Đề cương ôn tập thông tin sợi quang

ễn K thut thụng tin si quang I. Si quang 1. Trỡnh by nhng u im c bn ca si quang so vi cỏp kim loi: Suy hao truyn dn nh Bng tn truyn dn ln Khụng b nh hng ca nhiu in t Kớch thc nh, trng lng nh, ch to t vt liu cú sn, tin cy cao I. Si quang 2. Trỡnh by cu to chung v phõn loi si quang V c cu trỳc si Mụ t hỡnh v Phõn loi si: - theo chit sut, - theo mode truyn, - theo vt liu ch to I. Si quang 3. Nờu khỏi nim v khu s ca si quang v vit cụng thc khu s ca si a mode chit sut bc (MM-SI) v chit sut bin i (MM-GI): Trỡnh by khỏi nim, gii thớch ý ngha khu s (NA). + Khu s NA c xỏc nh bng sin ca gúc nhn ỏnh sỏng cc i + c trng cho kh nng ghộp gia ngun quang v si quang Cụng thc tớnh NA ca si a mode chit sut bc (MM-SI) : NA n n 2 Gii thớch cỏc tham s n1, n2 Cụng thc tớnh NA ca si a mode chit sut bin i (MM-GI) : NA n r n 2 Gii thớch cỏc tham s n(r), n2 I. Si quang 4. Vit cụng thc tớnh s lng mode lan truyn si quang a mode chit sut bc MM-SI v chit sut bin i MM-GI. S lng mode truyn si ph thuc vo cỏc tham s no cho mi loi? Cụng thc tớnh tham s V: V = 2..a.NA/ S mode ca si SI: M = V2/2 S mode ca si GI: M = V2/4 S mode ph thuc vo cỏc tham s: - a: ng kớnh lừi - : bc súng ỏnh sỏng - NA l khu s ca si quang I. Si quang 5. Trỡnh by iu kin n mode. Vit biu thc tớnh bc súng ct iu kin n mode: Tn s chun húa V ca si quang nh hn tn s ct th nht Vc1 = 2,405 Tn s chun húa V .a.NA Bc súng ct l bc súng ngn nht si quang lm vic vựng n mode Biu thc: c a.NA Vc I. Si quang 6. Nờu khỏi nim v mode ỏnh sỏng, phõn loi mode ỏnh sỏng. - Khỏi nim mode: + Nghim riờng ca h phng trỡnh Maxwell iu kin biờn xỏc nh + Biu din dng phõn b in t trng khụng i lan truyn lừi si - Phõn loi: Mode truyn dn, mode phỏt x, mode dũ I. Si quang 7. Nờu khỏi nim v suy hao ca si quang. Vit biu thc tớnh h s suy hao. Suy hao l s suy gim cụng sut ỏnh sỏng lan truyn qua si quang Hỡnh v cho phộp tớnh suy hao Biu thc: Pin = Poutexp(-L) H s suy hao: (dB / km ) P 10 log( in ) L Pout I. Si quang 8. Nờu khỏi nim v tỏn sc si quang. Cho bit ý ngha ca n v h s tỏn sc. Tỏn sc l hin tng lm gión rng xung ỏnh sỏng lan truyn qua si quang n v h s tỏn sc: D(ps/km.nm) í ngha: Cho bit gión rng xung ỏnh sỏng ngun quang cú rng ph xỏc nh truyn qua mt di si xỏc nh. I. Si quang 9. Trỡnh by c im v h s tỏn sc ca si quang dch tỏn sc DSF, si quang bự tỏn sc DCF v si quang tỏn sc phng. Cỏc si quang ny cú phõn b chit sut khỏc c im tỏn sc khỏc Si dch tỏn sc: cú tỏn sc nh nht ti ca s bc súng 1550nm Si bự tỏn sc: cú h s tỏn sc õm Si tỏn sc phng: cú h s tỏn sc xp x ti mt vựng bc súng I. Si quang 10. So vi si n mode, h s suy hao v h s tỏn sc ca si a mode cú khỏc bit gỡ. V suy hao: + Suy hao si a mode ln hn suy hao si n mode + Nguyờn nhõn: kớch thc si a mode ln hn kớch thc si n mode V tỏn sc: + Tỏn sc si a mode ln hn tỏn sc si n mode + Nguyờn nhõn: si a mode cú thờm thnh phn tỏn sc mode 10 III. Phỏt quang 5. V cu trỳc v cho bit nguyờn lý hot ng ca Laser phn x Bragg phõn tỏn (DBR) - V v chỳ thớch c cu trỳc ca Laser DBR - Ch rừ v trớ t cỏch t Bragg, chu kỡ cỏch t u - Trỡnh by nguyờn lý hot ng: + nh sỏng c to vựng tớch cc + Cỏch t phn x phõn tỏn Bragg cú chiu di ngn úng vai trũ b phn x chn lc lc tn s thay th cho bung cng hng Fabry-Perot. + Cu trỳc cỏch t nm hai bờn vựng hot tớnh cú tỏc dng nh hai gng phn x vi cỏc bc súng B tho iu kin phn x. 2m 2n eff B + Cú nhiu mode vựng hot tớnh nhng ch cú mt bc súng c phn x tr li v c khuch i. Cỏc mode dc gn vi bc súng B s b suy gim suy hao. 31 III. Phỏt quang 6. V cu trỳc v cho bit nguyờn lý hot ng ca Laser phn hi phõn tỏn (DFB) - V v chỳ thớch c cu trỳc ca Laser DFB - Ch rừ v trớ t cỏch t Bragg, chu kỡ cỏch t u - Trỡnh by nguyờn lý hot ng: + nh sỏng c to vựng tớch cc + DFB s dng hin tng phn x Bragg nộn cỏc mode bờn v chn lc tn s + Súng quang lan truyn song song vi cỏch t. giao thoa xy thỡ sau mt chu k cỏch t pha ca súng thay i 2m (m nguyờn gi l bc cỏch t) 2m 2n eff B + Nu iu kin trờn khụng tho thỡ ỏnh sỏng tỏn x t cỏch t s trit tiờu ln nhau. Vi m=1 thỡ B gi l bc súng Bragg bc 1: B = 2neff 32 III. Phỏt quang 7. V s mch phỏt dựng Laser cú n nh nhit v n nh cụng sut, trỡnh by hot ng ca mch. - V ỳng s - Nờu chỳ thớch y - Nguyờn lý chuyn tớn hiu u vo thnh tớn hiu quang: + Tớn hiu c a qua mch khuch i AGC ri cng vi dũng thiờn ỏp a vo iu ch LD + Cụng sut ỏnh sỏng LD phỏt phn ln c ghộp vo si quang, mt phn nh a ti PD giỏm sỏt cụng sut phỏt. - Nguyờn lý n nh cụng sut + PD chuyn cụng sut ỏnh sỏng nhn c t LD thnh dũng tỏch quang. + Nu cụng sut phỏt thay i (ln hoc nh hn giỏ tr danh nh) thỡ dũng tỏch quang s thay i. + S thay i ca dũng tỏch quang s c a tr li iu chnh mch thiờn ỏp v mch AGC n nh cụng sut phỏt. - Nguyờn lý n nh nhit : + Khi nhit LD thay i s lm in tr nhit gn LD thay i, dn n giỏ tr dũng in giỏm sỏt nhit a v mch n nh nhit thay i. + LD c gn trờn b phn lm mỏt Peltier, mch n nh nhờt s iốu khin thay i nhit ca b phn Peltier dn n n nh c nhit cho LD. 33 III. Phỏt quang 8. Trỡnh by cu to v nguyờn lý phỏt quang ca LED cu trỳc d th kộp. - V v chỳ thớch y cu trỳc ca LED - V phõn b nng lng v chit sut tng ng vi cu trỳc LED - Mụ t cu trỳc d th kộp: + Gm cỏc lp bỏn dn cú rng di cm khỏc + Giỳp giam hóm in t, l trng v photon vựng tớch cc. - Trỡnh by nguyờn lý hot ng: + Khi cha cú in ỏp phõn cc thun: + t in ỏp phõn cc thun lờn LED: Khi ú, cỏc in t t lp n b kộo v cc dng v chuyn di vo vựng hot cht, ú cỏc l trng lp p b kộo v cc õm v cựng chuyn di vo vựng hot cht. Cỏc in t v l trng chuyn di vo vựng hot cht b giam lp hot cht ny v hng ro d th. T ú to nờn o ln mt . Cỏc in t v l trng b giam vi mt rt cao tỏi hp t nhiờn vi phỏt ỏnh sỏng t nhiờn (a/s khụng kt hp). Trờn c s tỏi hp, cỏc in t v l trng lp hot cht phỏt ỏnh sỏng t nhiờn. Quỏ trỡnh phỏt x ú gi l phỏt x t nhiờn. 34 III. Phỏt quang 9. V cu trỳc v trỡnh by nguyờn lý hot ng ca Laser bỏn dn cú khoang cng hng Fabry-Perot - V cu trỳc laser cú khoang cng hng Fabry-Perot, chỳ thớch y - Nguyờn lý hot ng: 35 9. V cu trỳc v trỡnh by nguyờn lý hot ng ca Laser bỏn dn cú khoang cng hng Fabry-Perot (tip) - Nguyờn lý hot ng ca Laser bỏn dn cú khoang cng hng Fabry-Perot - Tái hợp phát xạ tự phát: Các điện tử lỗ trống bị giam lớp hoạt chất với mật độ cao tái hợp tự nhiên với phát ánh sáng tự nhiên. - Hấp thụ photon phát xạ kích thích Khi ánh sáng phát trỡnh trở trạng thái E1 với nng lợng E2- E1 tiếp tục kích thích điện tử khác trạng thái kích thích. iện tử hấp thụ nng lợng ánh sáng tới trỡnh trở trạng thái E1 giải phóng nng lợng ánh sáng dới dạng sóng điện từ với độ lớn lớn nhiều độ lớn E2- E1 (nng lợng phát xạ tự phát). ó trỡnh phát xạ kích thích hay phát xạ cỡng ánh sáng đợc giải phóng trờng hợp ánh sáng phát xạ kích thích. - Tạo ánh sáng kết hợp Nhờ cộng hởng quang, nên sóng ánh sáng phát xạ kích thích Laser đồng pha với theo mặt phẳng thẳng đứng với phơng truyền sóng chúng. ánh sáng phát xạ trờng hợp ánh sáng kết hợp không gian. ồng thời, ánh sáng phát xạ kích thích Laser liên tục có bớc sóng đơn. ánh sáng phát xạ trờng hợp ánh sáng kết hợp thời gian. III. Phỏt quang 10. V s c bn ca b phỏt quang v cho bit chc nng cỏc khi. - V c s ca mỏy phỏt quang - Chc nng ngun quang: chuyn i E/O - Chc nng b iu khin (kớch thớch) - Chc nng b iu ch - Chc nng b ghộp quang 37 IV. Thu quang 1. Trỡnh by cu to v nguyờn lý tỏch súng quang ca photodiode PIN. - V v chỳ thớch y cu trỳc ca PIN - V phõn b trng tng ng vi cu trỳc PIN - Mụ t cu trỳc d th kộp: - Trỡnh by nguyờn lý hot ng: + Khi cha cú in ỏp phõn cc + t in ỏp phõn cc ngc lờn PIN + Khi cha cú ỏnh sỏng chiu vo: mch cú dũng ti + Khi cú ỏnh sỏng chiu vo: photon ỏnh sỏng b hp th to thnh cp in t - l trng + Cỏc cp in t - l trng to lp p v n hu nh khụng tham gia to dũng in + Cỏc cp in t - l trng to vựng nghốo di tỏc dng ca in trng ngoi chuyn ng mch ngoi to thnh dũng tỏch quang 38 IV. Thu quang 2. Trỡnh by cu to v nguyờn lý tỏch súng quang ca photodiode thỏc APD - V v chỳ thớch y cu trỳc ca APD - V phõn b trng tng ng vi cu trỳc APD - Mụ t cu trỳc: + Thờm mt lp bỏn dn p to vựng thỏc, trung in trng ln. - Trỡnh by nguyờn lý hot ng: + Khi cha cú in ỏp phõn cc + t in ỏp phõn cc ngc lờn APD + Khi cha cú ỏnh sỏng chiu vo: mch cú dũng ti + Khi cú ỏnh sỏng chiu vo: photon ỏnh sỏng b hp th to thnh cp in t - l trng + Cỏc cp in t - l trng to vựng nghốo di tỏc dng ca in trng ngoi chuyn ng mch ngoi to thnh dũng tỏch quang + Nguyờn lý khuch i: in t, l trng c to i qua tip giỏp p-n+ s c gia tc, chỳng cú ng nng ln chỳng s va p vi cỏc nguyờn t v to cỏc cp in t, l trng mi + H s khuch i M 39 IV. Thu quang 3. Trỡnh by cỏc tham s c tớnh ca photodiode PIN - Dũng photo ca PIN - Photodiode - Dũng ca PIN - Photodiode - c tuyn tnh ca PIN - Photodiode - Nhiu PIN Photodiode: trỡnh by nguyờn nhõn ca cỏc loi nhiu) + Nhiu dũng in ti, + Nhiu dũng dũ, + Nhiu nhit, + Nhiu lng t tớn hiu. 40 IV. Thu quang 4. Trỡnh by cỏc tham s c tớnh ca APD - Dũng photo ca APD - Dũng ca APD - c tuyn tnh ca APD - Nhiu APD: trỡnh by nguyờn nhõn ca cỏc loi nhiu) + Nhiu dũng in ti, + Nhiu dũng dũ, + Nhiu nhit, + Nhiu lng t tớn hiu, + Nhiu hiu ng quang thỏc. 41 IV. Thu quang 5. Trỡnh by cỏc loi nhiu b thu quang. - Nhiu PIN Photodiode: trỡnh by nguyờn nhõn v cụng sut ca cỏc loi nhiu) + Nhiu dũng in ti, + Nhiu dũng dũ, + Nhiu nhit, + Nhiu lng t tớn hiu. - Nhiu APD: trỡnh by nguyờn nhõn v cụng sut ca cỏc loi nhiu) + Nhiu dũng in ti, + Nhiu dũng dũ, + Nhiu nhit, + Nhiu lng t tớn hiu, + Nhiu hiu ng quang thỏc. 42 IV. Thu quang 6. Trỡnh by cỏc tham s ỏnh giỏ tớn hiu ti mỏy thu quang. - T s tớn hiu trờn nhiu quang: OSNR + nh ngha SNR + nh ngha OSNR: SNR quang + Cỏch xỏc nh OSNR + Biu thc: OSNR(dB/B-nm)=10log [(S+N)/N 1] - T s li bit: BER + nh ngha + Cụng thc tớnh, gii thớch cỏc tham s (i vi PIN, APD) + BER ph thuc vo cụng sut thu v hiu sut lng t + BER ph thuc vo cỏc loi nhiu: nhiu lng t, nhiu dũng ti, nhiu ỏnh sỏng nn, nhiu nhit - H s bin i quang-in: + nh ngha: l tham s biu th cho c tớnh chuyn i ca b tỏch quang (o bng dũng tỏch quang trờn mt n v cụng sut quang ti) + Biu thc H e hc 43 III. Phỏt quang 11. V s c bn ca b thu quang v cho bit chc nng cỏc khi. - V s c bn ca b thu quang analog v cho bit chc nng cỏc khi. - V s c bn ca b thu quang digital v cho bit chc nng cỏc khi. 44 V. Thit k h thng 1. V hỡnh v cho bit nguyờn lý khuch i ca trm lp quang in. - V s c bn ca trm lp quang analog v cho bit chc nng cỏc khi. - V s c bn ca trm lp quang digital v cho bit chc nng cỏc khi. 45 V. Thit k h thng 2. H thng thụng tin quang n kờnh hot ng tc bit 10Gbps, mó NRZ 50% s dng ngun phỏt quang n mode bc súng 1550 nm vi rng ph 1nm truyn trờn si n mode tiờu chun SMF cú h s tỏn sc D=0,26 ps/nm.km. Hóy tớnh khong cỏch ti a m ti ú bt u xy hin tng xuyờn nhiu gia cỏc tớn hiu ISI. - Tớnh c rng xung tớn hiu T=0.5(1/Rb) - Xỏc nh c gión rng xung ti a cho phộp bng T - Xỏc nh c khong cỏch ti a L=T/(D.) 46 [...]... cong V c tuyn suy hao si + Hỡnh v + Chỳ thớch y 14 I Si quang 14 Trỡnh by cỏc loi tỏn sc trong si quang n mode v nờu nh hng ca tỏn sc Khỏi nim tỏn sc trong si quang: Khi ỏnh sỏng lan truyn trong si quang, rng xung ỏnh sỏng thay i Cỏc loi tỏn sc trong si n mode: + Tỏn sc vt liu: do chit sut lừi si quang ph thuc bc súng n = n() m ỏnh sỏng ngun quang phỏt ra bao gm nhiu bc sang dn n thi gian lan truyn... truyn ca tia di nht + Tỏn sc mode bng hiu thi gian truyn 13 I Si quang 13 Trỡnh by cỏc nguyờn nhõn gõy ra suy hao v v c tớnh suy hao ca si n mode tiờu chun Khỏi nim suy hao trong si quang: Khi ỏnh sỏng lan truyn trong si quang, cụng sut ỏnh sỏng gim dn Cỏc nguyờn nhõn gõy ra suy hao: + Suy hao do hp th - Suy hao do vt liu ch to si quang (SiO2) hp th ỏnh sỏng - Suy hao do tp cht: ion kim loi (Fe+,... chuyn i quang in ca tip giỏp p-n V c hỡnh mụ t quỏ trỡnh chuyn i quang in v chỳ thớch y Nguyờn lý chuyn i quang in: + Khi cha cú ỏnh sỏng chiu vo: cú dũng ti + Khi cú ỏnh sỏng chiu vo: photon b hp th sinh ra cp l trng in t, di tỏc ng ca in trng ngoi in t chuyn ng v phớa n v l trng chuyn ng v phớa p to thnh dũng in trong mch + Kớch thc vựng nghốo nh nờn hiu sut chuyn i O/E thp 23 III Phỏt quang 1... thỡ B gi l bc súng Bragg bc 1: B = 2neff 32 III Phỏt quang 7 V s khi mch phỏt dựng Laser cú n nh nhit v n nh cụng sut, trỡnh by hot ng ca mch - V ỳng s khi - Nờu chỳ thớch y - Nguyờn lý chuyn tớn hiu u vo thnh tớn hiu quang: + Tớn hiu c a qua mch khuch i AGC ri cng vi dũng thiờn ỏp a vo iu ch LD + Cụng sut ỏnh sỏng LD phỏt ra phn ln c ghộp vo si quang, mt phn nh a ti PD giỏm sỏt cụng sut phỏt -... c ghộp vo si quang, mt phn nh a ti PD giỏm sỏt cụng sut phỏt - Nguyờn lý n nh cụng sut + PD chuyn cụng sut ỏnh sỏng nhn c t LD thnh dũng tỏch quang + Nu cụng sut phỏt thay i (ln hoc nh hn giỏ tr danh nh) thỡ dũng tỏch quang s thay i + S thay i ca dũng tỏch quang s c a tr li iu chnh mch thiờn ỏp v mch AGC n nh cụng sut phỏt - Nguyờn lý n nh nhit : + Khi nhit LD thay i s lm in tr nhit gn trong LD... ca ỏnh sỏng trong si: + Hỡnh v s lan truyn cỏc tia sỏng + Tia sỏng lan truyn cú dng ng cong + Truyn a mode, tỏn sc nh hn tỏn sc si MM-SI 12 I Si quang 12 Hóy tớnh tỏn sc mode ca si a mode chit sut bc da theo nguyờn lý truyn ỏnh sỏng trong si theo phng phỏp quang hỡnh S lan truyn ca ỏnh sỏng trong si MM-SI: + Hỡnh v s lan truyn cỏc tia sỏng + Xỏc nh c tia cú quóng ng truyn ngn nht: truyn dc theo trc... x ca LED P Po Phõn b ph ỏnh sỏng ca LED c mụ t bi hỡnh sau: 0 Phõn b hỡnh hc ỏnh sỏng bc x ca LED Phõn b hỡnh hc cng ỏnh sỏng phỏt x ca LED phỏt x mt (a) v LED phỏt x cnh(b) Si quang a LED phỏt x mt LED phỏt x cnh Si quang b 1 Trỡnh by cỏc c tớnh v tham s c bn ca LED (tip theo) c tuyn tnh phỏt x ỏnh sỏng ca LED c tuyn tnh phỏt x ỏnh sỏng ca LED l mi quan h gia cụng sut ỏnh sỏng phỏt x v dũng iu... x trng thỏi bóo ho, - I tng v > IBh-LED => P gim vi s tng ca I O IBh-LED I Hỡnh 3.23 c tuyn tnh phỏt x ỏnh sỏng ca LED III Phỏt quang 2 Trỡnh by cỏc c tớnh v tham s c bn ca Laser Cụng sut ỏnh sỏng bc x : Cỏc tớch cht ỏnh sỏng: c tuyn tnh phỏt x ỏnh sỏng: 28 III Phỏt quang 3 V s v trỡnh by nguyờn lý ca mch phỏt dựng LED vi tớn hiu a vo iu ch l tớn hiu tng t V c s mch, chỳ thớch y cỏc linh kin... 29 III Phỏt quang 4 V s v trỡnh by nguyờn lý ca mch phỏt dựng LED vi tớn hiu a vo iu ch l tớn hiu s V c s mch, chỳ thớch y cỏc linh kin trờn mch Gii thớch chc nng cỏc phn t: R1, R2: lm nhim v phõn ỏp, R3 lm nhim v n nhit Gii thớch chc nng ca mch tng tc RC Trỡnh by nguyờn lý hot ng: + Transistor lm vic ch thụng, tt + Khi tớn hiu u vo l bit 1 + Khi tớn hiu u vo l bit 0 30 III Phỏt quang 5 V cu... gn vi bc súng B s b suy gim do suy hao 31 III Phỏt quang 6 V cu trỳc v cho bit nguyờn lý hot ng ca Laser phn hi phõn tỏn (DFB) - V v chỳ thớch c cu trỳc ca Laser DFB - Ch rừ v trớ t cỏch t Bragg, chu kỡ cỏch t u - Trỡnh by nguyờn lý hot ng: + nh sỏng c to ra trong vựng tớch cc + DFB s dng hin tng phn x Bragg nộn cỏc mode bờn v chn lc tn s + Súng quang lan truyn song song vi cỏch t giao thoa xy ra