Kỹ thuật đo lường các thông số của cáp quang

Đồ án tốt nghiệp sợi quang Hệ thống thông tin cáp Lời nói đầu Ngày việc phát triển mạng lới thông tin đà trở thành vấn đề quan trọng cấp bách Việt Nam nói riêng toàn giới nói chung nhằm phục vụ cho đòi hỏi sống ngời, trình đà nẩy ý nghĩ dần dẫn tới nghiên cứu có thành công kỹ thuật thông tin đà mở bớc ngoặt đáng kể Sự phát triển hệ thống thông tin quang mạng viễn thông đà tạo hiệu kinh tÕ viƯc sư dơng m«i trêng trun dÉn cho hệ thống hoạt động với tốc độ tối u HƯ thèng th«ng tin quang cã rÊt nhiỊu u điểm, bật băng tần truyền dẫn rộng Việt Nam, mạng viễn thông đà thực chủ trơng thẳng vào kỹ thuật tiên tiến nhất, nên giai đoạn đầu chiến lợc phát triển mạng, đề án sử dụng thông tin cáp quang chủ yếu chiếm vị trí quan trọng phơng diện nh cáp biến quốc tế, hệ thống đờng trục quốc gia nội hạt, ngành bu - viễn thông Chính phủ quan tâm ngành có vai trò quan trọng cấu hạ tầng sở kinh tế quốc dân, với việc lắp đặt hệ thống vi ba số, vệ tinh phóng vệ tinh nhân tạo (2003) hàng loạt tuyến truyền dẫn cáp quang đà trang bị đa vào khai thác tất trung tâm từ khu vực trung du miền núi đến huyện, tỉnh, thành cửa ngõ quốc tế Chính mà phải có công tác đào tạo, bồi dỡng đội ngũ kỹ thuật lĩnh vực quan trọng cấp thiết Đợc giúp đỡ tận tình hớng dẫn trực tiếp thầy Nguyễn Đức Thuận giảng thầy giáo, cô giáo trong trình học tập đà giúp em hoàn thành báo cáo nh sù hiĨu biÕt rÊt nhiỊu vỊ lÜnh vùc th«ng tin quang SV Nguyễn Lê Hiền Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang Qua em xin chân thành cảm ơn nhiệt thành thầy Nguyễn Đức Thuận thầy cô khoa điện tử - viễn thông bạn Do hiểu biết, thời gian có hạn lần làm báo cáo thực tập chắn không tránh khỏi sai sót vớng mắc, em mong đợc bảo thầy, cô bạn Chơng I Tổng quan hệ thống thông tin quang 1.1 Giới thiệu hệ thống thông tin cáp sợi quang Từ suy nghĩ thông tin quang đến trình nghiên cứu, đến có nhiều loại hình hệ thống thông tin Động thúc đẩy đời hệ thống thông tin nâng cao độ tin cậy truyền dẫn, tăng tốc độ truyền liệu để truyền đợc nhiều thông tin tăng khoảng cách truyền dẫn trạm lặp Trớc kỷ thứ XIX, tất hệ thống thông tin thuộc loại có tốc độ thấp bản, dới ánh sáng âm nh đèn tín hiệu hay kèn Một tuyến truyền dẫn ánh sáng đợc biết sớm sử dụng lửa ngời Hy Lạp kỷ trớc công nguyên để truyền tín hiệu báo động, lời cầu cứu hay thông báo kiện Vào năm 150 trớc công nguyên, tín hiệu nhìn thấy đợc mà hoá theo ký tự alphabet để sử dụng rộng rÃi phát tín hiệu tin Những cải tiến có đầy nghiên cứu nhng hạn chế công nghệ, nh tốc độ tuyến thông tin bị hạn chế sử dụng mắt ngời làm thiết bị thu, mà đòi hỏi tuyến truyền dẫn phải có tầm nhìn SV Nguyễn Lê Hiền Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang thẳng ảnh hởng sơng mù, ma nên làm cho tuyến truyền bị gián đoạn, nhiễu, không tin cậy, nên việc gửi thông tin sức ngời lại nhanh hiệu Sự phát minh điện báo Samuel F.B Morse đà mở kỷ nguyên thông tin - kỷ nguyên thông tin điện Dịch vụ điện báo thơng mại đợc sử dụng cáp đồng từ năm 1844 năm tiếp theo, công trình thông tin đà đợc mở rộng việc xây dựng tổng đài điện thoại vào năm 1878 năm 1887 phát xạ điện từ bớc sóng dài Năm 1895 ứng dụng xạ để truyền vô tuyến Trong hệ thống điện, liệu đợc truyền kênh thông tin cách chồng kênh thông tin lên sóng điện gọi sóng mang Tại phía thu thông tin đợc tách khỏi sóng mang sử lý theo ý muốn Lợng thông tin cần truyền liên quan trực tiếp đến dải tần sóng mang hoạt động Khuynh hớng việc phát triển hệ thống thông tin điện sử dụng tần số cao dần lên phải tăng độ rộng băng truyền dung lợng thông tin đợc tăng lên tơng ứng, dẫn đến đời vô tuyến truyền hình, đa tuyến vi ba Các phần tử hệ thống thông tin Nơi tín hiệu Thiết Nơi tín bị hiệu phátđi Môi trường truyền dẫn Thiết bị thu Đây nguyên lý thông tin nguyên thuỷ SV Nguyễn Lê Hiền Nơi tín hiệu đến Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang Theo sơ đồ tín hiệu cần truyền đợc phát vào môi trờng truyền dẫn, tơng ứng đầu thu thu lại tín hiệu cần truyền Nh vậy, tín hiệu đà đợc thông tin từ nơi gửi tín hiệu đến nơi nhận tín hiệu đến Đối với hệ thống thông tin quang môi trờng truyền dẫn dây sợi dẫn quang, thực truyền ánh sáng mang tín hiệu thông tin từ phía phát tới phía thu * Tiến trình phát triển hệ thống thông tin quang: Vào năm 1960, việc phát minh tia laser để làm nguồn phát quang sợi dẫn quang (nhng độ suy hao lớn lên tới 1.000dB/km) đà më mét thêi kú míi cã ý nghÜa lín kỹ thuật thông tin sử dụng dải tần số ánh sáng tạo đợc mô hình hệ thống có xu hớng linh hoạt Vào năm 1970, đà chế tạo thành công sợi thủy tinh có độ suy hao bÐ (20dB/km), cho ®Õn ®é suy hao đạt tới mức cực nhỏ 0,154dB/km bớc sóng 1500nm Giá trị suy hao gần đạt tới tính toán lý thuyết cho sợi đơn mode 0,14dB/km Cùng với công nghệ chế tạo nguồn phát quang thu quang, sợi dẫn quang đà tạo hệ thống thông tin quang với nhiều u điểm trội so với hệ thống thông tin cáp kim loại - Suy hao truyền dẫn nhỏ - Băng tần truyền dẫn lớn - Không bị ảnh hởng nhiễu điện từ - Có tính bảo mật tín hiệu thông tin - Kích thớc trọng lợng nhỏ - Sợi có tính cách điện tốt - Tin cậy linh hoạt - Sợi đợc chế tạo từ vật liệu có sẵn Nhờ mà đà đợc áp dụng rộng rÃi nhiều mạng lới nh tuyến đờng trục, trung kế, liên tỉnh, thuê bao, kéo dài cho SV Nguyễn Lê Hiền Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang việc truy nhập vào mạng thuê bao, đáp ứng yêu cầu từ nhà cấu hình thiết bị, tới xuyên lục địa, vợt đại dơng Các hệ thống thông tin quang phù hợp cho hệ thống tuyền dẫn số không loại trừ tín hiệu dới dạng ghép kênh Các tiêu chuẩn Bắc Mỹ - Châu Âu hay Nhật Bản hệ thống thông tin đà đợc ứng dụng rộng rÃi giới, chúng đáp ứng c¸c tÝn hiƯu analog hay digital cho phÐp trun dÉn tất tín hiệu dịch vụ băng hẹp băng rộng, đáp ứng yêu cầu mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN) Số lợng cáp đặt giới với số lợng lớn, đủ tốc độ truyền dẫn với cự ly khác nhau, cấu trúc mạng đa dạng, có nớc phát triển mạnh mẽ, lấy cáp quang làm môi trờng truyền dẫn mạnh mẽ mạng lới viễn thông * Sự phát triển hệ thống thông tin quang: BiĨu hiƯn qua H×nh HiƯu st cđa hƯ thèng Hệ thống Gbit/s;233km với k/đ Tách sóng trực tiếp Sợi đơn mode1550nm 1000 100 Sợi đơn mode Sợi đa mode1300nm 800nm SV Nguyễn Lê Hiền 10 Tách sóng kết hợp đơn mod 1550nm Gbit/s.km) 0.1 Đồ ¸n tèt nghiƯp HƯ thèng th«ng tin c¸p 1974 1976197819801982 1984 19861988 1990 sợi quang Các hệ thống hoạt động ë bíc sãng 1550nm cho møc suy hao thÊp nhng lại có mức tán xạ tín hiệu lớn bớc sóng 1300nm Vì mức tán xạ đợc khắc phục cách sử dụng sợi quang đợc chế tạo đặc biệt nên đà thu hút sù chó ý cđa tun trun dÉn díi biĨn vµ lục địa Cấu trúc thành phần tuyến truyền dẫn quang: Bộ nối T/h vào quang Mạch điều khiển Nguồn phát quang SV Nguyễn Lê Hiền Bộ chia quang T/h điện T/h quang Đồ án tốt nghiệp sợi quang Bộ lặp Máy thu quangHệ thống thông tin cáp Mạch điện Tới thiết bị khác Máy phát quang Bộ thu quang Khôi phục tín hiệu T/h Khuyếch đại quang Bộ khuyếch đại Hình Sợi đơn mode truyền mode, sợi đa mode có đờng kính Dk lớn, sợi đơn mode có đờng kính Dk nhỏ n2 SV Nguyễn Lê Hiền Sợi SI - MM n1 Đồ án tốt nghiệp sợi quang Hệ thống thông tin cáp (H.3a ) (H.3 b) (H.3 c) Nếu hiểu mode tia sáng thành phần đợc truyền dẫn sợi đa mode có nhiều tia đợc truyền dẫn theo đờng khác nhau, sợi đơn mode có mode đợc truyền tia chạy song song với trục sợi Nhìn chung, hệ thống thông tin quang hiƯn phï hỵp cho viƯc trun dÉn tín hiệu số SV Nguyễn Lê Hiền Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang Các thành phần tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi quang phần thu quang - Phần phát quang: đợc cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang mạch điều khiển liên kết với - Phần cáp sợi quang: gồm sợi dẫn quang lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ sợi khỏi bị tác động môi trờng bên - Phần thu quang: tách sóng quang mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành Ngoài có nối quang (connector) mối hàn chia quang trạm lặp 1.2 Cấu tạo thông số cáp sợi quang 1.2.1 Cấu tạo sợi quang: Sợi gồm lõi dẫn quang đặc có chiết suất n 1, bán kính a, đờng kÝnh Dk vµ líp vá cịng lµ vËt liƯu dÉn quang xung quang ruét cã chiÕt suÊt n2 (n2n2) vỏ, nên mặt phân cách vỏ, ruột chiết suất có bớc nhảy sợi GI-MM Chiết suất n ruột đạt giá trị lớn tâm ruột giảm dần mặt phân cách vỏ - ruột có giá trị n2 vỏ Sợi đơn mode đợc chế tạo loại sợi SI-MM, nh tạm chia sợi thành loại H.3a: Sợi đa mode chiết suất bậc SI-MM (Multi Modes) H.3b: Sợi đa mode chiết suất biến đổi GI-MM H.3c: Sợi đơn mode SI-MM (Single Mode) Sự biến đổi sợi có biểu qua: n(r) = n1[1-2(r/a)g]1/2 SV Nguyễn Lê Hiền 10 Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang ờng dây truyền qua sợi quang tới lặp đầu cuối phía thu Một cách nh hình 2.2 tín hiệu qua tái tạo nh lặp lại đờng dây Trong trình xử lý tín hiệu đà đợc khôi phục thành tín hiệu đơn cực Sau trình biển đổi mà đợc thực ngợc lại với biến đổi mà đờng đà thực phía phát cuối său biến đổi từ đơn cực sang lỡng cực tín hiệu điện thu đợc tín hiệu đầu vào phía phát 3.2 Lập truyền dẫn suy hao tín hiệu quang 3.2.1 Lập tái sinh Các xung đợc gửi vào cáp bị suy hao chịu ảnh hởng nhiều giao thoa Vì vậy, ngời ta phải đặt tái sinh vào điểm thích hợp tuyến để xung đà phải đợc nhận xác phía thu Các lập tái sinh phải thỏa mÃn ba chức dới để tái tạo lại xung giống nh xung phát mà không bị suy hao Tái tạo hình dáng (Reshaping) Tái tạo thời gian (Retiming) Phát lại (Regenerating) Các chức đợc gọi (3 chức R) Tái tạo lại dạng có nghĩa chức khuyếch đại xung đà bị suy hao biến dạng trở lại xung thể xác định có/không Tái tạo thời gian xác định vị trí trục thời gian Phát lại có nghĩa đo biên độ tín hiệu tạo lại xung vợt mức xác định SV Nguyễn Lê Hiền 80 Đồ án tốt nghiệp sợi quang Hệ thống thông tin cáp Mạch thời gian Trích tín hiệu thời Trích giantín hiệu thời gian Khuyếch đại cân Xác định Xác định Máy phát AGC Khuếch đại cân Hình 36 Cấu hình lặp tái tạo xung 3.2.2 Quá trình cân Mô hình tuyến truyền dẫn từ lặp tái sinh đến mạch định lặp tiếp Bộ khuếch đại cân đóng vai trò + Bù suy hao quang cáp + Đa tỷ số tín hiệu/tạp lên lớn điểm định, nhờ không gây định lỗi + Giảm nhỏ giao thoa ký hiệu 3.2.3 Tái tạo định thời tái sinh Việc xác định có mặt xung phải đợc thực xung quanh điểm xung nơi biên độ xung lớn Do tín hiệu định thời đợc lấy từ tín hiệu đà đợc cân việc tái tạo lại đợc thực hiƯn nhê sư dơng tÝn hiƯu thêi gian nµy lµm chn Trong trun dÉn sè, m· lìng cùc (cßn gäi xung lỡng cực SV Nguyễn Lê Hiền 81 Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang mà AMI) thờng đợc sử dụng so với mà đơn cực (xung không lỡng cực) loại mà có u điểm sau Phổ công suất thành phần dòng điện chiều chiếm băng tần hẹp Tuy nhiên thành phần tần số cần thiết để lấy tín hiệu định thời, mà đợc biến đổi thành dạng đơn cực cách đa qua mạch lọc trớc lấy tín hiệu định thời Mạch tái tạo lại xung biến đổi tín hiệu thời gian thành xung dạng dơng âm, sau biến thành định tín hiệu đà đợc cân 3.2.4 Tín hiệu nhiễu quang C¸c tÝn hiƯu quang ph¸t sau lan trun sợi quang bị suy hao méo dạng Thêm vào chúng bị ảnh hởng nhiễu mạch điện tử tác động biến đổi quang điện Bởi ảnh hởng suy giảm nhiễu tín hiệu quang lớn thông tin gốc bị (từ là"1" bị nhầm thành "0") nh chất lợng truyền dẫn theo yêu cầu điều kiện thiết để thiết kế hệ thống truyền dẫn nguyên nhân suy giảm cđa nã lµ u tè rÊt quan träng, nã qut định tới hoạt động hệ thống mối liêu hệ phải đợc phân tích cách kỹ lỡng Các nguyên nhân chủ yếu gây giảm chất lợng hệ thống truyền dẫn quang Các yếu tố đợc chia thành nhiễu, suy giảm dạng sóng * Nhiễu: vị trí + Nguồn sáng: có nhiễu lợng tử LD, nhiễu phản xạ (phản xạ từ sợi quang), nhiễu liên quan đến mode, nhiễu tự thăng giáng (suy giảm LD), nhiễu suy giảm tỷ số tắt + Sợi quang: nhiễu mode (nhiễu đốm) + Mạch thu: nhiễu bắn máy thu Nhiễu nhân SV Nguyễn Lê Hiền dòng 82 linh kiện thu quang [(APD): Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang photodiot ] dßng tèi cđa linh kiƯn thu, nhiƠu nỊn quang, nhiễu nhiệt mạch khuếch đại * Suy giảm dạng sóng + nguồn sáng, bị méo phi tuyến, phục hồi dao động tự thăng giáng, suy giảm điều chế băng rộng trễ thời gian phát xạ + sợi quang, tán sắc mode, tán sắc bớc sóng, suy hao + mạch thu, hiƯu st lỵng tư cđa linh kiƯn thu, suy giảm băng rộng mạch thu, định không xác thực, gây nhiễu rung pha Đó nguyên nhân gây suy giảm tín hiệu hệ thống thông tin cáp sợi quang Trong số nguyên nhân trên, nhiễu đợc phân loại nhiễu nguồn sáng xếp lên tín hiệu điện đầu vào linh kiện phát quang nhiễu dòng tối, linh kiện thu quang tín hiệu quang đa tới, tạp ngắn sinh biến đổi theo miền thời gian tín hiệu quang đa vào nhiễu âm nhiệt Nguyên nhân chủ yếu gây nên suy giảm dạng sóng giới hạn độ rộng băng truyền dẫn sợi quang Đối với loại cáp sợi quang GT, suy giảm tán sắc mode chiếm u với loại sợi quang SM nhiễu liên quan đến mode chủ yếu 3.3 Các linh kiện quang Các sợi quang đợc ví nh mạch máu thể ngời, máu chảy mạch máu tơng ứng nh ánh sáng chạy sợi quang nguồn sáng phát ánh sáng nh trái tim linh kiện phát quang (thiết bị biến đổi điện - quang) 3.3.1 Bộ biến đổi điện quang SV Nguyễn Lê Hiền 83 Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang 3.3.1.1 Cơ chế phát xạ ánh sáng Ta giả thiết có điện tử nằm mức lợng thấp điện tử trạng thái lợng cao E2 Năng lượng (ánh sáng) Năng lượng (ánh sáng) Điện tử E1 Ha: cân nhiệt; Hc: phát xạ tự nhiên; Hb: kích thích (hấp thụ); Hd: phát xạ cớng Hình 37: Mức lợng trình dịch chuyển điều kiện này, có lợng với mức lợng chênh lệch mức (E2 - E1 tơng ứng với mức chênh lệch) cấp cho điện tử điện tử nhảy lên mức lợng E2 nh bình 2.4.b sau hấp thụ lợng Việc cung cấp lợng từ bên để truyền lợng dẫn tới mức cao đợc gọi kích thích dịch chuyển điện tử tới mức lợng khác gọi chuyển dời Điện tử rời khỏi mức lợng cao E2 bị hạt nhân nguyên tử hút quay trở trạng thái ổn định, quay trở trạng thái ổn định E1, lợng E2 - E1 đợc giải phóng nh hình 2.4c, tợng đợc gọi tợng phát xạ tự nhiên lợng đợc tồn dới dạng ánh sáng Với bớc sóng: theo học lợng tử, bớc sóng ánh sáng phát xạ đợc tính theo công thức: Bớc sóng = c.h/(E2 - E1) Trong đó: Vận tốc ánh sáng C = 3.108m/f SV Nguyễn Lê Hiền 84 Đồ án tốt nghiệp sợi quang Hằng số phanh h = 6,625.10-34J.s Hệ thống thông tin cáp 3.3.1.2 Cơ chế phát xạ ánh sáng chất bán dẫn Thông thờng chất bán dẫn tập trung phần lớn vùng hóa trị có mức lợng thấp số vùng dẫn có mức lợng cao Quá trình tạo điều kiện phát xạ ánh s¸ng diƠn nh sau: + NÕu LED cã cấu trúc dị thể kép độ chênh lệch mức lợng lớp P lớp N (lớp hoạt chất lớp lớn) gọi hàng rào dị thể + Khi đặt phân cực có chiều dòng điện hớng tới lớp P đến lớp N điện tử lớp N bị kéo cực dơng chuyển dời vùng hoạt chất + Các điện tử lỗ trống chuyển động vào lớp hoạt chất bị giam lớp hoạt chất hàng rào dị thể, từ làm nên đảo lộn mật độ, điện tử lỗ trống bị giam lớp hoạt chất mà tạo đảo lộn mật độ, tái hợp tự nhiên rẽ ánh sáng phản xạ tự nhiên Ngoài linh kiện LED có linh kiện nh: FPLD DFBLD linh kiện có ánh sáng nhỏ, độ rộng phổ nhỏ LED, đáp ứng tần số bé (LED hàng vài trăm MHz, FPLD DFBLD vài GHz) thời gian sóng 3.3.2 Biến đổi quang - điện 3.3.2.1 Cơ chế thu quang Thu quang có nghĩa biến đổi ánh sáng thành điện, có cách thực Biến ®ỉi trùc tiÕp tÝn hiƯu quang tÝn hiƯu ®iƯn, gọi hiệu ứng quang điện Biến đổi lợng thành lợng nhiệt sau biến đổi lợng nhiệt thành lợng điện, gọi phơng thức SV Nguyễn Lê Hiền 85 Đồ án tốt nghiệp sợi quang hiệu ứng cảm nhiệt Hệ thống thông tin cáp 3.3.2.2 Các linh kiện thu quang + Photodiode thác (APD) - Đặc tính: độ nhạy thu ánh sáng cao, tạp âm lớn, điện hoạt động cao, giá thành đắt - ứng dụng: hệ thống đờng trục dài ngắn, hệ thống thuê bao + Photodied (PD): độ nhạy thu ánh sáng thấp, điện hoạt động thấp, tạp âm ít, giá thành rẻ Đợc ứng dụng hệ thống thuê bao chi nhánh riêng + Thiết bị ghép kênh tách quang Các thiết bị ghép tách kênh đợc sử dụng cho ghép phân chia bớc sóng Ghép số lợng nhiều tín hiệu có bớc sóng khác để đa vào sợi quang Ngợc lại tách tín hiệu có bớc sóng khác từ sợi quang thành tõng tÝn hiƯu riªng biƯt víi tõng bíc sãng SV Nguyễn Lê Hiền 86 Đồ án tốt nghiệp sợi quang Hệ thống thông tin cáp Chơng IV Bảo dỡng sợi quang 4.1 Các linh kiện quang 4.1.1 Đo đặc tính linh kiện phát quang Mục đích thông qua phép đo dòng/ công suất quang đặc trung phát quang cho hiểu rõ thêm linh kiện phát quang + Các điểm nghiên cứu - Kiểm tra để quan sát thay đổi giá trị ngỡng dòng cấp cho LD - Kiểm tra để quan sát khác công suất LED LD 4.1.2 Đo dòng công suất phát quang * Dụng cụ đo + Máy đo công suất độ nhạy cao AQ 1115 + Đầu đo công suất độ nhạy cao AQ 1934 => Thông thờng sử dụng máy đo công suất FVP - B + Lõi sợi quang để nối + Nguồn điện ổn + Đồng hồ ampe + Điện trở (100 ) + Đồng hồ vạn (MDM - 28A) (có hiệu số) + Cầu chì (125 mA) + Đo nhiệt độ * Mạch đo tơng ứng SV Nguyễn Lê Hiền 87 Đồ án tốt nghiệp sợi quang Hệ thống thông tin cáp + - A +A Bộ nguồn ổn modul LED Cảm côngnối suất Công kế độ suất nhạy kế cao độ nhạy cao Lõi sợibiến để kết -K 125 mA Hình 37 Mạch ®o ®èi víi LED  + - Bé ngn ỉn A +A A Cảm biến Lõi -K sợi quang ®Ĩ kÕt nèi modul LD C«ng st kÕ 125 mA Hình 39 Mạch đo LD * Các bớc tiến hành đo + Để đo công suất lối cđa LED, ta thay ®ỉi thÕ cđa ngn ỉn thÕ cách giảm bớc với giá trị dòng 80mA, với bớc giảm 5mA đồng thời đo công suất quang lối ứng với bớc giảm + Đối với LD ta thay đổi lối nguồn ổn để giảm giá trị dòng từ 95MA theo bớc 2mA đo công SV Nguyễn Lê Hiền 88 Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang suất quang lối dòng Photodiocle PIN lại bớc giảm, quan sát thấy thay đổi phía dới dòng ngỡng/ thay đổi giá trị bớc giảm 5mA + Vẽ đờng cong tơng ứng dòng công suất lối (đặc trng I/O) từ kết thu đợc Biểu đạt công suất quang đơn vị MW => Cần ý sử dụng LED LD dễ bị sốc điện LD sử dụng công suất nhỏ 1,5mW Sử dụng linh kiện để đo/ * OD - 8358 CLED modul (dïng cho ph¸t 850nm) * OD - 8303- CLD modul (dïng cho ph¸t 850nm) 4.1.3 Quan s¸t phổ xạ Sử dụng máy phổ kế để quan sát phổ xạ LED LD kiểm tra độ rộng phổ + Quan sát phổ xạ LED LD hình với LD điều chỉnh công suất quang phát theo mức máy đo + Kiểm tra độ rộng phổ xạ LD tốt LD khác chất lợng cho hai hoạt động công suất phát + LD tốt cho phát xạ cỡng thông thờng dòng định thiên khoảng 70mA, LD có giá trị thấp gần giống LED + Để có đợc phổ giống cần có dòng định thiên lớn 4.1.4 Quan sát dạng đáp ứng xung Sử dụng OD-8363-CLED 1,3 m để đo thiết bị nh biến đổi điện quang, máy phát xung quang máy hiệu sóng đồng bộ, sợi quang để đo, suy hao điện, suy hao quang, lõi nối Phơng pháp: thay ®ỉi ®iƯn thÕ ®Ønh cđa ATT quang kh¸c víi thay đổi ATT điện nh đà nhìn thấy hinhf SV Nguyễn Lê Hiền 89 Đồ án tốt nghiệp sợi quang máy hiệu sóng đồng Hệ thống thông tin cáp 4.1.5 Đo đặc tính linh kiện thu quang Mục đích thông qua phép đo tơng quan ánh sáng vào đặc trng cỡng ®iƯn tư chun ®éng cđa linh kiƯn thu quang gióp biết sâu linh kiện thu quang - Đo tơng quan ánh sáng vào đặc chun ®éng cìng bøc cđa ®iƯn tư Sư dơng thiÕt bị đo nh Module PIN Module APD * Kiểm tra công suất ánh sáng thu đợc modele để đo - Điều chỉnh ATT quang rao cho máy đo công suất 18dBm Trên mạch đo - Đặt máy đo công suất vào module cầu đo đặt giá trị điều chỉnh máy đo công suất rao cho maý 18dBm * Điện áp định thiên ngợc tham số - Sử dụng ATT quang để thay đổi (theo bớc 2dB) mức ánh sáng vào module đo dòng bớc Liên quan đế dòng ra, APD lấy giá trị từ máy kiểm tra số cầu loại PIN tính đợc nhờ sụt áp đo đợc điện trở tải - Sau đó, lặp lại phép đo nh cách thay đổi điện áp định thiên ngợc Với điện áp định thiên ngợc PIN 20V 1V Còn điện áp định thiên ngợc APD 160V 10V Vậy định thiên ngợc làm cho vùng nghèo trở lên rộng nhờ chuyển động phần tử tải có hiệu suất cao tốc độ nhanh Nếu phân cực ngợc cao vùng SV Nguyễn Lê Hiền 90 Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang nghèo rộng cho phép phần tử tải chuyển động với tốc độ cao Đặc điểm APD PIN hoàn toàn trái ngợc, nh APD tốc độ hoạt động nhanh với PIN tốc độ hoạt động chậm, độ nhạy nh giá thành, chức dòng quang ứng dụng có thành phần PIN 4.2 Kết luận 4.2.1 Linh kiện phát quang a LED + LED đợc đặc trng tính chất cho phép điều chế trực tiếp ánh sáng tức điều khiển phát xạ cách thay đổi dòng bơm với tính chất dòng điện - quang tun tÝnh + LED cã cÊu tróc dÞ thĨ kÐp xạ tự nhiên tái hợp điện tử tiêm vào lỗ trống vùng P, cho ta đặc tính tuyến tính * Phổ xạ LED réng, vËy dÉn ®Õn sù xung lín tán sắc vật chất Bởi không phù hợp với truyền dẫn dung lợng lớn Tuy giá thành linh kiện lại rẻ b LD * Tử giá trị dòng ngỡng trở lên, dao động laser xảy làm tăng công suất phát xạ đột biến Sự phát xạ với giá trị dòng dới dòng ngỡng phát xạ tự nhiên có độ rộng phổ cỡ vài trăm A phát xạ với dòng bơm dòng ngỡng chủ yếu phát xạ cỡng với độ rộng phổ cỡ vài chục A0 * Ngời ta khuyết nghị Laser hoạt động ởdòng bơm thất Nếu dòng ngỡng thấp tốt * Laser phù hợp với hệ truyền dẫn đờng dài dung lợng lớn SV Nguyễn Lê Hiền 91 Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang có tán sắc bớc sóng nhỏ công suất phát xạ lớn 4.2.2 Phổ phát xạ a Độ rộng phổ LED (FWHM) khoảng 40nm b Độ rộng phổ LD (FWHM) khoảng 4nm Những nguyên nhân gây khác LED LD - Sự phát xạ LED phát xạ tự nhiên hạt tái tiêm với đặc trng phát xạ tuyến tính phổ phổ rộng - Phát xạ laser cã sù dao ®éng víi bng céng hëng, cã công suất xạ lớn, phổ hẹp so với LED - Giữa dạng phổ phát xạ đặc tính ánh sáng, phát có mối liên hệ sau - Phát xạ LED phát xạ tự nhiên có dả bớc sóng rộng, pha tần số hớng ánh sáng ngẫu nhiên - Phát xạ laser phát xạ cỡng có dải bớc sóng hẹp công suất phát sáng lớn Đồng mặt sóng pha 4.2.3 Linh kiện thu quang a Phổ tođiot PIN Trong đặc tuyến quan hệ ánh sáng đầu vào sức điện động PIN Đờng cong điện áp định thiên nghịch 20 V cho ta thấy bắt đầu tăng từ điểm có công suất ánh sáng vào 24dB đờng cong lại điện áp định thiên ngợc 1V ta thấy đạt điểm bÃo hòa Sở dĩ xảy điều lớp nghèo không đủ rộng phép dòng trôi lớn chạy qua điện áp định thiên ngợc 1V điện áp định thiên 20 V vùng nghèo không đợc mở rộng cho phép dòng trôi lớn chạy qua công suất ánh sáng tăng lên b Photođiode APD SV Nguyễn Lê Hiền 92 Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang Trong đặc tuyến quan hệ ánh sáng đầu vào sức điện động APD điện áp định thiên ngợc 10V 160V hầu nh song song với Sở dĩ nh có hệ số nhân dòng quang điện M Ngoài định thiên lớn dòng điện quang lớn, có tợng thác lũ Tổng kết thông tin cáp sợi quang Với tốc độ phát triển cực nhanh kinh tế thị trờng thông tin, nhờ kỹ thuật công nghệ đại, thông tin quang ®ang ph¸t triĨn, kü tht trun dÉn thu trùc tiÕp bớc phát triển lĩnh vực thông tin quang Tổ chức va xây dựng mạng thông tin đo dịch vụ tiến đến xây dựng mạng thông tin dịch vụ băng rộng IBCN (Intergrated Broadband Communications Net work) đà thúc đẩy tổ chức khoa học - công nghệ nghiên cứu phát triển lĩnh vực ứng dụng thông tin cáp sợi quang nh tạo hệ thống trun dÉn quang víi tèc ®é trun dÉn cùc lín có khả vợt qua khoảng cách xa, qua bớc bản: Các hệ thống truyền dẫn tốc độ lớn Các hệ thống chuyển mạch quang Các mạch tích hợp Các linh kiện thu phát làm việc hệ thống truyền dẫn quang phí tuyến Các mạch quang tích hợp Về hệ thống truyền dẫn đà cã rÊt nhiỊu hƯ thèng SV Ngun Lª HiỊn 93 Đồ án tốt nghiệp Hệ thống thông tin cáp sợi quang truyền dẫn tốc độ cao lên tới hàng Gbit/f sử dụng laser Diot thu quang tích hợp có độ ổn định cao Sử dụng kết hợp nguyên lý phân kênh, ghép kênh mà đà ghép đợc nhiều luồng lớn hệ thống, ứng dụng khuếch đại quang, đà vợt qua đợc khoảng cách xa hàng 100 km, đạt tích chế độ rộng băng truyền cự ly khoảng lặp tới hàng 1000 Gbit/f km Trên miền thuê bao đà tổ chức hệ thống truyền dẫn dải rộng ghép kênh theo phổ, đa thông tin điện sang thông tin quang túy Với chuyển mạch đà ứng dụng nhiều nguyên lý phân kênh theo không gian thời gian, phổ, thử nghiệm chuyển mạch phôto chuyển mạch quang túy Vật liệu sợi quang vùng bớc sóng hồng ngoại, có tiêu hao nhỏ cho phép hệ thống truyền dẫn tơng lai vợt qua khoảng cách không cần trạm lặp SV Ngun Lª HiỊn 94