Tổng quan về LASER DIODE

Các hệ thống thống thông tin viễn thông đều sử dụng sóng điện từ để truyền tín hiệu Các hệ thống vô tuyến sử dụng dải tần 107109 Hz Hệ thống thông tin quang sử dụng dải tần ~1014 Hz cho khả năng truyền một lượng thông tin lớn hơn nhiều so với hệ thống vô tuyến Các bước sóng được sử dụng nằm trong vùng 770 1675 nm: 770 910 nm dùng trong các sợi quang đa mode bước sóng ngắn. 6 băng tần trong khoảng 12601675 nm được sử dụng phổ biến hơn

SEMINAR: QUANG ĐIỆN TỬ VÀ THÔNG TIN SỢI QUANG ĐỀ TÀI: LASER DIODE Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm MỤC LỤC Tổng quan hệ thống thông tin quang Tổng quan nguồn phát LASER Thiết kế cấu trúc LASER DIODE Bộ phát quang sử dụng LASER 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG Lịch sử phát triển • Thông tin quang kỹ thuật truyền thông tin ánh sáng • Năng lực hệ thống thơng tin đánh giá qua tích tốc độ bit khoảng cách: đó:  B: tốc độ bit  L: khoảng cách truyền dẫn thiết bị lặp Sự tăng trưởng tích tốc độ khoảng cách BL khoảng thời gian 1850 đến 2000 Lịch sử phát triển Chế tạo thành công Độ suy hao 0,2 sợi quang với mức dB/km dẫn 1983 Sản thử nghiệm truyền dẫn ánh sáng xuất sợi quang đơn mode thành công thông tin quang Noman R.Funch bán bước sóng 1550 nm 1962 Laser tinh làm môi trường 2019 1960 suy hao < 20 dB/km 1934 1790 Dùng thuỷ Sợi quang đơn mode 1970 điện quang Nghiên cứu nguồn quang laser bán dẫn Corning Glass Work Xây dựng hệ thống Theodor H.Maiman Claude Chappe Tại Mỹ Sơ đồ hệ thống truyền dẫn quang Các thành phần tuyến truyền dẫn cáp sợi quang Sơ đồ hệ thống truyền dẫn quang Hệ thống thông tin điện Hệ thống thông tin quang Bộ phát quang Bộ phát tín hiệu quang có chức chuyển đổi tín hiệu thơng tin đầu vào dạng điện thành tín hiệu quang tương ứng ghép vào sợi để truyền dẫn tính hiệu Bộ điều khiển Tín hiệu điện Tín hiệu Nguồn quang Bộ điều chế Bộ ghép quang đầu Sơ đồ khối phát quang Nguồn quang LED LASER Công suất phát mW – 10 mW mW – 50 mW Góc phát quang Tiếp xúc mặt 1200 50 – 100 35 – 100 nm – nm Chậm Nhanh cỡ ns Ít Nhiều Giá thành Thấp Cao Sản xuất Dễ Khó Tự phát Kích thích Tốc độ thấp Tốc độ cao Truyền dẫn gần Truyền dẫn xa Độ rộng phổ Thời gian chuyển Ảnh hưởng nhiệt độ Nguyên lý phát xạ Ứng dụng Ưu điểm, nhược điểm hệ thống thơng tin quang Ưu điểm Nhược điểm • Suy hao thấp • Chi phí lắp đặt ban đầu lớn • Băng tần truyền dẫn rộng • Việc hàn nối khó khan làm từ vật • Kích thước nhỏ trọng lượng nhẹ • Khơng bị nhiễu sóng điện từ • Độ an tồn tăng cường • Bảo mật thông tin cao liệu điện môi suốt • Sợi quang dễ bị tác động ứng suất căng, uốn cong • Thiết bị quang phải tương thích với sợi quang 10 Laser beam 125 Laser beam • Phụ thuộc buồng cộng hưởng • Phụ thuộc phổ mơi trường • Góc mở bé (ngang – dọc/ nhanh – chậm) • Bức xạ đồng bộ, đơn sắc cao • Hiệu suất ghép nối sợi quang tốt LED 126 Butt - coupling Ưu điểm • Đơn giản Nhược điểm • Hiệu suất thấp Phù hợp: • Chùm laser góc mở bé • Sợi quang đa mode, NA lớn 127 Single lens Ưu điểm • Đơn giản • Hiệu suất cao Nhược điểm • u cầu xác vị trí đầu sợi Phù hợp: • Laser góc mở lớn • Sợi quang lõi bé (đơn mode) 128 Double lens Ưu điểm • Hiệu suất cao • Vị trí đầu sợi điều chỉnh • Có thể thay đổi độ chùm Nhược điểm • Phức tạp Phù hợp: • Yêu cầu hiệu suất cao 129 GRIN lens (GRaded INdex) Ưu điểm • Điểm hội tụ sắc nét • Cơng nghệ chế tạo phát triển • Đơn giản double lens Nhược điểm • Đắt tiền Phù hợp: • Yêu cầu hiệu suất cao 130 Cấu hình khác 131 Sự phản xạ 132 4.2 MẠCH ỔN ĐỊNH NGUỒN QUANG 133 MẠCH ỔN ĐỊNH NGUỒN QUANG Ta quan tâm tới nguồn phát quang sơ đồ truyền dẫn 134 MẠCH ỔN ĐỊNH NGUỒN QUANG Nguồn phát quang đóng vai trị quan trọng hệ thống thơng tin quang thiết bị nguồn cung cấp tồn thông tin vận chuyển cho hệ thống truyền dẫn quang Đối với hệ thống thông tin quang, nguồn phát Laser Laser bán dẫn, gọi tắt LD Thông số điện LD dùng truyền dẫn quang: - Dịng điện ngưỡng: LD có dịng kích thích nhỏ dịng ngưỡng LD hoạt động chế độ phát xạ tự phát cơng suất thấp, dịng kích lớn dịng ngưỡng LD hoạt động chế độ phát xạ tự phát công suất quang tăng nhanh Dịng ngưỡng thay đổi theo nhiệt độ có giá trị từ 50-100mA với dòng LD cũ từ 10-20mA với dịng LD - Dịng điện kích thích: từ vài chục đến vài trăm mA tùy loại - Điện áp sụt LD từ 1.5- 2.5V Trong trình hoạt động LD có thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt động LD, nhiệt độ thay đổi, dòng ngưỡng LASER thay đổi, cơng suất phát thay đổi giữ ngun dịng điện kích thích Khi nhiệt độ tăng dịng ngưỡng tăng theo dạng hàm mũ gia tăng nhiệt Trung bình độ gia tăng dịng ngưỡng vào khoảng +1% 135 MẠCH ỔN ĐỊNH NGUỒN QUANG - Các yếu tố ảnh hưởng đến công xuất phát quang: dịng điện ngưỡng, nhiệt độ dịng kích thích Trong nhiệt độ LD liên quan mật thiết đến dòng điện ngưỡng dòng điện ngưỡng lại ảnh hưởng đến cơng suất phát giữ ngun dịng kích thích - Yêu cầu nguồn quang truyền dẫn quang cần dịng có ngưỡng thấp, băng thơng điều biến rộng bước sóng dài, có cơng suất phát cần ổn định để tránh sai hỏng trình truyền dẫn tin Như với mạch cấp dòng, nguồn cho LD cần đảm bảo u tố gồm trì dịng ngưỡng khơng q cao, kiểm sốt nhiệt độ LD bù đắp dịng kích thích có thay đổi giá trị dòng ngưỡng thay đổi nhiệt độ LD 136 MẠCH ỔN ĐỊNH NGUỒN QUANG • Hình bên sơ đồ tổng quát mạch điều khiển ổn định dịng kích thích cho LD dùng truyền dẫn quang 137 MẠCH ỔN ĐỊNH NGUỒN QUANG • Mạch phát chia làm hai khối chính, khối gồm LD, khuếch đại thuật tốn Opam transistor Q4 đóng vai trị làm khóa, đóng cắt dịng BIAS, cơng suất phát LD q lớn Q4 đóng, dịng qua LD giảm khiến cơng suất phát LD giảm, trường hợp Q4 mở tới thời điểm công suất LD không lớn, khối hai gồm Q1, Q2 Q3 cung cấp dòng ổn định cho LD bù công suất phát LD giảm 138 139 ... vùng 770 - 1675 nm: 770 -9 10 nm dùng sợi quang đa Dải phổ quang sử dụng thông tin quang sợi mode bước sóng ngắn băng tần khoảng 126 0-1 675 nm sử dụng phổ biến 13 Một số khái niệm thơng tin quang. .. TRUYỀN DẪN THÔNG TIN QUANG 11 Một số khái niệm thông tin quang Băng tần Ghép kênh Công suất phổ quang 12 Một số khái niệm thông tin quang Băng tần phổ quang • Các hệ thống thống thơng tin viễn... thống truyền dẫn quang Các thành phần tuyến truyền dẫn cáp sợi quang Sơ đồ hệ thống truyền dẫn quang Hệ thống thông tin điện Hệ thống thông tin quang Bộ phát quang Bộ phát tín hiệu quang có chức