Cơ sở truyền thông sợi quang

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MÔN CƠ SỞ TRUYỀN THÔNG CƠ SỞ TRUYỀN THÔNG SỢI QUANG SỢI QUANG Bộ môn: Thông tin quang - Khoa VT1 Năm biên soạn: 2010 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 2 Nội dung Một số vấn đề trong thiết kế truyền TTQ đơn kênh điểm – điểm Một số vấn đề trong thiết kế truyền TTQ đơn kênh điểm – điểm Bộ thu quang Bộ thu quang Bộ phát quang Bộ phát quang Sợi quang Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang Chương Chương 1 2 3 4 5 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 3 SỢI QUANG  Cấu trúc và phân loại sợi quang  Mô tả quang hình quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang  Truyền sóng ánh sáng trong sợi quang  Các tham số cơ bản của sợi  Suy hao  Tán sắc  Hiệu ứng phi tuyến  Một số loại sợi quang mới  Cáp sợi quang BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 4 CU TRC V PHN LOI SI (1) Sợi quang: Professor Charles Kao phát minh ra sợi quang, nhận giảI th ởng IEE từ Pro. John Midwinter. (1998 at IEE Savoy Place, London, UK) Là ống dẫn sóng có khả năng mang thông tin d ới dạng ánh sáng. Kích th ớc r t nhỏ. BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 5 CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI SỢI (2)  CÊu tróc sîi quang: . CÊu tróc h×nh trô, ® îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu trong suèt . Lâi sîi cã chiÕt suÊt n 1 . Vá sîi cã chiÕt suÊt n 2 < n 1 . Líp phñ ®Öm cã t¸c dông b¶o vÖ sîi BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 6 CU TRC V PHN LOI SI (3) Phân loại sợi quang: Dựa theo vật liệu chế tạo: thuỷ tinh hoặc chất dẻo hoặc thuỷ tinh đa thành phần Dựa theo mặt cắt chiết suất: chiết suất bậc (SI) hoặc chiết suất biến đổi (GI) Dựa theo số l ợng mode truyền: đa mode (MM) hoặc đơn mode (SM) Dựa theo các chức năng đặc biệt BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 7 CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI SỢI (4)  C¸c lo¹i sîi quang sö dông trong VT: BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 8 Mễ T QUANG HèNH (1) Truyền ánh sáng trong sợi đa mode bậc (MM-SI) Sợi truyền nhiều mode (coi mỗi mode là một tia sáng ứng với một góc lan truyền cho phép). BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 9 Mễ T QUANG HèNH (2) Truyền ánh sáng trong sợi đa mode bậc (MM-SI) Quỹ đạo các tia lan truyền có dạng zigzag, gồm 2 loại tia: tia kinh tuyến (a) và tia nghiêng hoặc tia xoắn (b). BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 10 MÔ TẢ QUANG HÌNH (3)  TruyÒn ¸nh s¸ng trong sîi ®a mode bËc (MM-SI) • Sè l îng mode truyÒn M ≈ V 2 /2 trong ®ã V = 2π.a.NA/λ • T¸n s¾c mode lín ⇒ Giíi h¹n dung l îng mang th«ng tin cña sîi • KhÈu ®é sè NA: [...]... nhiều so với sợi SI Tăng dung lợng mang thông tin của sợi www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 12 BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG TRUYN SểNG NH SNG TRONG SI (1) Truyền ánh sáng trong sợi đơn mode (SM) Mặt cắt chiết suất thờng có dạng SI Kích thớc sợi bé, độ lệch chiết suất nhỏ Sợi chỉ truyền một mode Không có tán sắc mode Để hiểu đặc tính truyền ánh sáng trong sợi đơn mode phải... dụng lý thuyết truyền sóng www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 13 BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG TRUYN SểNG NH SNG TRONG SI (2) Truyền ánh sáng trong sợi đơn mode (SM) H phơng trình Maxwell: Sợi quang: vật liệu cách điện, đẳng hớng và tuyến tính Quá trình truyền sóng ánh sáng trong sọi quang tuân theo các phơng trình Maxwell: (2.1) (2.2) (2.3) (2.4) Mật độ thông lợng quan... sóng (2.7), (2.8) thu đợc các mode trong sợi quang www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 15 BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG TRUYN SểNG NH SNG TRONG SI (4) Các mode trong sợi quang: Trong sợi quang có các mode sau: - Mode dò: Giam hãm một phần trong lõi và suy hao do bức xạ công suất khỏi lõi khi lan truyền bởi hiệu ứng xuyên ngầm của sợi (fiber-tunnel effect) hoặc bất kì mode... (2.15) k = /c hay = 1 d c dk B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 (2.16) Trang 19 BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG TN SC TRONG SI QUANG (2) Tán sắc mode: Nguyên nhân: - Sợi truyền nhiều mode - Mỗi mode truyền có vận tốc nhóm khác nhau (mỗi mode có hằng số lan truyền khác nhau) Lệch thời gian truyền gây ra tán sắc mode Đối với sợi MM-SI: Độ lệch thời gian truyền giữa tia ngắn nhất (mode bậc thấp nhất)... (2.25) - Xung quang truyền trong sợi một phần năng lợng mang bởi một trạng thái phân cực (trục nhanh), phần kia mang bởi trạng thái khác (trục chậm) tán sắc mode phân cực (PMD) www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 26 BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG SUY HAO TRONG SI QUANG (1) Khái niệm: Suy hao là sự suy giảm công suất của tín hiệu quang khi lan truyền qua sợi quang Sự thay... với sợi SM chọn tham số V sát với giá trị cắt V = 2,0 - 2,4 www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 33 BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG SUY HAO TRONG SI QUANG (8) Đặc tuyến suy hao trong sợi đơn mode www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 34 BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG SUY HAO TRONG SI QUANG (9) Các suy hao khác: Suy hao do sự không hoàn hảo cấu trúc sợi quang. .. www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 35 BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG HIU NG PHI TUYN (1) Trờng quang khi lan truyền trong sợi quang: E(z+dz)=E(z)exp[(-/2+i+P(z,t)/2)dz] (2.31) trong đó: - hệ số phi tuyến =(2/)(n2/Aeff) ; n2 - chiết suất phi tuyến Hiệu ứng phi tuyến chỉ ảnh hởng khi công suất quang trong lõi sợi lớn ( nhỏ) Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang: -Tán xạ kích thích... www.ptit.edu.vn (2.22) B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 23 BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG TN SC TRONG SI QUANG (6) Trong sợi đơn mode, hệ số tán sắc sắc thể: D = D M + DW (2.23) Sợi đơn mode thông thờng: D = 0 tại 1310 nm D = 15-20 ps/(nm.km) tại = 1550 nm www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 24 BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG TN SC TRONG SI QUANG (7) Tán sắc bậc cao: Nguyên... B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 17 BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG TRUYN SểNG NH SNG TRONG SI (6) Sợi đơn mode: Diện tích hiệu dụng (spot size): (2.12) Hệ số giam hãm: (2.13) www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 18 BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG TN SC TRONG SI QUANG (1) Khái niệm: Tán sắc trong sợi quang gây ra sự dãn rộng xung ánh sáng khi lan truyền Các loại... Mode bức xạ: không bị giam hãm ở lõi, nằm ngoài góc nhận cực đại của sợi và bị khúc xạ khỏi lõi - Mode dẫn: các mode có hệ số truyền dẫn Xét sợi SI và chuyển sang toạ độ trụ: www.ptit.edu.vn B MễN: THễNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 16 BI GING MễN K THUT THễNG TIN QUANG TRUYN SểNG NH SNG TRONG SI (5) Sợi đơn mode: Chỉ truyền 1 mode cơ bản duy nhất, mode LP01 hoặc 2 HE11 Điều kiện đơn mode: V < 2,405 . CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MÔN CƠ SỞ TRUYỀN THÔNG CƠ SỞ TRUYỀN THÔNG SỢI QUANG SỢI QUANG Bộ môn: Thông tin quang - Khoa VT1 Năm biên soạn: 2010 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn BỘ. QUANG www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG - KHOA VT1 Trang 3 SỢI QUANG  Cấu trúc và phân loại sợi quang  Mô tả quang hình quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang  Truyền sóng ánh sáng trong sợi quang  Các. quang Bộ phát quang Bộ phát quang Sợi quang Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang Chương Chương 1 2 3 4 5 BÀI GIẢNG MÔN KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn BỘ