Công nghệ thông tin sợi quang sdh ng nghệ thông tin sợi quang sdh

Đồ án tốt nghiệp Công nghệ thông tin sợi quang & sdh LỜI NểI ĐẦU Chỳng ta bước vào kỷ 21 - kỷ nguyờn xó hội thụng tin đú, vai trũ thụng tin kiến thức trở thành yếu tố định thành cụng ngành, quốc gia Cụng nghệ điện tử - viễn thụng ngày cú vai trũ quan trọng lĩnh vực khoa học, kỹ thuật phục vụ đời sống ngwời Cựng với phỏt triển cỏc ngành khoa học khỏc, cụng nghệ điện tử - viễn thụng cú phỏt triển vượt bậc, nú thực mũi nhọn quan trọng cụng cụng nghiệp hoỏ đại hoỏ đất nước Trong cụng nghệ điện tử - viễn thụng kỹ thuật thụng tin cỏp sợi quang lĩnh vực cũn mẻ kết hợp thành tựu khoa học cụng nghệ tiờn tiến trờn giới Hiện kỹ thuật thụng tin cỏp sợi quang ứng dụng rộng rói trờn tồn giới Kỹ thuật thụng tin cỏp sợi quang cú thể tạo hệ thống truyền dẫn đa kờnh đồng thời từ lĩnh vực chuyển mạch điện tử chuyển sang chuyển mạch quang Kỹ thuật truyền dẫn SDH cú nhiều ưu so với kỹ thuật PDH trước đú Đú quỏ trỡnh ghộp kờnh đơn giản, linh hoạt giảm đỏng kể lượng thiết bị trờn -mạng Kỹ thuật SDH cung cấp cỏc giao diện tốc độ lớn cho cỏc dịch vụ tương lai đồng thời hoàn toàn tương thớch với giao diện PDH tồn SDH tạo cỏc khả quản lý tập trung thống làm thay đổi hoàn toàn quan niệm hệ thống trưúc đú Đợc giỳp đỡ tận tỡnh thầy giỏo Thỏi Vĩnh Hiển cựng với cố gắng thõn quỏ trỡnh thực nờn đồ ỏn em hồn thành Em xin chõn thành cảm ơn cỏc thầy, cụ giỏo trường giỳp đỡ em hồn thành cụng việc mỡnh Vỡ thời gian cú hạn chắn đồ ỏn em cũn nhiều thiếu sút Vậy em mong gúp bảo cỏc thầy, cụ cỏc bạn Hà Nội, ngày 10 thỏng 10 năm 2003 Sinh vin Nguyn Th Mnh Đồ án tốt nghiệp Công nghệ thông tin sợi quang & sdh PHN I CỄNG NGHỆ THỄNG TIN SỢI QUANG ****** CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT THỄNG TIN QUANG 1.1 Khỏi quỏt chung Từ xưa để thụng tin cho nhau, người biết sử dụng ỏnh sỏng để bỏo hiệu, qua thời gian dài phỏt triển lịch sử nhõn loại, cỏc hỡnh thức thụng tin ngày phỏt triển phong phỳ trở thành cỏc hỡnh thức thụng tin đại ngày Ở trỡnh độ phỏt triển thụng tin bậc cao cỏc hệ thống thụng tin quang lờn hỡnh thức thụng tin tiờn tiến bậc nhất, nú triển khai hầu hết trờn giới đủ cấu hỡnh linh hoạt cỏc cự ly tốc độ truyền dẫn khỏc nhau, đảm bảo chất lượng viễn thụng tốt 1.2 Cấu trỳc cỏc thành phần chớnh tuyến truyền dẫn quang Hệ thống thụng tin quang hệ thống truyền tin thụng qua sợi quang Tớn hiệu thụng tin chuyển thành ỏnh sỏng ỏnh sỏng truyền qua sợi quang Tại nơi nhận, ỏnh sỏng biến đổi trở lại thành thụng tin ban đầu T/h vào NTH T/h E/O PĐT O/E O/E SQ PĐT E/O NTH Hỡnh 1.1 Sơ đồ tổng quỏt hệ thống thụng tin quang - NTH: Nguồn tớn hiệu bao gồm tiếng, núi, hỡnh ảnh, số liệu, văn - PĐT: Phần đIện tử: nơI xử lý nguồn tin tạo cỏc tớn hiệu điện đưa vào cỏc hệ thống truyền dẫn - E/O: Bộ biến đổi điện quang gọi nguồn quang cú nhiệm vụ phỏt ỏnh sỏng cú cụng suất tỉ lệ với dũng điện chạy qua nú - SQ: Sợi quang để truyền ỏnh sỏng nhỡn thấu tia hồng ngoại - O/E:Bộ biến đổi quang điện gọi linh kiện tỏch súng quang (thu quang) nơi tiếp nhận ỏnh sỏng từ sợi quang đưa vào biến đổi thành tớn hiệu điện phỏt Chất lượng cỏc linh kiện biến đổi quang - điện, điện - quang chất lượng sợi quang định cự ly, dung lượng chất lượng toàn tuyến truyền dẫn quang Quỏ trỡnh chuyển tiếp tớn hiệu bị suy hao nờn phải cú cỏc trạm lắp, lực truyền dẫn hệ thống thụng tin quang truyền dẫn dải tần rộng khoảng cỏch trạm lặp lớn: Tham số quan trọng cỏp sợi quang §å án tốt nghiệp Công nghệ thông tin sợi quang & sdh định độ dài tuyến suy hao sợi quanh theo bước súng Đặc tuyến suy hao sợi quang theo bước súng tồn vựng mà đú cú suy hao thấp cỏc vựng cú bước súng gọi cửa sổ thứ nhất, thứ hai thứ ba tương ứng, cỏc hệ thống thụng tin quang chủ yếu hoạt động cửa sổ thứ hai ba vỡ suy hao cỏc cửa sổ nhỏ CHƯƠNG SỢI QUANG 2.1 Nguyờn lý phản xạ 2.1.1 Chiết suất mụi trường Chiết suất mụi trường suốt xỏc định tỷ số vận tốc ỏnh sỏng chõn khụng vận tốc ỏnh sỏng mi trng y Đồ án tốt nghiệp Công nghệ thông tin sợi quang & sdh n: chit sut ca mụi trường c: vận tốc ỏnh sỏng chõn khụng v: vận tốc ỏnh sỏng mụi trường n = c/v Vỡ v  c nờn n  Chiết suất khụng khớ n=1,00029 Chiết suất nước n=1,333 Chiết suất thuỷ tinh n=1,48 2.1.2 Nguyờn lý phản xạ toàn phần Nguyờn lý truyền dẫn ỏnh sỏng dựa vào tượng phản xạ toàn phần tia sỏng mặt phõn cỏch hai mụi trường, đú tia sỏng từ mụi trường cú chiết suất cao sang mụi trường cú chiết suất thấp P P (1)  n2 (2) n1 (2) n2 n1 T T (1) Vựng phản xạ toàn phần  Hỡnh 2.1 Nguyờn lý phản xạ toàn phần Cho tia sỏng từ mụi trường cú chiết suất n sang mụi trường cú chiết suất n2 (n1 > n2) Tia tới (tia1) hợp với phỏp tuyến P gúc  ( gúc tới) Khi tia sỏng sang mụi trường tia sỏng bị khỳc xạ, tia khỳc xạ hợp với phỏp tuyến gúc  ( gúc khỳc xạ) Theo định luật khỳc xạ Snell ta cú: n1 sin = n2 sin (1) Khi gúc  = T tức tia tới (1) dịch tới vị trớ (2) lỳc tia khỳc xạ khụng vào mụi trường mà song song với giải phõn cỏch mụi trường đú gúc khỳc xạ:  = T = 900 Theo (1) thỡ ta cú: SinT = n2 / n1 (vỡ sin = Sin 900 =1) Đồ án tốt nghiệp Công nghệ thông tin sợi quang & sdh Khi cho tia tới đến gúc tới  > T thỡ tia bị phản xạ mặt phõn cỏch trở lại mụi trường 1, gọi gúc T gúc tới hạn Độ lớn gúc tới hạn phụ thuộc vào độ lệch chiết suất hai mụi trường Điều kiện để cú phản xạ toàn phần là: - Cỏc tia sỏng phải từ mụi trường chiết quang (n1) sang mụi trường kộm chiết quang (n2) - Gúc tới lớn gúc tới hạn 2.1.3 Truyền ỏnh sỏng sợi quang Để dễ dàng nhận thấy quỏ trỡnh tiếp nhận truyền ỏnh sỏng sợi dẫn quang, ta xột cấu lan truyền ỏnh sỏng sợi dẫn quang đa mode cú số chiết suất phõn bậc vỡ kớch thước lừi sợi lớn nhiều so với bước súng ỏnh sỏng mà ta xột Để đơn giản ta xột tia sỏng đặc trưng thuộc loại tia tương hợp thể mode sợi Cú hai loại tia cú thể truyền sợi dẫn quang là:  Cỏc tia kinh tuyến cỏc tia xỏc định cỏc mặt phẳng kinh tuyến với trục sợi cú hai loại tia kinh tuyến là: - Tia biờn tia tồn lừi sợi truyền theo hướng dọc theo trục lừi sợi - Tia biờn tia khỳc xạ lừi sợi  Cỏc tia nghiờng cú số lượng nhiều gấp bội tia kinh tuyến nú khụng xỏc định mặt phẳng đơn nào, cỏc tia truyền theo đoạn xoắn ốc dọc theo sợi Cỏc tia cú đường dài thường bị suy hao lớn Nhỡn chung việc vào phõn tớch loại tia nghiờng khụng cần thiết vỡ nú khụng phản ỏnh cỏc tia lan truyền sợi Vỡ xem xột cỏc tia kinh tuyến cú ý nghĩa cho mục đớch Tuy nhiờn cỏc tia nghiờng gúp phần vào kết luận quỏ trỡnh tiếp nhận cỏc tia sỏng suy hao tớn hiệu sợi dẫn quang Cỏc tia kinh tuyến thể hỡnh xột cho loại sợi đa mode số chiết suất phõn bậc Vỏ n Chiết suất n Trục sợi Gúc tiếp 0 nhận tia khỳc xạ   vỏ n2 li n1 tia phn x Đồ án tốt nghiệp Công nghệ thông tin sợi quang & sdh Hnh 2.2 Tia kinh tuyến biểu quỏ trỡnh tiếp nhận lan truyền ỏnh sỏng sợi đa mode chiết suất phõn bậc Cỏc tia sỏng vào sợi dẫn quang từ mụi trường cú chiết suất n hợp với trục sợi gúc o Cỏc tia đập vào ranh giới vỏ lừi gúc  với phỏp tuyến ranh giới Nếu gúc  lớn gúc đú để đảm bảo tia đú bị phản xạ toàn phần thỡ tia kinh tuyến theo đường zich rắc dọc theo lừi sợi qua trục sợi sau lần phản xạ Theo định luật Snell thỡ gúc min tạo phản xạ toàn phần xỏc định: Sin min = n2/n1 (1) Như tia sỏng chạm vào ranh giới hai mụi trường với gúc nhỏ min bị khỳc xạ lừi sợi bị suy hao lớp vỏ phản xạ Điều kiện phương trỡnh (1) bị ràng buộc với gúc vào (gúc tiếp nhận) lớn omax theo phương trỡnh nSin θ 0max =n1 Sin θc = n21 −n22 √( ) (2) Trong đú : c gúc tới hạn Do cỏc tia cú gúc vào o < omax thỡ bị phản xạ toàn phần bờn ranh giới lừi vỏ sợi dẫn quang Phương trỡnh (2) xỏc định độ số NA sợi cú số chiết suất phõn bậc cỏc tia kinh tuyến NA=nSinθ0 max = (3) 2 √ ( n −n )≈n √2 Δ Với  khỏc số chiết suất lừi vỏ Sợi chiết suất phõn bậc thực tế n1=1,48 N2 thường chọn  vào khoảng 0,01 Cỏc giỏ trị nằm khoảng 13% sợi đa mode 0,21% sợi đơn mode Vế phải phương trỡnh giỏ trị cho cỏc trường hợp