BỘ PHÁT QUANG TRONG THÔNG TIN SỢI QUANG

Với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của công nghệ thông tin nói chung và kỹ thuật viễn thông nói riêng, nhu cầu dịch vụ viễn thông phát triển rất nhanh và tao ra áp lực ngày càng cao đối với việc dung lượng thông tin ngày càng tăng lên. Và việc chế tạo và áp dụng thành công việc truyền tin bằng tính chất quang xem như là một thành công lớn đối với các nhà khoa học. tuy vậy mạng thông tin quang hiên nay vẫn còn một số hạn chế về chất lượng truyền dẫn như băng thông. Tuy vậy để có một hệ thống quang tốt thì tất yếu pải có sự phát triển và cải thiện tốt.Qua môn học thông tin sợi quang, và sự giúp đỡ của thầy “Nguyễn Vũ Anh Quang” em đã quyết định chọn đề tài cho bài tập lớn của môn học này là: “ Bộ phát quang trong thông tin sợi quang”.Em xin chân thành cám ơn thầy “Nguyễn Vũ Anh Quang” đã giúp đỡ và chỉ bảo cho em trong thời gian học qua và quá trình làm bài tập lớn do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian tìm hiểu không nhiều, nên có gì sai sót mong các thầy cô xem xét , em xin cám ơn.

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

============================

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC THÔNG TIN SỢI QUANG

TÊN ĐỀ TÀI:

BỘ PHÁT QUANG TRONG THÔNG TIN SỢI QUANG

(LASER)

SVTH: Trần Văn Trường Lớp: CCVT07A

GVHD: Nguyễn Vũ Anh Quang

Đà Nẵng, Ngày 16 tháng 12 năm 2016

Với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của công nghệ thông tin nói chung và

kỹ thuật viễn thông nói riêng, nhu cầu dịch vụ viễn thông phát triển rất nhanh và tao ra áp lực ngày càng cao đối với việc dung lượng thông tin ngày càng tăng lên Và việc chế tạo và áp dụng thành công việc truyền tin bằng tính chất quang xem như là một thành công lớn đối với các nhà khoa học tuy vậy mạng thông tin quang hiên nay vẫn còn một số hạn chế về chất lượng truyền dẫn như băng thông Tuy vậy để có một hệ thống quang tốt thì tất yếu pải có sự phát triển và cải thiện tốt

Qua môn học thông tin sợi quang, và sự giúp đỡ của thầy “Nguyễn Vũ Anh Quang” em đã quyết định chọn đề tài cho bài tập lớn của môn học này là: “ Bộ phát quang trong thông tin sợi quang”

Em xin chân thành cám ơn thầy “Nguyễn Vũ Anh Quang” đã giúp đỡ và chỉ bảo cho em trong thời gian học qua và quá trình làm bài tập lớn do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian tìm hiểu không nhiều, nên có gì sai sót mong các thầy

cô xem xét , em xin cám ơn

Đà nẵng, ngày 16 tháng 12 năm 2016

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ NGUÔNG PHÁT TRONG THÔNG TIN QUANG 5

1.Bộ phát quang 5

CHƯƠNG II – TÌM HIỂU VỀ NGUỒN PHÁT QUANG LASER 6

2.1 khái niệm laser 6

2.2 Các tính chất của tia Laser : 6

2.2.1 Độ đơn sắc cao 6

2.2.2 Độ định hướng cao 6

2.2.3 Mật độ phổ (độ chói) rất cao 6

2.3 ngyên lí hoạt động 7

CHƯƠNG III – SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG OPTISYSTEM ĐỂ KHẢO SÁT NGUỒN PHÁT LASER 8

3.1 Giới thiệu phần mềm Optisystem 8

3.1.1 giao di n lam vi c cua Optsystem ê ê 8

3.1.2 ứng dụng 8

3.1.3 Các công cụ hiển thị 9

3.2 Tiến hành khảo sát 9

3.2.1 Thiêt k m t h thông quang ê ô ê 9

3.4 Thay đổi tham số sợi quang 16

LỜI CẢM ƠN 18

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 19

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Nguồn phát LED Hình 1.2 Nguồn phát laser 5

Hình 3.1 giao diện Optisystem 8

Hình 3.2 bộ phát quang 10

Hình 3.3 bộ thu quang 11

Hình 3.4 tuyến dẫn quang 11

Hình 3.5 hệ thống quang 12

3.3 chạy mô phỏng 12

Hình 3.6 Phổ trước và sau khi qua sợi quang 13

Hình 3.7 công suất đầu vào 14

Hình 3.8 công suất đầu ra sợi quang 15

Hình 3.9 đồ thị ber của thiết bị đo ber 15

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ NGUÔNG PHÁT TRONG

THÔNG TIN QUANG

1 Bộ phát quang

Bộ phát quang là một trong các thành phần quan trọng nhất của hệ thống thông tin sợi quang Bộ phát tín hiệu quang có chức năng chuyển đổi tín hiệu thông tin đầu vào là tín hiệu điện thành tín hiệu quang tương ứng và ghép vào trong sợi để truyền dẫn tín hiệu Thành phần chủ yếu nhất của bộ phát tín hiệu quang chính là các nguồn quang, thường được chế tạo từ vật liệu bán dẫn Hai loại nguồn quang bán dẫn được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống thông tin sợi quang là diode phát quang LED và laser bán dẫn LD Ưu điểm của những nguồn quang này là kích thước nhỏ gọn, hiệu suất phát xạ cao, độ tin cậy đảm bảo, dải bước sóng phù hợp, vùng phát xạ hẹp tương xứng với kích thước lõi sợi và khả năng điều chế trực tiếp tại các tần số tương đối cao

Hình 1.1 Nguồn phát LED Hình 1.2 Nguồn phát laser

CHƯƠNG II – TÌM HIỂU VỀ NGUỒN PHÁT QUANG LASER

2.1 khái niệm laser

Laser là tên của những chữ cái đầu của thuật ngữ bằng tiếng Anh “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ’’ (Sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích hoạt)

Laser là nguồn ánh sáng nhân tạo thu được nhờ sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ phát ra khi kích hoạt cao độ các phần tử của một môi trường vật chất tương ứng Laser là ánh sáng có nhiều tính chất đặc biệt hơn hẳn ánh sáng

tự nhiên hay nhân tạo khác và có những công dụng rất hữu ích có thể áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật và đời sống

2.2 Các tính chất của tia Laser :

2.2.1 Độ đơn sắc cao

Laser là chùm ánh sáng mà các tia sáng của nó có mức chênh lệch bước sóng nhỏ nhất, so với các chùm sáng đơn sắc khác Sự chênh lệch bước sóng này còn gọi là phổ ánh sáng của chùm ánh sáng

Và dĩ nhiên là phổ càng hẹp thì độ đơn sắc của chùm sáng càng cao Trước khi có laser các nhà vật lý đã tạo được các chùm ánh sáng đơn sắc có chênh lệch bước sóng từ 1Ao đến 10nm, nhưng để sử dụng trong nghiên cứu khoa học Trong khi đó mức chênh lệch bước sóng của chùm ánh sáng laser có thể tới 0,1 Ao

Tính chất này rất quan trọng vì hiệu quả tác dụng của laser khi tương tác với vật chất, với các tổ chức sinh học phụ thuộc vào độ đơn sắc này

2.2.2 Độ định hướng cao

Khác với các nguồn sáng khác, các tia sáng Laser được chọn lọc chỉ phát ra những tia vuông góc với gương, nên hầu như song song với nhau (hay nói theo ngôn ngữ vật lý là góc mở giữa các tia là rất nhỏ) Nhờ vậy, laser có độ định hướng lý tưởng, có thể chiếu đi rất xa, đến mức người ta có thể dùng laser để đo những khoảng cách trong vũ trụ

2.2.3 Mật độ phổ (độ chói) rất cao

Độ chói của nguồn sáng được tính bằng cách chia công suất của chùm sáng cho độ rộng của phổ

Vì độ rộng của phổ Laser rất nhỏ nên laser có độ tập trung các tia sáng rất cao, hay nói cách khác là độ chói rất cao so với các nguồi sáng khác

Ví dụ: laser có công suất thấp là laser He-Ne cũng có độ chói gấp hàng vạn

lần độ chói của ánh sáng mặt trời Những laser có công suất lớn có độ chói cao gấp hàng triệu lần mặt trời

- Công suất của laser

Tùy loại laser mà có nguồi sáng công suất khác nhau Có những loại laser công suất mạnh tương đương công suất 1 vạn nhà máy điện 1 triệu KW Nhựng nguồn laser công suất mạnh có thể sử dụng trong công nghiệp nạêng như khoan cắt vật liệu, hay chế tạo các loại vũ khí, khí tài quân sự

Các loại laser sử dụng trong y học là những laser có công suất thấp như laser He – Ne công suất chỉ khoảng từ 2MW đến 10MW

2.3 ngyên lí hoạt động

* Nguyên lý hoạt động của Laser dựa trên hai hiện tượng:

- Hiện tượng phát xạ kích thích: tạo ra sự khuếch đại ánh sáng trong Laser Khi xảy ra hiện tượng phát xạ kích thích, photon ánh sáng kích thích điện tử ở vùng dẫn tạo ra một photon thứ hai Hai photon này tiếp tục quá trình phát xạ kích thích để tạo ra nhiều photon hơn nữa theo cấp số nhân Các photon này được tạo ra có tính kết hợp (cùng tần số, cùng pha, cùng hướng và cùng phân cực) Như vậy, ánh sáng kết hợp được khuếch đại

- Hiện tượng cộng hưởng của sóng ánh khi lan truyền trong laser: quá trình chọn lọc tần số (hay bước sóng) ánh sáng Theo đó, chỉ những sóng ánh sáng có tần số (hay bước sóng) thỏa điều kiện về pha của hốc cộng hưởng thì mới có thể lan truyền và cộng hưởng trong hốc cộng hưởng được Như vậy, số sóng ánh sáng (có bước sóng khác nhau) do laser Fabry-Perot phát

xạ bị giới hạn, làm giảm độ rộng phổ laser so với LED

CHƯƠNG III – SỬ DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG

OPTISYSTEM ĐỂ KHẢO SÁT NGUỒN PHÁT LASER

3.1 Giới thiệu phần mềm Optisystem

Optisystem là phần mềm mô phỏng hệ thống thông tin quang đang sử dung rộng trãi hiên nay Phần mềm này có khả năng thiết kế, đo kiểm tra và thực hiện tối ưu hóa rất nhiều loại tuyến thông tin quang, dựa trên khả năng mô hình hóa các hệ thống thông tin quang trong thực tế Bên cạnh đó, phần mềm cũng có thể

dễ dàng mở rộng do người sử dụng có thể đưa thêm các phần tử tự định nghĩa vào, phần mềm có dao diện thân thiện, khả năng hiển thị trực quan

3.1.1 giao diện làm việc của Optisystem

Hình 3.1 giao diện Optisystem

3.1.2 ứng dụng

Optisystem cho phép thiết kế tự động hầu hết các loại tuyến thông tin quang ở lớp vật

lý, từ hệ thống đường trục cho đến các mạng LAN, MAN quang Các ứng dụng cụ thể bao gồm:

+ Thiết kế hệ thống thông tin quang từ mức phần tử đến mức hệ thống ở lớp vật lý + Thiết kế mạng TDM/WDM và CATV

+ Thiết kế mạng FTTx dựa trên mạng quang thụ động (PON)

+ Thiết kế hệ thống ROF (radio over fiber)

+ Thiết kế bộ thu, bộ phát, bộ khuếch đại quang

+ Thiết kế sơ đồ tán sắc

+ Đánh giá BER và penalty của hệ thống với các mô hình bộ thu khác nhau +Tính toán BER và quĩ công suất tuyến của các hệ thống có sử dụng khuếch đại quang

3.1.3 Các công cụ hiển thị

Optisystem có đầy đủ các thiết bị đo quang, đo điện Cho phép hiển thị tham số, dạng, chấtlượng tín hiệu tại mọi điểm trên hệ thống.Thiết bị đo quang: -Phân tích phổ (Spectrum Analyzer)

-Thiết bị đo công suất (Optical Power Meter)

-Thiết bị đo miền thời gian quang (Optical Time Domain Visualizer)

-Thiết bị phân tích WDM (WDM Analyzer)

-Thiết bị phân tích phân cực (Polarization Analyzer)

-Thiết bị đo phân cực (Polarization Meter)

Thiết bị đo điện:

-Oscilloscope

-Thiết bị phân tích phổ RF (RF Spectrum Analyzer)

-Thiết bị phân tích biểu đồ hình mắt (Eye Diagram Analyzer)

-Thiết bị phân tích lỗi bit (BER Analyzer)

-Thiết bị đo công suất (Electrical Power Meter)

-Thiết bị phân tích sóng mang điện (Electrical Carrier Analyzer)

3.2 Tiến hành khảo sát

3.2.1 Thiết kệ một hệ thống quang

Hệ thống quang đơn giản gồm có

•Dùng phần mềm mô phỏng Optisystem ta bắt dầu thiết kế

+ bộ phát quang:

Hình 3.2 bộ phát quang

Gồm các bộ:

- Bộ tạo chuổi bit

- Bộ tao xung NRZ

- Khối Mach-Zehnder

- Thành phần phát quang CW Laser

- phân tích quang(power Meter)

- Phân tích phổ(Spectrum Analyzer)

- Thiết bị đo công suất (Optical Power Meter)

+ bộ thu quang và ber

Hình 3.3 bộ thu quang

- Photodetector PIN

- Bộ lọc Bessel Filter

- Khối 3r

- Bộ hiển thị BER

+ Tuyến truyền dân quang

+ hệ thống quang đơn giản

Hình 3.5 hệ thống quang

3.3 chạy mô phỏng

- khoảng cách truyền dẫn là 50km

- công suất phát từ laser là 10dBm

+ hiển thị kết quả mô phỏng bằng các thiết bị đo đặt trên tuyến

- Phổ:

Hình 3.6 Phổ trước và sau khi qua sợi quang

Hình 3.7 công suất đầu vào

Hình 3.8 công suất đầu ra sợi quang

Hình 3.9 đồ thị ber của thiết bị đo ber

Nhận xét

1 Khi công suất tăng thì Min log of BER giảm, và ngược lại vì Q-Factor Đúng với nhưng khảo sát trên lý thuyết Sự thay đổi công suất đầu vào và đầu ra của sợi quang, do ảnh hưởng của các yếu tố tán sac và phi tuyến

2 Sự ảnh hưởng của công suất đầu vào với đầu thu BER có thể thấy rõ hơn nếu tăng khoảng giá trị quét của tham số công suất rộng hơn Có thể thấy, một giá trị nào đó của công suất, Min log of BER sẽ tăng lên mà không giảm đi

3.4 Thay đổi tham số sợi quang

- Tốc độ truyền dẫn: từ 1550nm xuống 1350nm như hình

- Kết luận: sự thay đổi thông số của sợi quang có bước song 1350 có suy hao lớn hơn sợi quang có bước sóng 1550nm, giá trị ber tăng lên

LỜI CẢM ƠN

Sau quãng thời gian, chúng em đã được trang bị một số kiến thức cơ bản để thực hiện bài thiết kế môn học Đó là kết quả học tập và nghiên cứu của chúng

em có sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy

Và khoảng thời gian làm thiết kế môn học, chính là điều kiện để chúng em kiểm tra và củng cố lại kiến thức đã thu thập được và đồng thời bổ sung thêm kiến thức mới để có thể hoàn thiện cơ sở lý thuyết cho môn học.Tuy nhiên vì thời gian còn hạn và sự hạn chế về kiến thức, chắc chắn bài thiết kế này sẽ không tránh khỏi những sai sót Rất mong được sự chỉ dẫn thêm của thầy

Em xin chân thành cảm ơn

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2016

Giảng viên