ĐỀ CƯƠNG THÔNG TIN QUANG

ĐỀ CƯƠNG THÔNG TIN QUANG CÂU 1: TỔNG QUAN THÔNG TIN QUANG: ƯU NHƯỢC ĐIỂM, CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI SỢI QUANG ? CÂU 2: VẼ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG TTQ đơn giản. nêu chức năng các khối. CÂU 3: HỆ THỐNG PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG: KHÁI NIỆM, ƯU NHƯỢC ĐIỂM, PHÂN LOẠI Mục đích của ghép kênh là chia sẻ băng thông của kênh truyền dẫn đơn lẻ giữa các người dùng khác nhau Ghép kênh pchia theo bước sóng WDM là công nghệ trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng th quang + ở đầu phát, nhiều th quang có bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền đi trên một sợi quang. + ở đầu thu, th tổ hợp đó được phân giải ra (tách kênh), khôi phục lại th gốc rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau Phân loại WDM: • Hệ thống đơn hướng: chỉ truyền theo một chiều trên sợi quang vì thế để truyền thông tin giữa hai điểm cần hai sợi quang • Hệ thống song hướng: truyền hai chiều trên một sợi quang nên chỉ cần 1 sợi quang để có thể trao đổi thông tin giữa hai điểm Ưu điểm: • Tăng băng thông truyền trên sợi quang số lần tương ứng số bước sóng được ghép vào để truyền trên một sợi quang • Tính trong suốt: do công nghệ WDM thuộc kiến trúc lớp mạng vật lý nên có thể hỗ trợ các dạng định dạng số liệu và thoại như: ATM, chuyển mạch kênh, IP,.. • Khả năng mở rộng: công nghệ mới trong WDM có thể sẽ làm tăng băng thông truyền trên sợi quang lên đến hàng Tbps • Hiện nay chỉ có duy nhất WDM cho phép xây dựng mô hình mạng truyền tải OTN (optical transport network) giúp truyền tải trong suốt nhiều loại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu quả. Nhược điểm: • Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang (chỉ ở mức băng C(15301565nm) và L(15651625nm)) • Quá trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp hơn gấp nhiều lần • Nếu hệ thống sợi quang đang sử dụng là sợi DSF theo chuẩn G.653 thì rất khó triển khai WDM vì xuất hiện hiện tượng trộn bốn bước sóng khá gay gắt. + Trong hệ thốngWDM sử dụng các tần số góc ω1....ωn, sự phụ thuộc của chiết suất vào cường độ (công suất) không chỉ gây ra sự dịch pha trong mỗi kênh mà còn sinh ra tần số mới như là 2ωiωj và ωi+ωjωk. Hiện tượng này gọi là hiện tượng trộn bốn bước sóng (FWM_Fourwave Mixing). CÂU 4: LASER: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, CẤU TRÚC, ĐẶC TÍNH VÀ SO SÁNH VỚI LED ...

ĐỀ CƯƠNG THÔNG TIN QUANG CÂU 1: TỔNG QUAN THÔNG TIN QUANG: ƯU NHƯỢC ĐIỂM, CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI SỢI QUANG ? - Thông tin quang phg thức dùng ánh sáng để truyền dẫn thông tin Cấu trúc gồm: • Bộ phát quang (LED or LASER) • Bộ thu quang (PIN or APD) • Mơi trường truyền dẫn cáp sợi quang - Nguyên lý: t/ điện ngõ vào (điện thoại, số liệu or Fax) đưa đến E/O để chuyển thành t/h quang sau gửi vào cáp quang Khi truyền qua sợi quang cs t/h (ánh sáng) bị suy yếu dần dạng sóng bị rộng Khi truyền tới đầu bên sợi quang, t/h đưa vào O/E để tạo lại t/h điện, khôi phục lại nguyên dạng ban đầu mà t/h điện ngõ vào gửi Ưu điểm: • suy hao thấp: cho phép k/cách lan truyền dài • dải thơng rộng: sợi quang có băng thơng rộng cho phép thiết lập h/thống truyền dẫn số tốc độ cao (THz) • trọng lượng nhẹ: dễ dàng lắp đặt • kích thước nhỏ: dễ dàng cho việc thiết kế mạng chật hẹp k/gian lắp đặt cáp • k bị can nhiễu SĐT điện cơng nghiệp • an tồn: sợi quang chất điện mơi nên k dẫn điện • bảo mật: sợi quang khó trích t/h k xạ lượng điện từ nên k thể bị trích để lấy trộm thơng tin phg tiện điện thông thường dẫn điện bề mặt hay cảm ứng điện từ khó trích lấy thơng tin dạng t/h quang • linh hoạt: hệ thống TTQ khả dụng cho hầu hết dạng TTS liệu, thoại video nhược điểm: • biến đổi điện-quang: trước đưa t/h thơng tin điện vào sợi quang, t/h điện phải biến đổi thành sóng ánh sang - - dịn, dễ gẫy: sợi quang sử dụng viễn thông chế tạo từ thủy tinh nên dòn dễ gẫy kích thước sợi nhỏ nên việc hàn nối gặp nhiều khó khăn • sửa chữa • an tồn lao động: hàn nối sợi quang cần để mảnh cắt vào lọ kín để tránh đâm vào tay, k có phg tiện phát mảnh thủy tinh thể Phân loại sợi quang: • Sư phân bố chiết suất sợi quang + chiết suất lớp bọc k đổi + chiết suất lõi nói chung thay đổi theo bán kính sợi quang (tâm nằm trục lõi) • Sợi chiết suất phân bậc SI (step-index) • Sợi chiết suất giảm dần GI (graded-index) • Sợi đa mode (multi-mode) : truyền đồng thời nhiều mode sóng +mode sóng trạng thái truyền ổn định ánh sang trog sợi quang Số mode sóng phụ thuộc vào thơng số sợi • Sợi đơn mode (single-mode): sợi có mode sóng lan truyền • - CÂU 2: VẼ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG TTQ đơn giản nêu chức khối - Phần đầu câu đến nguyên lý (.) CÂU 3: HỆ THỐNG PHÂN CHIA THEO BƯỚC SÓNG: KHÁI NIỆM, ƯU NHƯỢC ĐIỂM, PHÂN LOẠI - - Mục đích ghép kênh chia sẻ băng thông kênh truyền dẫn đơn lẻ người dùng khác Ghép kênh p/chia theo bước sóng WDM cơng nghệ sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng t/h quang + đầu phát, nhiều t/h quang có bước sóng khác tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền sợi quang + đầu thu, t/h tổ hợp phân giải (tách kênh), khơi phục lại t/h gốc đưa vào đầu cuối khác Phân loại WDM: • Hệ thống đơn hướng: truyền theo chiều sợi quang để truyền thông tin hai điểm cần hai sợi quang Hệ thống song hướng: truyền hai chiều sợi quang nên cần sợi quang để trao đổi thông tin hai điểm Ưu điểm: • Tăng băng thông truyền sợi quang số lần tương ứng số bước sóng ghép vào để truyền sợi quang • Tính suốt: cơng nghệ WDM thuộc kiến trúc lớp mạng vật lý nên hỗ trợ dạng định dạng số liệu thoại như: ATM, chuyển mạch kênh, IP, • Khả mở rộng: cơng nghệ WDM làm tăng băng thông truyền sợi quang lên đến hàng Tbps • Hiện có WDM cho phép xây dựng mơ hình mạng truyền tải OTN (optical transport network) giúp truyền tải suốt nhiều loại hình dịch vụ, quản lý mạng hiệu Nhược điểm: • Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động sợi quang (chỉ mức băng C(1530-1565nm) L(1565-1625nm)) • Q trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp gấp nhiều lần • Nếu hệ thống sợi quang sử dụng sợi DSF theo chuẩn G.653 khó triển khai WDM xuất hiện tượng trộn bốn bước sóng gay gắt + Trong hệ thốngWDM sử dụng tần số góc ω1 ωn, phụ thuộc chiết suất vào cường độ (công suất) không gây dịch pha kênh mà sinh tần số 2ωi-ωj ωi+ωj-ωk Hiện tượng gọi tượng trộn bốn bước sóng (FWM_Fourwave Mixing) • - - CÂU 4: LASER: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, CẤU TRÚC, ĐẶC TÍNH VÀ SO SÁNH VỚI LED - - Laser (light amplification by stimulated emission of radiation) KĐ ánh sáng phát xạ kích thích Cấu trúc: buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, nguồn nuôi hệ thống dẫn quang • Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser chất đặc biệt có k/năng KĐ ánh sáng phát xạ cưỡng để tạo laser Nguyên lý hoạt động: • Dưới tác động HĐT cao, e thạch anh di chuyển từ mức lượng thấp lên mức lượng cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ tích lũy e mức lượng cao, số e rơi ngẫu nhiên xuống mức lượng thấp, giải phóng hạt ánh sáng gọi photon • hạt photon tỏa nhiều hướng khác từ nguyên tử, va phải nguyên tử khác, kích thích e nguyên tử rơi xuống tiếp, sinh thêm photon tần số, pha hướng bay, tạo nên phản ứng dây chuyền KĐ dịng ánh sáng • photon bị p/xạ qua lại nhiều lần vật liệu, nhờ gương để tăng hiệu suất KĐ ánh sáng • số photon ngồi nhờ có gương bán mạ dầu vật liệu tia sáng laser so sánh với LED: • - Ngồi ra, LED thơng thường sử dụng bước sóng 850nm 1310nm, cịn laser sử dụng chủ yếu 1310nm 1550nm CÂU 5: BỘ TÁCH SÓNG QUANG: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, CẤU TRÚC - - - mục đích tách sóng quang (photodiode PIN) chuyển đổi ánh sáng phát từ sợi quang trở thành t/h điện, KĐ hồi phục trở lại thành tín hiệu dạng đầu vào t/bị quang Cấu trúc: gồm vùng bán dẫn p, n, lớp tự dẫn i mỏng Nguyên lý hoạt động: • Bình thường photodiode phân cực ngược, diode k có dịng, có dịng ngược nhỏ gọi dịng tới • Khi có ánh sáng vào photodiode photon sinh lớp p, i, n, cặp điện tử lỗ trống • Các điện tử bị hút miền n có diện áp dương, cịn lỗ trống phía miền p có điện áp âm nhờ điện trường So sánh PIN vs APD (diode quang thác) • • • • Hai loai phân cực ngược, để k có ánh sáng có dịng trơi nhỏ PIN có tạp âm nội nhỏ, song k có k/năng KĐ dịng điện nên k nâng cao độ nhạy máy thu APD có tạp âm nội lớn có k/năng KĐ dịng điện nên nâng cao độ nhạy PIN hoạt động với tốc độ bí k lớn đến vài ba trăm Mbit/s cịn APD hoạt động với tốc độ tới hàng Gbit/s PIN cần điện áp cung cấp nhỏ, APD cần điện áp cung cấp lớn đến hàng trăm V, APD có đặc tính làm việc phụ thuộc vào nhiệt độ nhiều cần sử dụng nguồn áp để điều chỉnh nhiệt độ phí tăng CÂU 6: BỘ KĐ QUANG: NGUN LÝ, TĂNG ÍCH VÀ BĂNG THƠNG TĂNG ÍCH, TẠP ÂM - - Bộ KĐ quang t/bị dùng hệ thống TTQ, liệu quang, chất t/h quang học t/h truyền xa có suy hao Ngun lý : • Hiện tượng phát xạ kích thích: + tượng phát xạ kích thích xảy điệntử dang trạng thái lượng cao bị kích thích photon khác chuyển xuống mức lượng thấp trình phát photon có lượng với lượng, phương truyền, phân cực, pha tần số với photon kích thích ban đầu tức trình KĐ ánh sáng thực • Hiện tượng hấp thụ: + tượng hấp thụ xảy photon có lượng hf12 bị hấp thụ điện tử trạng thái lượng thấp trình xay lượng hf12 với độ chênh lệch lượng trạng thái cao trạng thái thấp điện tử nguyên nhân gây suy hao t/h quang qua KĐ quang • Hiện tượng phát xạ tự phát: + điện tử chuyển trạng thái lượng từ mức lượng cao E2 xuống mức lượng thấp E1 phát lượng dạng photon ánh sáng Quá trình xảy cách tự nhiên trạng thái lượng E2 kp trạng thái lượng bền vững điện tử Tăng ích (độ lợi - Gain): tỷ số cs quang ngõ chia cho cs quang ngõ vào G = (lần) G (dB) = 10log[] - - Băng thơng tăng ích: xác định điểm -3dB so với độ lợi đỉnh KĐ Giá trị băng thông độ lợi xác định băng thơng t/h truyền KĐ quang Tạp âm: KĐ quang tạo tạp âm ASE (), tạp âm ASE thường hạn chế lọc quang + công suất tạp âm trung bình: băng thơng lọc quang : mật độ phổ công suất tạp âm ASE CÂU 7: CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA PHÂN LOẠI BỘ KĐ QUANG ? - - - Bộ KĐ sợi quang kích tạp Erbium (EDFA- erbium doped fiber amplifier) • Đầu bơm laser (980/1480nm) ghép vào sợi silica kích tạp làm cho ion Erbium () chuyển sang trạng thái kích thích • Các t/h quang mang tin di chuyển qua sợi quang kích tạp kích thích ion trạng thái  tạo hiệu ứng KĐ • KĐ (G ≈ 20dB ) t/h mag tin băng C • t/h băng L đươc KĐ có khác biệt (phổ đạt phẳng nhiều, độ lợi nhỏ 1/3, tạp âm ASE cao hơn tín hiệu băng C or L thực riêng biệt) Bộ KĐ sợi quang Raman (RFA) • t/h mang tin tự KĐ truyền lan qua sợi quang • sử dụng hiệu ứng phi tuyến (stimulated raman scattering) sợi quang để truyền cs từ t/h bơm cs lớn sang t/h mang tin • điều chỉnh để đảm bảo đạt độ tăng ích KĐ tồn bước sóng cách sử dụng nhiều nguồn bơm • thực tế RFA sử dụng để bù cho EDFA Bộ KĐ quang dùng bán dẫn (SOA) • Tương tự laser bán dẫn k có gương phản xạ • Vùng tích cực cấu tạo vật liệu bán dẫn • Cấu trúc vùng tích cực SOA tương tự vùng tích cực laser bán dẫn điểm khác biệt SOA hoạt động trạng thái mức ngưỡng phát xạ • Nguồn cung cấp lượng để KĐ t/h quang dịng điện • Ưu điểm: băng thơng KĐ 30-100nm, tích hợp với t/bị khác • Nhược điểm: + xuất nhiễu xuyên âm(tỉ số công suất ngõ tạo ngõ vào mong muốn công suất ngõ tạo ngõ vào không mong muốn Giá trị cao tốt, thường khoảng 80 dB.) hệ thống WDM giảm độ lợi (nhiễu xuyên âm ) + suy hao đầu vào cao CÂU 8: ĐẶC ĐIỂM BỘ LỌC QUANG: ĐỊNH NGHĨA, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, ỨNG DỤNG ? - - Bộ lọc quang t/bị cho phép kênh bước sóng qua, khóa tất kênh có bước sóng khác Nguyên lý: • Là giao thoa t/h, bước sóng hoạt động lọc cộng pha nhiều lần qua nó, kênh bước sóng khác, ngược lại bị triệt tiêu pha ứng dụng: • dùng nhiều ứng dụng mạng quag + sử dụng ghép tách kênh WDM + lọc tạp âm ASE tuyến có KĐ quang + san tăng ích KĐ quang + tạo dạng chia cắt phổ nguồn quang có phổ vạch rộng CÂU 9: ĐẶC ĐIỂM CÁC BỘ TÁCH, GHÉP, KẾT HỢP QUANG, BỘ CÁCH LY, BỘ CẦU XOAY, BỘ SUY HAO QUANG? - Bộ tách/ghép t/h (coupler) t/bị quang dùng để kết hợp t/h truyền đến từ sợi quang khác Nếu coupler cho phép ánh sáng truyền qua theo chiều gọi coupler có hướng, cịn cho ánh sáng theo chiều coupler song hướng • Đặc điểm: Coupler chế tạo cách đặt sợi quang cạnh nhau, sau vừa nung chảy để chúng kết hợp với vừa kéo dãn để tạo thành vùng ghép (coupling region) Một coupler x đặc trưng tỉ số ghép α (00 P0 =0  r = ∞ Thực tế r trog khoảng 10-20dB (khuyến nghị ≥12dB ) Suy giảm tỉ số phân biệt dẫn tới suy giảm khác biệt cs mức Tạo thiệt hại cs so với hệ thống lý tưởng (r = ∞) Máy thu: • Các tham số t/kế hệ thống liên quan đến máy thu gồm: + độ nhạy máy thu: y/cầu mức cs quang trung bình để đạt mức BER xác định + mức tải: cs vào máy thu cực đại cho phép CÂU 14: TÓM TẮT LỊCH SỬ SOLITON? BẢN CHẤT CỦA SOLITON SỢI? SOLITON CƠ BẢN VÀ BẬC CAO? NHỮNG KHÓ KHĂN KHI TRIỂN KHAI HỆ THỐNG? - Lịch sử soliton: • Từ soliton đưa vào nằm 1965 để miêu tả thuộc tính phân tử đường bao xung môi trường phi tuyến tán sắc điều kiện đường bao xung k lan truyền k méo mà tồn va chạm phần tử làm • Vậy soliton thuật ngữ biểu diễn xung lan truyền qua k/cách dài mà k thay đổi hình dạng xung đưa k/năng đặc biệt để truyền xung k nhạy cảm với tán sắc • Sự tồn soliton sợi quang sử dụng chúng cho truyền thông quang đề nghị từ 1973 đến 1980 soliton chứng minh thực nghiệm tiềm soliton cho truyền dẫn - - - quang đường dài khẳng định vào 1988 trog thí nghiệm mà suy hao sợi bù định kỹ thuật KĐ raman Soliton sợi: + kết cân tán sắc vận tốc nhóm GVD (groud velocity disperson) tự điều chế pha SPM, hai hạn chế hiệu truyền thông quang sợi hoạt động độc lập xung quang lan truyền bên sợi ngoại trừ xung bị dịch ban đầu theo hướng + đặc biệt xung bị dịch nén suốt giai đoạn đầu lan truyền GVD , hệ số chirp C trái dấu + SPM kết từ phụ thuộc chiết suất vào cường độ quang, đưa dịch xung quang cho C > Soliton có nhiều ưu điểm nhờ đặc tính trì hình dạng k đổi đường truyền song đầu thu thu sai bit t/h bit đến sai vị trí mà nguyên nhân jitter Vấn đề jitter cần phải nghiên cứu cẩn thận để có cách điều khiển hợp lý nhằm hạn chế khả t/h thu bị giảm chất lượng nhiều phương pháp mô thực nghiệm thực thành công cho kết gần với thực tế tạo điều kiện cho việc nghiên cứu có hiệu ... tin hai điểm cần hai sợi quang Hệ thống song hướng: truyền hai chiều sợi quang nên cần sợi quang để trao đổi thơng tin hai điểm Ưu điểm: • Tăng băng thơng truyền sợi quang số lần tương ứng số... KĐ sợi quang Raman (RFA) • t/h mang tin tự KĐ truyền lan qua sợi quang • sử dụng hiệu ứng phi tuyến (stimulated raman scattering) sợi quang để truyền cs từ t/h bơm cs lớn sang t/h mang tin • điều... tuyến có KĐ quang + san tăng ích KĐ quang + tạo dạng chia cắt phổ nguồn quang có phổ vạch rộng CÂU 9: ĐẶC ĐIỂM CÁC BỘ TÁCH, GHÉP, KẾT HỢP QUANG, BỘ CÁCH LY, BỘ CẦU XOAY, BỘ SUY HAO QUANG? - Bộ