng báo cáo tính tốn sợi quang hiển thị thơng số tính tốn độ trễ, pha sợi… thứ tự sợi có thơng số có thách thức khác vị trí với truyền 32 CHƯƠNG III: KẾT LUẬN Trong trình học thầy Phước đề cập đến loại sợi mode hôm nhận đề tài sợi quang đa mode khảo sát phần mềm mô để hiểu chất sợi đa mode truyền nào, dạng tín hiệu có lẽ tơi hiểu khoảng 90% cấu trúc sợi đa mode trình đọc tài liệu để khảo sát tơi lại nhận kiến thức khác kỹ sử dụng phần mềm có lẽ nâng cao lên lỗi sai nhiều chỉnh sửa nhiều lần nên hiểu phần mềm OptiSystem này, mong học kỳ tới vào chuyên ngành gặp phần mềm thêm vài lần để khảo sát mô thực tế chức môn học thông tin quang Tuy lý thuyết sợi đa mode ổn định xác với mơ tơi nghĩ vậy, với tùy theo cách tính tốn thơng số có lẽ dễ hiểu Trong q trình thực khơng thể tránh khỏi sai sót người đọc góp ý để cải thiện làm Tôi xin chân thành cảm ơn! 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] L Q C TS, Kỹ thuật thông tin quang 1, Hà Nội: Nxb Học viện cơng nghệ bưu Viễn Thông, 2009 Tiếng Anh: [1] Optiwave, Optical Communication System Design Software, Japan, 2014 34 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA ĐIỆN, ĐIỆN TỬ VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU ĐÁNH GIÁ TIỂU LUẬN HỌC KỲ: II NĂM HỌC: 2021 - 2022 Cán chấm thi Cán chấm thi Nhận xét: Nhận xét: Điểm đánh giá CBChT1: Điểm đánh giá CBChT2: Bằng số: Bằng số: Bằng chữ: Bằng chữ: Điểm kết luận: Bằng số .Bằng chữ: Thừa Thiên Huế, ngày …… tháng …… năm 20… 35 CBChT1 CBChT2 (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) 36 ... thuật thơng tin quang môn học cảm thấy đánh giá hay mơn học nhằm giúp sinh viên học Điện Tử Viễn Thông phải biết viễn thông thông tin truyền lượng ánh sáng cáp mạng nguyên lý hoạt động sợi quang? ??... truyền quang khơng gian  Có hai loại thành phần thư viện: o Nguồn máy phát quang không gian o Máy phát chế độ ngang  Tên từ khóa OptiSystem nguồn máy phát quang không gian Bảng 1: Nguồn quang. .. theo trục trung tâm sợi cáp quang, thời gian tia sáng lan truyền sợi quang từ A đến B nhanh o Màu vàng: Chế độ cấp thấp nhìn độ rộng nhỏ tia sáng lan truyền sợi cáp quang có số lần phản xạ ít,