Khảo sát sự suy hao và méo tín hiệu trong sợi quang

Tr-ờng đại học vinh Khoavật lí - Tô Thị Khảo sát suy hao méo tín hiệu sợi quang Khoá luận tốt nghiệp Đại học Chuyên ngành: quang học - quang phổ Vinh, 2008 Tr-ờng đại học vinh Khoavật lÝ  - Kho¸ luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: quang học - quang phổ Khảo sát suy hao méo tín hiệu sợi quang Giáo viên h-ớng dẫn: Th.s Phạm Khắc L-u Sinh viên thực : Tô Thị Hằng Líp : 45B – VËt lÝ Vinh- 05/ 2008 Mục lục Trang Lời nói đầu Ch-¬ng I: Tìm hiểu đặc tả toán I Đặc tả toán thực tÕ I.1 Đăng ký khám bệnh I.2 Phòng khám I.3 Khoa điều trị I.4 Tìm kiếm theo yêu cầu II Đánh giá hệ thống cũ 10 III Lùa chän ph-ơng pháp hệ quản trị sở liệu 11 Lựa chọn ph-ơng pháp 11 Lùa chän hƯ qu¶n trị sở liệu 11 Ch-ơng II Phân tích thiết kế hệ thống 13 Lùa chän h-íng ph©n tÝch 13 Ph©n tÝch hƯ thèng cị 13 ThiÕt kÕ hÖ thèng míi 14 Sơ đồ phân cấp chức 14 BiĨu ®å lng d÷ liƯu 16 Mô hình thực thể thuộc tính 23 ThiÕt kÕ bảng liệu 28 Ch-ơng III Công cụ lập trình Visual Basic ngôn ngữ SQL 31 I Về Visual Basic 32 II Về ngôn ngữ SQL 35 Ch-¬ng IV ThiÕt kÕ giao diện modul ch-ơng trình 38 I Giao diện hệ thống menu ch-ơng trình 38 II Giao diện chức modul chÝnh 40 Chøc Đăng ký khám bệnh 40 Chức Cấp đơn thuốc 42 Chức nhập viện 44 Chức xuất viÖn 45 KÕt luËn 46 Tài liệu tham khảo 47 Môc lôc 48 Mở đầu Sử dụng ánh sáng làm ph-ơng tiện truyền thông tin đà đời từ lâu Các hình thức truyền tin đà phát triển mạnh mẽ với phát triển nhân loại Năm 1960, Laser nguồn sáng mạnh, đơn sắc đời đà tạo nên cách mạng, có ý nghĩa to lớn lịch sử kỹ thuật thông tin sử dụng dải tần số ánh sáng làm sóng mang Tuy nhiên, sử dụng nguồn ánh sáng không gian không thuận lợi bị cản trở s-ơng mù, n-ớc, khí bụi Vì vậy, đà xuất loại dây dẫn quang đặc biệt - sợi quang Truyền tải thông tin tín hiệu ánh sáng sợi quang có tốc độ, dung l-ợng truyền dẫn lớn, -u điểm trội suy hao thấp, độ ổn định cao, độ rộng băng tần lớn Do có nhiều -u điểm so với hình thức truyền tin khác nên công nghệ thông tin sợi quang đ-ợc ý quan tâm không ngừng phát triển Đến công nghệ thông tin quang đà đạt tới trình độ cao, ngày chiếm -u giữ vai trò chủ đạo tuyến truyền dẫn thông tin Việt Nam giới Tuy nhiên, tín hiệu điện đầu vào đ-ợc biến đổi thành tín hiệu quang truyền dẫn sợi quang chịu ảnh h-ởng t-ợng: hấp thụ, tán xạ, tán sắc.D-ới tác dụng t-ợng này, tín hiệu bị suy hao méo, làm ảnh h-ởng đến chất l-ợng thông tin Để khảo sát kỹ ảnh h-ởng t-ợng trên, luận văn đặt vấn đề nghiên cứu: Khảo sát suy hao méo tín hiệu sợi quang Ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung luận văn đựoc chia làm ba ch-ơng: Ch-ơng1: Hệ thống thông tin quang Trình bày cách tổng quát trình phát triển thông tin quang, cấu tạo cách phân loại sợi quang Các -u điểm thông tin quang Ch-ơng 2: Sự lan truyền sóng sợi quang Khảo sát lan truyền ánh sáng môi tr-ờng điện môi, đ-a tham số lan truyền Sự lan truyền ánh sáng ống dẫn sóng điện môi phẳng, sợi quang, làm cho sở cho việc khảo sát suy hao méo tín hiệu sợi quang Ch-ơng 3: Khảo sát suy hao méo tín hiệu sợi quang Trong ch-ơng khảo sát nguyên nhân dẫn đến suy hao méo tín hiệu sợi dẫn quang Trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp đại học, hạn chế thời gian nh- trình độ, luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tôi mong đ-ợc đóng góp ý kiến thầy cô, anh chị bạn sinh viên để luận văn đ-ợc hoàn thiện Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến thầy giáo Th.S Phạm Khắc L-u, thầy đà định h-ớng đề tài, giới thiệu tài liệu giúp đỡ hoàn thành tốt luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tới thầy cô giáo khoa vật lý đà giảng dạy, giúp đỡ trình học tập nghiên cứu Vinh, tháng năm 2008 Sinh viên thực Tô Thị Hằng Ch-ơng hƯ thèng th«ng tin quang 1.1 Tỉng quan vỊ th«ng tin quang Để khảo sát Sự suy hao v méo tín hiệu sợi quang việc tìm hiểu hƯ thèng th«ng tin quang sÏ cho chóng ta mét nhìn tổng quan hệ thống 1.1.1 Tiến trình phát triển hệ thống thông tin quang Thông tin quang sợi đà đời từ năm 60 cđa thÕ kØ XX, nh-ng chØ thùc sùc ph¸t triĨn đ-ợc ứng dụng rộng rÃi gần ba thập niên qua Thông tin quang sợi đ-ợc chia làm hệ sau + Thế hệ 1: Hoạt động vùng b-ớc sóng 0,8 m đ-ợc áp dụng từ năm 1980, với tốc độ bit 45Mb/s có khoảng cách lặp 10 km + Thế hệ 2: Hoạt động vùng b-ớc sóng 1,3 m ( tán sắc vùng nhỏ nhất) Lúc đầu tốc độ bit khoảng 100 Mb/s (do tán sắc sợi đa mode) Nh-ng hạn chế đ-ợc khắc phục sử dụng sợi đơn mode Đến 1987 hệ thống thông tin quang sợi hệ thứ hoạt động vïng b-íc sãng 1,3 m ®· cã tèc ®é bit lên đến 1,7 Gb/s khoảng lặp 50 km + Thế hệ 3: Hoạt động vùng b-ớc sóng 1,55 m đ-ợc ứng dụng năm 1990, lúc hệ thống có tốc độ bít 2,5 Gb/s sau đạt tới tốc độ 10Gb/s Thế hệ sử dụng lặp điện nên khoảng lặp hạn chế, khoảng lặp 60 70 km + Thế hệ 4: Năm 1997 nhà khoa học đà khắc phục đ-ợc nh-ợc điểm tốc độ khoảng lặp cách sử dụng khuếch đaị để tăng khoảng lặp sử dụng kỹ thuật WDM để tăng tốc độ bit Trong kỹ thuật khuếch đại quang học ng-ời ta sử dụng sợi pha tạp Er3+ nên khoảng lặp tăng lên đáng kể Trong hệ đà có đ-ờng truyền quang sợi dài 27300km đà đ-ợc hoạt động, nối thông tin nhiều n-ớc châu châu Âu có tốc bit 5Gb/s Nh-ng hạn chế hệ suy hao méo tín hiệu Để khắc phục số đặc điểm nhà khoa học đà có h-ớng sử dụng sợi quang đơn mode với cách thiết lập số để giảm tối đa suy hao méo tín hiệu trình truyền dẫn 1.1.2 Cấu trúc thành phần tuyến truyền dẫn quang Hệ thống truyền dẫn quang ngày hệ thống thông tin quan trọng, đà trải qua nhiều năm khai thác mạng l-ới cấu trúc truyền dẫn khác Mỗi tuyến truyền dẫn thông tin quang th-ờng đ-ợc bố trí nh- sau: Bộphát quang Tínhiệuđiệnvào Mạchđiều khiển Đầu thu quang Mạchđiện Trạmlặp Máy Phát quang khuyếchđại quang Tínhiệuđiện Tínhiệuquang bộghéphoặc chiaquang sợi dẫnquang Nguồnphát Bộnối Bộchiaquang quang Tới cácthiết bị khác Bộkhuyếchđại Đầuthu quang chuyểnđổi tínhiệu tínhiệuđiện đầura Bộthuquang Hình1: Mô hình phần tử tuyến truyền dẫn cáp sợi quang Các thành phần tuyến gồm có: Phần phát quang, cáp sợi quang phần thu quang Phần phát quang gồm: Một nguồn sáng, mạch điều khiển nguồn sáng, ống cáp quang Cáp sợi quang gồm: Các sợi quang, lớp vỏ bọc xung quanh Phần thu quang gồm: Một khối tách sóng quang, mạch khôi phục khuếch đại tín hiệu Ngoài thành phần chủ yếu này, tuyến thông tin quang có nối quang, mối hàn, chia quang trạm lặp 1.1.3 Chức phần tử hệ thống Nguồn phát quang thiết bị phát sử dụng diode phát quang (LED) Laser bán dẫn (LD) Cả hai loại nguồn phù hợp cho hệ thống thông tin quang, với tín hiệu quang đầu có tham số biến đổi t-ơng ứng với thay đổi dòng điều biến Tín hiệu điện đầu vào dạng số t-ơng tự, thiết bị phát thực biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang t-ơng ứng công suất đầu phát phụ thuộc vào thay đổi c-ờng độ dòng B-ớc sóng làm việc nguồn phát quang phụ thuộc vào vật liệu chế tạo Đoạn sợi quang nguồn phát quang phải phù hợp với sợi dẫn quang đ-ợc khai thác tuyến Tín hiệu ánh sáng đà đ-ợc điều chế nguồn phát quang lan truyền theo sợi dẫn quang để tới phần thu quang Khi truyền sợi dẫn quang, tín hiệu ánh sáng bị suy hao méo yếu tố tán xạ, hấp thụ, tán sắc gây Bộ tách sóng quang phần thu thực tiếp nhận ánh sáng tách lấy tín hiệu từ h-ớng phát tới Tín hiệu quang đ-ợc biến đổi trở lại tín hiệu điện, photodiode (PIN) diode thác lũ (APD) sử dụng làm tách sóng quang hệ thống thông tin quang Cả hai loại nhìn chung có hiệu suất làm việc cao, tốc độ chuyển đổi nhanh Các vật liệu bán dẫn chế tạo nên tách sóng quang định b-ớc sóng làm việc chúng đuôi sợi quang đầu vào tách sóng quang phù hợp với sợi dẫn quang đ-ợc sử dụng tuyến lắp đặt Yếu tố quan trọng phản ánh hiệu suất làm việc thiết bị thu quang độ nhạy quang điện, mô tả công suất nhỏ thu đ-ợc tốc độ truyền dẫn ứng với tỉ lệ lỗi bit (BER) hệ thống Khi khoảng cách truyền dẫn dài, tới cự li đó, tín hiệu quang sợi bị suy hao nhiều cần thiết phải có trạm lặp quang đặt tuyến Cấu trúc thiết bị trạm lặp quang gồm có thiết bị phát thiết bị thu, thiết bị thu trạm lặp thu tín hiệu quang tiến hành biến đổi thành tín hiệu điện, khuếch đại tín hiệu sửa dạng đ-a đến đầu vào thiết bị thu quang Thiết bị phát quang thực biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang lại phát tiếp vào đ-ờng truyền Những năm gần đây, tiến khoa học kỹ thuật nên khuếch đại quang đà đ-ợc dùng thay cho trạm lặp quang Nó thực 10 khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang mà không cần phải thông qua trình biến đổi quang- điện 1.2 Cấu tạo phân loại sợi quang 1.2.1 Cấu tạo sợi quang Từ sợi quang có nghĩa l sợi mnh dẫn ánh sáng, có cấu trúc ống dẫn sóng hoạt động dải tần số quang Nó có dạng hình trụ bình th-ờng có chức dẫn ánh sáng lan trun theo h-íng song song víi trơc CÊu t¹o gåm: r a dm dk l Hình 2: Cấu tạo sợi quang Phần lõi dẫn quang hình trụ đ-ợc cấu tạo từ chất suốt phản xạ ánh sáng có chiết suất n1, bán kính lõi a, đ-ờng kính lõi dk PhÇn vá chiÕt suÊt n2 (n2