Giáo án điện tử công nghệ: quang điện tử docx

THUY T TRÌNH QUANG I N TẾ Đ Ệ Ử KH O SÁTẢ LINH KI N C A H TH NG THÔNG TIN QUANGỆ Ủ Ệ Ố GVHD: Th yầ giáo Hoàng Phú An Phó trư ngở khoa iĐ nệ - iĐ nệ t ử SVTH: 1. V V n Tài ũ ă 4. Nguy nễ Th Kiị uề 2. Nguy n Duy Thìn ễ 5. Ngô Ti nế Huân 3. Nguy n V nTrungễ ă Khái niệm về kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng -WDM Hình 6.3. M t ngu n quang n s d ng m t ph n r t nh b ng ộ ồ đơ ử ụ ộ ầ ấ ỏ ă truy n d n c a ph có s n c a s i quang ghép kênh phân chia theo ề ẫ ủ ổ ẵ ủ ợ b c sóng (WDM) t o ra r t nhi u kênh ph s d ng ng th i.ướ ạ ấ ề ổ ử ụ đồ ờ Khái niệm về kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng -WDM Hình 6.4. H th ng WDM n h ng k t h p N tín hi u c l p truy n ệ ố đơ ướ ế ợ ệ độ ậ để ề trên 1 s i quang n.ợ đơ • Trong hình trên, linh ki n WDM n h ng c s ệ đơ ướ đượ ử d ng k t h p các b c sóng mang tín hi u khác nhau ụ để ế ợ ướ ệ trên m t s i quang n t i m t u và tách chúng vào b ộ ợ đơ ạ ộ đầ để ộ tách quang thích h p t i u kia.ợ ạ đầ Khái niệm về kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng -WDM Hình 6.5. H th ng WDM hai h ng, trong ó, hai b c sóng ho c nhi u ệ ố ướ đ ướ ặ ề h n c truy n ng th i trong các h ng ng c nhau trên cùng m t s i ơ đượ ề đồ ờ ướ ượ ộ ợ quang. • S này g m vi c g i tin t c trong m t h ng t i m t ơ đồ ồ ệ ử ứ ộ ướ ạ ộ b c sóng 1 và ng th i trong h ng ng c l i t i ướ λ đồ ờ ướ ượ ạ ạ b c sóng 2.ướ λ Khái niệm về kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng -WDM B l c quang b ng các linh ki n tán s c (hay b ghép kênh tán ộ ọ ằ ệ ắ ộ s c c nh)ắ ạ Hình 6.6. S bi u di n m t ph n t WDM tán s c c nh cho 3 b c sóng. Nhi u ơ đồ ể ễ ộ ầ ử ắ ạ ướ ề b c sóng có th k t h p ho c phân chia v i lo i linh ki n này.ướ ể ế ợ ặ ớ ạ ệ • Khi linh ki n s d ng nh m t b ph n kênh, ánh sáng t s i quang i ệ ử ụ ư ộ ộ ậ ừ ợ đ ra c chu n tr c b ng th u kính L1 (g i là th u kính chu n tr c) đượ ẩ ự ằ ấ ọ ấ ẩ ự và i qua ph n t tán s c c nh và nó c phân chia thành các kênh có đ ầ ử ắ ạ đượ b c sóng i vào các chùm tia có nh h ng không gian khác nhau. Th u ướ đ đị ướ ấ kính L2 (th u kính h i t ) s h i t các tia u ra vào các s i quang thu ấ ộ ụ ẽ ộ ụ đầ ợ thích h p ho c các b tách quang thích h p.ợ ặ ộ ợ Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng quang (WDM) Ghép/tách tín hi uệ Hình 6.10. S ch c n ng h th ng WDMơ đồ ứ ă ệ ố Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng quang (WDM) – Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang. Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ tách. Hiện tại đã có các bộ tách/ghép tín hiệu WDM như: bộ lọc màng mỏng điện môi, cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, linh kiện quang tổ hợp AWG, bộ lọc Fabry-Perot – Khi dùng bộ tách/ghép WDM, ta phải xét các tham số như: khoảng cách giữa các kênh, độ rộng băng tần của các kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh, mức xuyên âm giữa các kênh, tính đồng đều của kênh, suy hao xen, suy hao phản xạ, xuyên âm đầu gần đầu xa Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng quang (WDM) Truy n d n tín hi uề ẫ ệ • Quá trình truy n d n tín hi u trong s i quang ch u s ề ẫ ệ ợ ị ự nh h ng c a nhi u y u t : suy hao s i quang, tán ả ưở ủ ề ế ố ợ s c, các hi u ng phi tuy n, v n liên quan n ắ ệ ứ ế ấ đề đế khu ch i tín hi u M i v n k trên u ph ế đạ ệ ỗ ấ đề ể đề ụ thu c r t nhi u vào y u t s i quang (lo i s i quang, ộ ấ ề ế ố ợ ạ ợ ch t l ng s i ) ấ ượ ợ • Khu ch i tín hi uế đạ ệ • Có ba ch khu ch i: khu ch i công su t, ế độ ế đạ ế đạ ấ khu ch i ng và ti n khu ch i. ế đạ đườ ề ế đạ • Thu tín hi u ệ • Thu tín hi u trong các h th ng WDM c ng s d ng các ệ ệ ố ũ ử ụ b tách sóng quang nh trong h th ng thông tin quang ộ ư ệ ố thông th ng: PIN, APD.ườ Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng quang (WDM) Phân lo i h th ng WDMạ ệ ố Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng quang (WDM) u nh c i m c a 2 h th ng trênƯ ượ đ ể ủ ệ ố • H th ng WDM v c b n chia làm hai lo i: h th ng ệ ố ề ơ ả ạ ệ ố n h ng và song h ng. H th ng n h ng ch đơ ướ ướ ệ ố đơ ướ ỉ truy n theo m t chi u trên s i quang. Do v y, truy n ề ộ ề ợ ậ để ề thông tin gi a hai i m c n hai s i quang. H th ng ữ đ ể ầ ợ ệ ố WDM song h ng, ng c l i, truy n hai chi u trên m t ướ ượ ạ ề ề ộ s i quang nên ch c n 1 s i quang có th trao i ợ ỉ ầ ợ để ể đổ thông tin gi a 2 i m.ữ đ ể • Xét v dung l ng, h th ng n h ng có kh n ng ề ượ ệ ố đơ ướ ả ă cung c p dung l ng cao g p ôi so v i h th ng song ấ ượ ấ đ ớ ệ ố h ng. Ng c l i, s s i quang c n dùng g p ôi so ướ ượ ạ ố ợ ầ ấ đ v i h th ng song h ng.ớ ệ ố ướ • Khi s c t cáp x y ra, h th ng song h ng không ự ố đứ ả ệ ố ướ c n n c ch chuy n m ch b o v t ng APS ầ đế ơ ế ể ạ ả ệ ự độ (Automatic Protection-Switching) vì c hai u c a liên ả đầ ủ k t u có kh n ng nh n bi t s c m t cách t c th i.ế đề ả ă ậ ế ự ố ộ ứ ờ [...]... hoạt động Khi hai sợi quang được đặt cạnh nhau, ánh sáng sẽ được ghép từ sợi này sang sợi kia và ngược lại Ðó là do quá trình truy ền m ốt ánh sáng trên sợi quang qua vùng ghép sẽ khác so với truyền trên s ợi quang đơn Khi đó, toàn bộ ánh sáng thuộc một sợi quang sẽ được ghép hoàn toàn sang sợi quang ghép với nó, phần ánh sáng này lại tiếp tục được ghép ngược trở lại sang sợi quang ban đầu theo một... ngăn ánh sáng phản xạ ngược trở lại thiết bị gây nhiễu và có thể làm hư thiết bị • Bộ Circulator được dùng như một bộ phận để chế tạo phần tử xen rớt quang OADM THUYẾT TRÌNH QUANG ĐIỆN TỬ KHẢO SÁT GHÉP QUANG VÀ KHUẾCH ĐẠI QUANG GVHD: Thầy giáo Hoàng Phú An Phó trưởng khoa Điện - Điện tử SVTH: 1 Vũ Văn Tài 2 Nguyễn Duy Thìn 3 Nguyễn VănTrung 4 Nguyễn Thị Kiều 5 Ngô Tiến Huân Các vấn đề cơ bản • Ghép quang. .. bộ ghép quang biến thành tín hiệu ánh sáng Sau đó tín hiệu ánh sáng được phần nhận (photodiot, phototransitor, IC có tổ hợp diot) biến lại thành tín hiệu điện Hình 7.2 Nguyên lý làm việc của OptoCouplers Các tính chất quan trọng của bộ ghép quang • Tính cách điện Bộ ghép quang thường được dùng để cách điện giữa 2 mạch điện có điện thế cách biệt khá lớn Bộ ghép quang có thể làm việc với dòng điện 1 chiều... lớn.Với điện trở (trong khoảng MΩ )bộ ghép quang có hệ số truyền đạt bé hơn nhưng làm việc tốt với nhiệt độ cao Bộ ghép quang với photothyristor và phototriac Bộ ghép quang với photothyristor và phototriac Với ánh sáng ,ta có dòng điện IB làm thông photothyristor dẫn điện Để cho photoristor nhạy với ánh sáng nó chỉ có thể làm việc với điện áp và dòng điện bé vì cấu trúc của nó bé và mỏng Khi điện thế... với dòng điện 1 chiều hay tín hiệu điện có tần số khá cao • Điện trở cách điện Đó là điện trở với dòng điện 1 chiều giữa ngõ vào và ngõ ra của bộ ghép quang Nó có trị số bé nhất là , như thế đủ đáp ứng yêu cầu thông thường • Điện dung ghép nối Cấu trúc của bộ ghép quang gồm có phototransitor, LED, phần cơ Giữa các phần tử này có thể tạo ra 1 điện dung từ 0.3…2pF Điện dung này được đo khi chân ở ngõ... 5 Ngô Tiến Huân Các vấn đề cơ bản • Ghép quang Bộ ghép quang với photothyristor và phototriac,… Khuếch đại quang Bộ khuếch đại quang bán dẫn (SOA) Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium (EDFA) • Bộ khuếch đại quang RAMAN (RA) • • • • Bộ ghép quang • Cơ chế hoạt động Hình 7.1 Opto-Couplers Bộ ghép quang và cơ chế hoạt động 1 Ghép quang Bộ ghép quang còn gọi là Photo coupled isolator, Photocouplers,... đổi quang điện (a) Hấp thụ (b) Phát xạ tự phát (c) Phát xạ kích thích Hình 7.8 Các hiện tượng biến đổi quang điện 1 Hiện tượng phát xạ kích thích, hình c, xảy ra khi một điện tử đang ở trạng thái năng lượng cao E2 bị kích thích bởi một photon có năng lượng hν12 bằng với độ chênh lệch năng lượng giữa trạng thái năng lượng cao và trạng thái năng lượng thấp của điện tử (Eg= E2 – E1) Khi đó, điện tử sẽ... nhất cho linh kiện này là Opto-Couplers B ộ ghép quang dùng để truyền đạt tín hiệu và đồng thời tạo sự cách điện giữa những mạch điện Ngoài ra nó còn dùng tránh các vòng đất (ground circuit circuit terrestre) gây nhi ễu trong mạch điện Sự truyền đạt tín hiệu được thực hiện qua ánh sáng 2 Cơ chế hoạt động Thông thường bộ ghép quang gồm 1 diot với vật liệu bán d ẫn loại III/V (v.d.GaAs) phát ra tia hồng... Các tính chất quan trọng của bộ ghép quang • Điện thế cách ly Điện thế cách ly là điện thế cao nhất giữa ngõ vào và ra mà bộ ghép quang có thể chịu đựng nổi Điện thế cách ly còn tuỳ thuộc vào cấu trúc của bộ ghép quang, không khí… • Hiệu ứng trường Dưới 1 một thế khá cao giữa LED và phototransitor có khoảng cách khá gần, ta có 1 điện trường khá lớn Nếu bộ ghép quang làm việc với điều kiện như thế liên... và cường độ dòng điện thay đổi nhanh theo thời gian ,trị số dV/dt và di/dt khá lớn ,thyristor có thể tự kích và dẫn điện ngoài ý muốn.Để chống lại hiệu ứng này,ta có thể nối 1 điện trở Rgk giữa catôt và Gate.Với trị số Rgk bé ,chống nhiễu dV/dt tốt Đặc tính các linh kiện ghép tín hiệu Khuếch đại quang Khuếch đại quang Trong các bộ khuếch đại quang (Optical Amplifier) tín hi ệu ánh sáng được khuếch đại . khác so v i truy n trên s i quang n. ợ ẽ ớ ề ợ đơ Khi ó, toàn b ánh sáng thu c m t s i quang s c ghép hoàn toàn đ ộ ộ ộ ợ ẽ đượ sang s i quang ghép v i nó, ph n ánh sáng này l i ti p t c c ghép. Isolator khi ánh sáng vào phân c c d c.ấ ạ ộ ự ọ (b) C u t o b Isolator khi ánh sáng vào phân c c b t k .ấ ạ ộ ự ấ ỳ Bộ isolator/circulator Nguyên lý ho t ngạ độ Ánh sáng truy n trong s i quang. ngạ độ Khi hai s i quang c t c nh nhau, ánh sáng s c ghép t ợ đượ đặ ạ ẽ đượ ừ s i này sang s i kia và ng c l i. Ðó là do quá trình truy n m t ánh sáng ợ ợ ượ ạ ề ố trên s i quang qua vùng ghép