Bài giảng kỹ thuật thông tin quang chương 1 tổng quan về kỹ thuật thông tin quang

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀ I GIẢ NG BÀ I GIẢ NG KỸ THU Ậ T THÔNG TIN QUANG KỸ THU Ậ T THÔNG TIN QUANG Fundamental of Optical Fiber Communications Giảng viên: Th.S Đỗ Văn Việt Em – Th.S Phạm Quốc Hợp B ộ môn: Thôn g Tin Q uan g –Khoa Vi ễ n thôn g 2 ộ gQg g Email: emdvv@ptit.edu.vn, pqhop@ptithcm.edu.vn KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 1 T Ổ NG QUAN V Ề T Ổ NG QUAN V Ề KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 2 NỘI DUNG CHƯƠNG 1 • Lị ch s ử phá ttri ể n Lị ch s ử phá t tri ể n • Mô hình chung của hệ thống TTQ • M ộ ts ố v ấ n đề v ề quang v ậ t lý trong TTQ • M ộ t s ố v ấ n đề v ề quang v ậ t lý trong TTQ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 3 Lịch Sử Phát Triển • 1790: Claude Chappe (Pháp)  Điện báo quang  200km trong vòng 15 phút • 1870: John Tyndall (Anh) ể ẫ  Chứng minh ánh sáng có th ể d ẫ n theo vòi nước bị uốn cong Æ Định luật phản xạ toàn phần Æ Định luật phản xạ toàn phần • 1880: Alexander Graham Bell (Mỹ)  Photophone : không thành công Photophone : không thành công Æ Cần phải có một môi trường dẫn ánh sáng thích hợp www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 4 Lịch Sử Phát Triển • 1934: Norman R.French (Mỹ)  Nhậnbằng sáng chế về hệ thống thông tin quang  Dùng thanh thủy tinh để truyền ánh sáng Æ Môi trường truyền ánh sáng thích hợp 1958 ASh l à Ch l HT ( Mỹ ) • 1958 : A . S c h aw l ow v à Ch ar l es H . T ownes ( Mỹ )  Xây dựng và phát triểnlaser  Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực :y học quân sự  Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực : y học , quân sự … ÆNguồn quang dùng trong thông tin quang • 1966 :Charles HKao và George A Hockham ( Mỹ ) • 1966 : Charles H . Kao và George A . Hockham ( Mỹ )  Dùng sợi thủy tinh để truyền dẫn ánh sáng  Suy hao lớn (> 1000 dB/km) Suy hao lớn ( > 1000 dB/km) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 5 Lịch Sử Phát Triển • 1970: Hãng Corning Glass Work (Mỹ)  Chế tạo sợi SI có suy hao < 20dB/km, tại λ=633nm Æ T hông tin quang ra đời • 1972: Sợi GI được chế tạo có suy hao 4 dB/km • 1983: Sợi đơn mode (SM) được chế tạo Æ Sợi quang SM được sử dụng phổ biến ngày nay có suy hao 0 2 dB/km tại λ = 1550 nm hao ~ 0 . 2 dB/km tại λ = 1550 nm www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 6 Mô Hình Chung Của Hê Thống TTQ • Sơđồ khốicơ bản, gồm có:  Bộ phát quang (E/O)  Bộ thu quang (O/E)  Môi trường truyềndẫnlàcápsợi quang. www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 7 Mô Hình Chung Của Hê Thống TTQ • Chứcnăng chính các khối  KhốiE/O: điềuchế tín hiệu điện thành tín hiệu quang  Khối O/E: tách tín hiệu quang thành tín hiệu điện.  Cáp sợi quang: môi trường truyềndẫntínhiệu quang từ đ ầ u phá t đế n đ ầ u thu đ ầ u phá t đế n đ ầ u thu . www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 8 Mô Hình Chung Của Hê Thống TTQ • Trạmlặp (repeater)  Khuếch đạitínhiệu bị suy yếudo suyhaotrênsợi quang  T rạmlặplàmviệctheonguyênly ́ : quang – điện – quang (O – E – O) Nà i đê ̉ kh ế h đ i tí hi ệ ò ó th ê ̉ ư ̉ N go à i ra, đê kh u ế c h đ ạ i tí n hi ệ u quang c ò nc ó th ê s ư dụng các bộ khuếch đại quang (Optical Amplifier). Bộ khuếch đại quang làm việctrongmiền quang. www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 9 Mô Hình Chung Của Hê Thống TTQ • Nguyên tắctruyềntin:  Tín hiệutruyền có tầnsố trong miền quang.  Có thể truyềnhaihướng trên mộtsợi quang. T hông thường sử dụng 2 sợi quang cho mộttuyếnvà chỉ truy ề n m ộ t h ướ ng trên 1 s ợ i quang . truy ề n m ộ t h ướ ng trên 1 s ợ i quang . www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 10 [...]... 780 Ánh sáng dùng trong thông tin quang nằm trong vùng cận hồng ngoại (near-infrared) (800nm -16 00nm) không thấy được 3 vùng bước sóng (cửa sổ bước sóng) được sử dụng trong thông tin quang: 850 nm 13 00 nm và 15 50 nm nm, www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 17 Một Số Vấn Đề Về Quang Vật Lý • Một số định luật quang cơ bản: Chiết suất... photon có năng lượng E » E = hf www.ptit.edu.vn hay E= 1, 24 (eV) λ (μm ) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 15 Một Số Vấn Đề Về Quang Vật Lý • Phổ sóng điện từ: www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 16 Một Số Vấn Đề Về Quang Vật Lý • Phổ sóng điện từ (tt): Ánh sáng thấy được... (b) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 13 Một Số Vấn Đề Về Quang Vật Lý • Các khái niệm chung (tt): Bước sóng: • Ký hiệu: λ • Đơn vị: m » Theo không gian: λ - bước sóng (m) A A T λ= λ z (m) t (s) ( ) (a) www.ptit.edu.vn C f (b) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 14 Một Số Vấn Đề Về Quang. .. sáng trong chân không, C = 3 .10 8 m/s v: vận tốc ánh sáng trong môi trường đang xét Chiết suất của một vài môi trường thông dụng: • Không khí: • Nướ Nước: • Thủy tinh: www.ptit.edu.vn n = 1, 00029 ≈ 1, 0 n = 4/3 1, 33 1 33 n = 1, 48 GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 18 Một Số Vấn Đề Về Quang Vật Lý • Một số định luật quang cơ bản (tt): Ðịnh luật... tới ( 1' = 1) Tia phản xạ Tia tới 1 1 ' n1 Môi trường 1 n2 Môi trường 2 2 Tia khúc xạ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 19 Một Số Vấn Đề Về Quang Vật Lý • Một số định luật quang cơ bản (tt): Ðịnh luật khúc xạ ánh sáng: • Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới • Góc khúc xạ và góc tới liên hệ nhau theo công thức Snell: » n1sin 1 =... / n1 i GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 21 Một Số Vấn Đề Về Quang Vật Lý • Một số định luật quang cơ bản (tt): Khi xảy ra hiện tượng pxtp, năng lượng ánh sáng được bảo à h h ớ bả toàn theo hướng truyền ề » Ứng dụng trong chế tạo sợi quang và truyền ánh sáng qua sợi quang www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG... phản xạ Tia tới 1 1 ' n1 Môi trường 1 n2 Môi trường 2 2 Tia khúc xạ www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 20 Một Số Vấn Đề Về Quang Vật Lý • Một số định luật quang cơ bản (tt): Phản xạ toàn phần (total reflection): • Toàn bộ tia tới quay trở lại môi trường tới • Điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần: » n1 > n2 » 1 > θc www.ptit.edu.vn... Vấn đề biến đổi quang điện Hàn nối, đo thử sợi quang đòi hỏi thiết bị chuyên dụng đắt tiền An toàn lao động động www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 12 Một Số Vấn Đề Về Quang Vật Lý • Các khái niệm chung: Tần số: • Ký hiệu: f • Đơn vị: Hz (Hertz), hay cps (cycle per second) » Theo thời gian: T - chu kỳ (s), f = 1/ T - tần số (Hz)... của hệ thống TTQ: Suy hao thấp Dải thông rộng Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ Hoàn t à á h điện H à toàn cách điệ Không bị can nhiễu của trường điện từ Xuyên âm giữa các sợi quang không đáng kể Tính bảo mật cao Vật liệu chế tạo có nhiều trong tự nhiên ậ ệ ạ g ự www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 11 Mô Hình Chung Của Hê Thống TTQ... sáng được bảo à h h ớ bả toàn theo hướng truyền ề » Ứng dụng trong chế tạo sợi quang và truyền ánh sáng qua sợi quang www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 22 . thông tin quang: 850 nm 13 00 nm và 15 50 nm trong thông tin quang: 850 nm , 13 00 nm và 15 50 nm www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG. Thôn g Tin Q uan g –Khoa Vi ễ n thôn g 2 ộ gQg g Email: emdvv@ptit.edu.vn, pqhop@ptithcm.edu.vn KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 1 T Ổ NG QUAN V Ề T Ổ NG QUAN V Ề KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG www.ptit.edu.vn GIẢNG. VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 4 Lịch Sử Phát Triển • 19 34: Norman R.French (Mỹ)  Nhậnbằng sáng chế về hệ thống thông tin quang  Dùng thanh thủy tinh