Thông tin quang là một phương thức dùng ánh sáng để truyền dẫn thông tin.Hệ thống thông tin quang bao gồm một đầu phát dùng để mã hóa thông tin thành tín hiệu ánh sáng, kênh truyền dùng để truyền tín hiệu đến đích, đầu thu dùng để tái tạo lại thông tin từ tín hiệu nhận được.Thông tin cáp sợi quang là kỹ thuật thông tin quang phổ biến nhất. Tuy nhiên, ống dẫn sóng quang cũng được dùng trong một số ứng dụng có khoảng cách rất ngắn trong phòng thí nghiệm...
Chương6: THÔNG TIN QUANG C H Ư Ơ N G KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG HỆ THỐNG GHÉP KÊNH QUANG WDM BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG 6.1 Sự phát triển thông tin quang Thông tin quang bắt đầu phát minh thành công Laser năm 1960 Năm 1966 chế tạo sợi quang có độ tổn thất thấp Phát triển thành công năm 70, độ tổn thất suy hao sợi quang giảm đến 0.18dB/km Hiện hệ thống thông tin quang truyền dẫn tất tín hiệu dịch vụ băng hẹp, băng rộng đáp ứng yêu cầu mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN Ưu điểm thông tin quang Băng thông khổng lồ đầy tiềm Sợi quang kích thước nhỏ nhẹ Sự cách li điện Không bị ảnh hưởng nhiễu xuyên âm Bảo mật thông tin: ánh sáng từ sợi quang bị xạ cách khơng đáng kể nên chúng có tính bảo mật tín hiệu cao Suy hao thấp: phát triển sợi quang qua nhiều năm đạt kết việc chế tạo sợi quang có độ suy hao thấp Tính linh hoạt: lớp bảo vệ cần thiết, sợi quang chế tạo với sức căng cao, bán kính nhỏ Độ tin cậy hệ thống dễ bảo dưỡng: đặc tính suy hao thấp sợi quang nên giảm yêu cầu số lặp trung gian số khuếch đại đường truyền Giá thành thấp đầy tiềm năng: thủy tinh cung cấp cho thông tin quang lấy từ cát, nguồn tài nguyên khan Các thành phần sợi quang điển hình Hiện tượng phản xạ toàn phần Hiện tượng phản xạ khúc xạ ánh sáng sợi quang: n1 sinφ = n2sinφ sin φ c=n2/n1 Hiện tượng phản xạ toàn phần (tt) Như vậy, điều kiện để xảy tượng phản xạ toàn phần sau: Các tia sáng phải từ môi trường có chiết suất lớn sang mơi trường có chiết suất nhỏ Góc tới tia sáng phải lớn góc tới hạn Khẩu độ số Khẩu độ số (NA) sợi Khẩu độ số (NA) sợi 10 Hình 5: Hệ thống TDM Hình 6: Hệ thống WDM WDM tiến lớn cơng nghệ truyền thơng quang, cho phép tăng dung lượng kênh mà không cần tăng tốc độ bit đường truyền không cần dùng thêm sợi dẫn quang 23 Cấu trúc hệ thống WDM Hình 7: Cấu trúc hệ thống WDM 24 Nguyên lí hoạt động hệ thống WDM Hình 8: Ngun lí ghép kênh phân chia theo bước sóng Các thiết bị tích cực/ chủ động cần thiết để ghép, phân bố, cách li khuếch đại công suất quang bước sóng khác 25 Thành phần then chốt hệ thống WDM ghép tách kênh Tín hiệu quang tạo từ laser diode có bước sóng khác λ1,λ2,λ3,…λn WDM kết hợp tín hiệu đầu vào thành tín hiệu nhiều bước sóng đầu ra, q trình gọi ghép kênh Tín hiệu ghép truyền sợi quang đến bên thu Bên thu tiến hành tách kênh bước sóng khác λ1,λ2,λ3,…λn 26 Kênh Kênh Nguồn λ1 Nguồn λ2 sợi quang Thiết bị WDM quang Thiết bị WDM Thu λ1 Kênh Thu λ2 Kênh Thu λn Kênh n λ1 , λ , , λ n Kênh n Nguồn λn (a) Hình 9: Hệ thống WDM theo hướng (a) Hệ thống WDM chiều: có nghĩa tất kênh sợi quang truyền dẫn theo chiều 27 Kênh vào Kênh Nguồn λ1 Thiết bị WDM Một sợi quang Thiết bị WDM Thu λ1 λ1 Kênh Thu λ2 λ2 Nguồn λ2 Kênh vào (b) Hình 9: Hệ thống WDM theo hai hướng (b) Hệ thống WDM hai chiều: có nghĩa kênh quang sợi quang truyền dẫn theo hai hướng khác nhau, dùng bước sóng tách rời để thơng tin hai chiều Hệ thống WDM hai chiều giảm số lượng khuếch đại đường dây 28 Ưu điểm hệ thống WDM 29 30 Nguyên lý hoạt động EDFA Bộ khuếch đại quang bao gồm đoạn ngắn pha tạp ion Erbium (gọi sợi EDF) Erbium nguyên tố đất có tính quang tích cực làm tác nhân cho xạ cưỡng 31 Trạm lặp quang-điện 32 KHUẾCH ĐẠI QUANG EDFA Đầu vào WDM EDF Bộ cách li Đầu Bộ cách li Hình 14: Khuếch đại EDFA Cấu trúc khuếch đại quang sợi EDFA gồm sợi pha tạp Erbium, Laser bơm, ghép bước sóng quang WDM cách li quang Sợi pha Erbium thường có độ dài lớn 10m 33 Trên thực tế,ánh sáng bơm sử dụng cho EDFA sử dụng hai bước sóng 980nm 1480nm Vùng bước sóng hoạt động EDFA: 1530 -1565nm Độ khuếch đại giảm nhanh chóng vùng bước sóng lớn 1565nm 0dB bước sóng 1616nm 34 35 Trạng thái đất(mức có lượng thấp nhất) ký hiệu 4I 15/2, mức I13/2 mức siêu bền tương ứng với mức lượng mà ion Er 3+ có thời gian sống lâu Thơng qua hấp thu lượng ánh sáng bơm chuyển từ trạng thái đất lên mức lượng tương ứng 4I13/2, 4I11/2, 4I … 9/2 Các ion mức 4I11/2, 4I9/2…sẽ phân rã không phát xạ chuyển xuống trạng thái siêu bền Khi tín hiệu quang tới đầu vào sợi EDF đến gặp ion Er 3+ kích thích phân bố dọc theo lõi sợi xảy q trình xạ kích thích Q trình tạo photon phụ có pha hướng với tín hiệu tới ta thu cường độ ánh sáng tín hiệu đầu EDF lớn đầu vào 36 Các đặc tính EDFA Dải khuếch đại EDFA 37 ... triển thông tin quang Thông tin quang bắt đầu phát minh thành công Laser năm 1960 Năm 1966 chế tạo sợi quang có độ tổn thất thấp Phát triển thành công năm 70, độ tổn thất suy hao sợi quang. .. thống thông tin quang truyền dẫn tất tín hiệu dịch vụ băng hẹp, băng rộng đáp ứng yêu cầu mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN Ưu điểm thông tin quang Băng thông khổng lồ đầy tiềm Sợi quang kích... sóng quang mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành Ngoài thành phần chủ yếu trên, tuyến thơng tin quang cịn có ghép nối quang (connector), mối hàn, chia quang trạm lặp; tuyến thơng tin quang