Chương Giới thiệu hệ thống thông tin quang Nội dung • • • • • • • Giới thiệu Sợi quang Thiết bị phát quang Thiết bị thu quang Hệ thống WDM Khuếch đại quang Mạng truyền tải quang giới thiệu • Hệ thống truyền thơng điện • Hệ thống truyền thơng quang Giới thiệu Tính chất Ánh sáng • Ánh sáng có tính chất sóng • Ánh sáng có tính chất hạt : ánh sáng bao gồm nhiều proton có lượng E = hv • Hiện tượng: phản xạ, khúc xạ, tán xạ,… Dải tần hệ thống quang Dải tần thơng tin quang nh sáng thấy chiếm dải phổ từ 380nm (tím) đến 780nm (đỏ) nh sáng dùng thông tin quang nằm vùng cận hồng ngoại (near-infrared) (800nm1600nm) không thấy vùng bước sóng (cửa sổ bước sóng) sử dụng thông tin quang: 850 nm, 1300 nm 1550 nm hệ thống thơng tin quang hệ thống thơng tin quang • Ưu điểm: – Suy hao truyền dẫn thấp (0.2 - 0.5dB/km) hệ thống thông tin quang • Ưu điểm – – – – – Dung lượng truyền dẫn lớn Ít bị ảnh hưởng nhiễu điện từ Độ an tồn truyền dẫn cao Kích thước trọng lượng nhỏ Sợi quang chế tạo từ vật liệu có sắn Hệ thống quang WDM • Thực chất, WDM chế nhiều kênh sóng quang bước sóng khác điềuchế chuỗi bit điện độc lập phát trêncùng sợi quang sau ghép kênhbằng kỹ thuật TDM FDM • Tín hiệu quang đầu thu giải ghép kênh thành kênh riêng rẽ nhờ kỹ thuật quang • Kỹ thuật WDM khai thác băng tần rộng TĂNG DUNG LƯỢNG MẠNG Cùng tốc độ bít, nhiều sợi Khó đưa vào thực tế Kỹ thuật đắt NHIỀU SỢI QUANG W D M HỆ THỐNG ĐIỆN TỐC ĐỘ CAO (TDM) Cùng sợi tốc độ, nhiều λs Tương thích với sợi Sử dụng phần nhiều giải thông sợi Dễ dàng triển khai thực tế Giá thành đầu tư thấp Tận dụng thiết bị TDM có sẵn Tốc độ bít cao sợi Các thiết bị điện tốc độ cao đắt SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG HỆ THỐNG WDM λ1 λ2 λ1 λ1 λn … TX1 λ2 λ2 TX2 RX2 MUX ……… λn TXn RX1 DEMUX ……… Sỵi quang Amp Amp λn RXn Hệ thống WDM • Phát tín hiệu: – nguồn phát: laser có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ổn định Hiện có loại laser điều chỉnh bước sóng laser đa bước sóng • Ghép tín hiệu: – Các tín hiệu quang phát bước sóng khác ghép vào sợi quang nhờ ghép kênh quang Bộ ghép phải có suy hao suy hao nhỏ • Truyền tín hiệu: tín hiệu sau ghép phóng vào sợi quang Hệ thống WDM • Thu tín hiệu: Tại đầu thu tín hiệu quang tổng hợp tách thành kênh riêng rẽ nhờ giải ghép WDM Hệ thống WDM • Phân loại: – hệ thống WDM đơn hướng – hệ thống WDM song hướng Các loại ghép WDM • Dùng cho truyền dẫn đơn hướng: – ghép (MUX) giải ghép (DEMUX) • Dùng cho truyền dẫn song hướng – ghép giải ghép hỗn hợp (MUX-DEMUX) Ưu điểm WDM • Dung lượng truyền dẫn lớn • Loại bỏ yêu cầu khắt khe với hệ thống đơn kênh tốc độ cao • Linh hoạt cao muốn tăng dung lượng hệ thống • Quản lý băng tần hiệu quả, tái cấu hình mềm dẻo • Giảm chi phí đầu tư Hạn chế WDM • Dung lượng hệ thống nhỏ bé so với băng tần sợi quang • Hiện DWDM • Chi phí vận hành bảo dưỡng cao có nhiều hệ thống hoạt động Khuếch đại quang • Trên tuyến truyền dẫn thông tin quang khuếch đại quang dùng để bù suy hao, bù tán sắc • Có thể thực theo cách: – Chuyển đổi tín hiệu quang thành điện, khuếch đại tín hiệu điện lại chuyển thành tín hiệu quang – Khuếch đại tín hiệu quang trực tiếp (khuếch đại quang sợi) • Hiện khuếch đại quang thực trực tiếp • Hiện hầu hết sử dụng EDFA (Erbium-Dopped Fiber Amplifier ): khuếch đại quang sợi pha tạp nguyên tố Ebrium Cấu trúc EDFA Isolator Coupler Isolator Erbium-Doped Fiber (10–50m) Pump Laser • Một đoạn sợi quang pha tạp Er (10-50m) • Coupler: dùng để ghép nguồn laser bơm tín hiệu quang tới • Isolator: cách ly , chống phản xạ tín hiệu cho phép truyền đơn hướng • Laser bơm: hoạt động bước sóng 980nm 1480nm Nguyên tác hoạt động EDFA • Nguyên lý khuếch đại thực nhờ chế xạ hay mức E2 E2 Ph©n r· Phân rà E3 E3 bơm bơm E4 E1 a) Ph©n r· E1 b) Nguyên tác hoạt động EDFA ã Khi nguồn bơm photon bước sóng 980nm 1480nm bơm vào lõi sợi đặc biệt này, ion Er3+ hấp thụ photon điện tử chuyển mức nng lượng từ mức bn E1 lên mức kích thích E2; tồn mức nng lư ợng siêu bền E3 gia nên điện tử chuyển xuống mức nng lượng E3 theo chế phân rà không xạ (th không xạ xuống E3), sau khong thời gian 10ns, điện tử kích thích rơi trở lại mức E1, phát xạ photon Nguyờn tỏc hot ng EDFA ã Hiện tượng xạ binh thường xạ tự phát (là chế binh thường điện tử nhy mức nng lượng) xạ xy mạnh theo chế xạ kích thích; tức có mặt photon mang nng lượng với nng lượng dịch chuyển mức điện tử (trong EDFA thi photon tín hiệu khuếch đại) kích thích phát xạ tạo thêm nhiều photon tû lƯ víi sè photon cđa chïm s¸ng Nho tap Erbium, xạ vùng bước sóng 1550nm Nhờ vậy, tín hiệu khuếch đại qua sợi pha tạp Erbium ng dng EDFA WDM ã Làm tiền khuếch đại (PA: Pre - amplifier) • Làm khuếch đại cơng suất (BA: Booster Amplifier) • Khuếch đại đường truyền (LA: Line Amplifier) • Cả PA TX RX BA TX RX LA TX RX BA TX LA PA RX ... • Giới thiệu Sợi quang Thiết bị phát quang Thiết bị thu quang Hệ thống WDM Khuếch đại quang Mạng truyền tải quang giới thiệu • Hệ thống truyền thơng điện • Hệ thống truyền thơng quang Giới thiệu. .. sóng) sử dụng thông tin quang: 850 nm, 1300 nm 1550 nm hệ thống thơng tin quang hệ thống thơng tin quang • Ưu điểm: – Suy hao truyền dẫn thấp (0.2 - 0.5dB/km) hệ thống thông tin quang • Ưu điểm... phản xạ, khúc xạ, tán xạ,… Dải tần hệ thống quang Dải tần thơng tin quang nh sáng thấy chiếm dải phổ từ 380nm (tím) đến 780nm (đỏ) nh sáng dùng thông tin quang nằm vùng cận hồng ngoại (near-infrared)