Hệ thống thông tin quang và công nghệ ghép kênh theo thời gian luận văn tốt nghiệp đại học

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÀ NGHÉP KÊNH OTDM Sinh viên thực hiện : Vũ Văn Nam VINH 2011– MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU .7 CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 9 1.1. Sự phát triển của thông tin quang 9 1.2. Cấu trúc hệ thống thông tin quang .9 1.3. Ưu, nhược điểm và ứng dụng của hệ thống thông tin quang .11 1.3.1. Ưu điểm 11 1.3.2. Nhược điểm .12 1.3.3. Ứng dụng .13 CHƯƠNG II: CÁP SỢI QUANG 14 2.1. Bản chất ánh sáng 14 2.1.1. Các định luật cơ bản của ánh sáng 14 2.1.2. Đặc tính phản xạ của sợi quang 15 2.2. Cáp sợi quang .16 2.2.1. lõi cáp sợi quang .17 2.2.2. Vỏ cáp quang 17 2.2.3. Phần tử gia cường .18 2.2.4. Các phần tử khác trong lõi cáp 19 2.3. Phân loại sợi quang 20 2.3.1. Phân loại theo vật liệu điện môi 20 2.3.2. Phân loại theo mode lan truyền .21 2.3.3. Phân loại theo phân bố chỉ số khúc xạ 21 2.4. Các nguyên tắc lan truyền trong ánh sáng sợi quang .22 2.4.1. Ánh sáng lan truyền trong sợi quang đa mode chiết suất bậc .22 2.4.2. Ánh sáng lan truyền trong sợi quang đa mode chiết suất liên tục .23 2.4.3. Sợi quang đơn mode chiaats suất bậc .24 2.5. Đặc tính suy hao của sợi quang(AT) .24 2.5.1. Các yếu tố suy hao bên trong 24 2.5.2. Suy hao do công nghệ chế tạo sợi quang 25 2 2.5.3. Các nguyên nhân suy hao bên ngoài .26 2.5.4. Suy hao do hàn nối sợi 26 2.5.5. Méo mod .27 2.6. Các hình thức lắp đặt cáp .27 2.6.1. Cáp treo .27 2.6.2. Cáp cống .29 2.6.3. Cáp chôn trực tiếp .29 2.6.4. Cáp trong nhà và cáp vượt 29 2.6.5. Cáp thả dưới nước .30 2.6.6. Cáp thả biển 30 2.7. Hàn sợi quang 32 2.7.1 Nhận xét .32 2.7.2. Các phương pháp hàn cơ học 33 CHƯƠNG III: NGUỒN PHÁT QUANG Error: Reference source not found 3.1. Nguyên lý bức xạ ánh sáng của chất bán dẫn Error: Reference source not found 3.1.1. Nguyên lý bức xạ ánh sáng . Error: Reference source not found 3.1.2. Các chất bán dẫn dùng để chế tạo nguồn phát quang Error: Reference source not found 3.2 Phân loại nguồn phát quang Error: Reference source not found 3.3. Diode phát quang (LED) Error: Reference source not found 3.3.1. LED phát xạ mặt 3 Error: Reference source not found 3.3.2. LED phát xạ cạn Error: Reference source not found 3.3.3. Các đặc trưng kỹ thuật của LED Error: Reference source not found 3.4. LASER (Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation) Error: Reference source not found 3.4.1. Cấu trúc và nguyên tắc làm việc Error: Reference source not found 3.4.2. Một số loại laser được sử dụng Error: Reference source not found 3.4.2.1. Laser đa mode Fabry_Pero (F_P) Error: Reference source not found 3.4.2.2. LASER đơn mode Error: Reference source not found 3.4.3. Các đặc trưng của laser Error: Reference source not found CHƯƠNG IV: NGUỒN THU QUANG Error: Reference source not found 4.1. Khái quát về nguồn thu quang Error: Reference source not found 4 4.2. Photo diode P-N Error: Reference source not found 4.2.1. Cấu tạo và nguyên tắc tách sóng quang của photo diode P-N Error: Reference source not found 4.1.3. Các đặc tính kỹ thuật của photo diode P- N Error: Reference source not found 4.3. Photo diode PIN Error: Reference source not found 4.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc Error: Reference source not found 4.3.2. Tham số kỹ thuật của PIN Error: Reference source not found 4.4. Photo diode thác APD Error: Reference source not found 4.4.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc Error: Reference source not found 4.4.2. Các tham số kỹ thuật của APD Error: Reference source not found CHƯƠNG V: GHÉP KÊNH QUANG PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN Error: Reference source not found 5.1. Tổng quan về hệ thống ghép kênh phân chia theo thời gian OTDM 5 Error: Reference source not found 5.1.1. Nguyên lý ghép kênh trong hệ thống OTDM Error: Reference source not found 5.1.2 Phát tín hiệu trong hệ thống OTDM Error: Reference source not found 5.2 Giải ghép và xen rẽ kênh trong hệ thống OTDM Error: Reference source not found 5.2.1 Giải ghép Error: Reference source not found 5.2.2. Xen rẽ kênh Error: Reference source not found 5.2.3 Đồng bộ quang trong hệ thống OTDM Error: Reference source not found 5.3. Đặc tính truyền dẫn của OTDM Error: Reference source not found 5.4. Bộ khuếch đại sợi quang pha trộn ERBIUM (EDFA) Error: Reference source not found 5.4.1 Các cấu trúc EDFA Error: Reference source not found 5.4.2. Lý thuyết khuếch đại trong EDFA Error: Reference source not found 5.4.3. Yêu cầu đối với nguồn bơm 6 Error: Reference source not found 5.4.4. Phổ khuếch đại Error: Reference source not found 5.5. Kết luận chương Error: Reference source not found KẾT LUẬN Error: Reference source not found DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Error: Reference source not found DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ BẢNG: BẢNG 2.1: Các đặc tính của phần tử gia cường BẢNG 2.2: Phân loại sợi quang BẢNG 3.1: So sánh ELED và SLED BẢNG 4.1: Các tham số kỹ thuật của photo diode PIN BẢNG 4.2: Các thông số kỹ thuật APD BẢNG 5.1: Bảng tóm tắt các phương pháp ghép kênh OTDM BẢNG 5.2: So sánh hai mức bơm 980nm và 1480nm BẢNG 5.3: Bảng so sánh EDFA hoạt động trong băng C và L HÌNH: 7 HÌNH 1.1: Cấu trúc cơ bản của hệ thống thông tin quang HÌNH 2.1: Hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng HÌNH 2.2: Ảnh hưởng của tán xạ lên tín hiệu digital(a) và tín hiệu analog HÌNH 2.3: Cách đặt phần tử gia cường HÌNH 2.4: Ánh sáng truyền qua sợi quang đa mode chiết suất bậc HÌNH 2.5: Ánh sáng truyền qua sợi quang đa mode chiết suất liên tục HÌNH 2.6: Ánh sáng truyền qua sợi quang đơn mode chiết suất liên tục HÌNH 2.7: Các loại cáp phòng tự treo HÌNH 2.8: Cáp trong nhà và cáp vượt HÌNH 2.9: Cáp thả biển HÌNH 2.10: Hàn cơ học bằng ống mao HÌNH 2.11: Hán cơ học bằng măng xông cơ học HÌNH 3.1: Dải cấm năng lượng trực tiếp HÌNH 3.2: Dải cấm năng lượng gián tiếp HÌNH 3.3: Cấu tạo của LED phát xạ mặt HÌNH 3.4: Cấu trúc LED phát xạ cạnh HÌNH 3.5: a) Bức xạ tự phát HÌNH 3.5: b) bức xạ kích thích HÌNH 3.6: Cấu trúc của bộ lọc ngoài HÌNH 3.7: Đồ thị phổ bức xạ của LASER HÌNH 4.1: Đường cong độ nhạy R và hiệu suất lượng tử η HÌNH 4.2: Cấu tạo của photo diode quang HÌNH 4.3: Cấu tạo của diode thác APD HÌNH 5.1: Sơ đồ hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM ghép 4 kênh quang HÌNH 5.2: Nguyên lý của bộ ghép kênh thời gian (DEMUX) sử dụng chuyển mạch phân cực quang HÌNH 5.3: Cấu hình PLL quang để trích lấy clock HÌNH 5.4: Cấu trúc tổng quát của một bộ khuếch đại EDFA HÌNH 5.5: Mặt cắt ngang của một sợi quang ion Erbium 8 HÌNH 5.6: Giản đồ năng lượng của ion Er 3+ HÌNH 5.7: Phổ hấp thụ và phổ độ lợi HÌNH 5.8: Quá trình khuếch đại tín hiệu xảy ra với 2 bước sóng bơm 980nm và 1480nm. HÌNH 5.9: Cấu hình bộ khuếch đại EDFA được bơm kép CÁC TỪ VIẾT TẮT APD Avalanche Photo Diode Điốt tách sóng thác APS Automatic Protection Switching Cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động AS Absortion Spectrum Phổ hấp thụ BUF Bandwidth Utilization Factor Hệ số sử dụng băng thông CLP Counterdirectional Pumping Bơm ngược CP Condirectional Pumping Bơm thuận CR Coupling Ratio Tỉ số ghép D Directivity Tính dịnh hướng DH Double-Heterojunction Dị thể ghép cấu trúc DP Dual Pumping Bơm hai chiều DSF Dispersion shifted Fiber Sợi quang dịch chuyển vị trí tán sắc EDF Erbium –Doped Fiber Sợi quang pha ion đất hiếm Erbium EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi pha trộn Erbium FBGF Flouride-Based Glass Fiber Sợi thủy tinh Flouride 9 FBT Fuset Bin conicaljager Coupler thông dụng GI Gradexindex Sợi quang chiết suất biến đổi Gradien GS Gain Spectrum Phổ độ lợi IL Insertion Loss Suy hao xen ISI Inter symbol Interference Sự giao thoa giữa các kí hiệu LD Laser Diode Điốt Lase LED Light Emitting Diode Đi ốt phát quang LW Linewidth Độ rộng kênh truyền MaD Material Dispersion Tán sắc vật liệu MB Mestable Bend Vùng giả bến MGF Multicomponent Glass Fiber Sợi quang thủy tinh đa vật liệu MM-GI Multimode Gradexindex Sợi quang đa mode biến đổi Gradien MM-SI Multimade Stepindex Sợi quang đa mode chiết suất nhảy bậc MoD Mode Dispersion Tán sắc mode NC Nonradiative Cecay Phân rã không bức xạ NOLM Norlinear-Loop-Mirror Gương vòng phi tuyến OFDM Optical Frequency Division Multiplexing Ghép kênh quang phân chia theo tần số OTDM Optical Time Division Multiplexing Ghép kênh quang phân chia theo thời gian OTN Optical Transport Network Mô hình mạng truyền tải quang OWDM Optical Wave Division Multiplexing Ghép kênh quang phân chia theo bước sóng OxC Optical Crossconnect Bộ kết nối chéo quang P Padiation Phóng xạ ánh sáng PDH Plesiochronous Digital Hierarchy Phân cấp số cận đồng bộ PDL Polarization Dependent Loss Suy hao do phân cực PIN Positi Intrinsic Nagative Điốt PIN PL Pumping Laser Laser bơm PLL Phase-Locked-Loop Mạch khóa pha 10