1. TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU VÀ CÁCH TRUYỀN DẪN 2.1. Điều biến cường độ 2.2. Điều biến biên độ (AM) 2.3. Điều biến biên độ vuông góc 2.4. Điều biến tần số 2.5. Điều biến pha 3. ĐIỀU BIÊN SỐ 3.1. Điều biến biên độ 3.2. Điều biến tần số, điều biến pha 4. ĐIỀU BIẾN BẰNG GIAO THOA KẾ ZENDER
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT- SEMINAR Đề tài: Điều biến quang Môn học: Quang điện tử thơng tin quang sợi SVTH: Nhóm sinh viên VLKT START NỘI DUNG TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU VÀ CÁCH TRUYỀN DẪN ĐIỀU BIẾN QUANG ĐIỀU BIẾN TƯƠNG TỰ 2.1 Điều biến cường độ 2.2 Điều biến biên độ (AM) 2.3 Điều biến biên độ vng góc 2.4 Điều biến tần số 2.5 Điều biến pha ĐIỀU BIÊN SỐ 2.1 Điều biến biên độ 2.2 Điều biến tần số, điều biến pha ĐIỀU BIẾN BẰNG GIAO THOA KẾ ZENDER NỘI DUNG TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU VÀ CÁCH TRUYỀN DẪN ĐIỀU BIẾN QUANG ĐIỀU BIẾN TƯƠNG TỰ 2.1 Điều biến cường độ 2.2 Điều biến biên độ (AM) 2.3 Điều biến biên độ vng góc 2.4 Điều biến tần số 2.5 Điều biến pha ĐIỀU BIÊN SỐ 2.1 Điều biến biên độ 2.2 Điều biến tần số, điều biến pha ĐIỀU BIẾN BẰNG GIAO THOA KẾ ZENDER TỔNG QUAN VỀ TÍNH HIỆU VÀ CÁCH TRUYỀN DẪN SVTH: Nguyễn Minh Hồng I/ TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU VÀ CÁCH TRUYỀN DẪN Giới thiệu chung • Khái niệm tín hiệu: Tín hiệu đại lượng vật lý chứa đựng thơng tin hay liệu truyền xa tách thơng tin • Phân loại tín hiệu: - Tín hiệu Analog: tín hiệu có giá trị biên độ tần số pha thay đổi liên tục theo thời gian - Tín hiệu Digital: tín hiệu có giá trị biên độ rời rạc nhận số giá trị hữu hạn cố định Ví dụ I/ TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU VÀ CÁCH TRUYỀN DẪN Thiết bị Analog Ưu điểm • • Lượng thơng tin lưu trữ lớn dạng đĩa từ, băng… Giá thành thấp Nhược điểm • • Dễ bị nhiễu tác động môi trường hay ngoại lực, Lắp đặt thiết bị rắc rối cồng kềnh Thiết bị Digital Ưu điểm • • Gọn nhẹ dễ lắp đặt, thẩm mỹ cao Ít bị ảnh hưởng mơi trường, dễ truyền xa Nhược điểm • • Giá thành đắt, hệ thống phức tạp tốn Dễ bị liệu lưu trữ dạng byte I/ TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU VÀ CÁCH TRUYỀN DẪN Các phương pháp truyền tín hiệu Truyền tín hiệu sợi cáp Truyền tín hiệu khơng dây I/ TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU VÀ CÁCH TRUYỀN DẪN Truyền tín hiệu sợi cáp Cáp đồng trục Là loại cáp điện được dùng chủ yếu để làm đường truyền cho tín hiệu sóng vơ tuyến Ưu điểm: • Khả chịu tác động mạnh từ mơi trường • Chống nhiễu tốt, dễ lắp đặt Nhược điểm: • Khả truyền tín hiệu xa cịn hạn chế so với cáp quang • Khả suy hao cao so với dây cáp quang I/ TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU VÀ CÁCH TRUYỀN DẪN Cáp quang - Là loại cáp viễn thông làm thủy tinh nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu Ưu điểm: • Truyền xa với tốc độc truyền liệu cực nhanh • Khơng cháy - Vì khơng có điện xun qua cáp quang Nhược điểm: • Nối cáp khó khăn, yêu cầu cáp phải thẳng tốt, không gập • Chi phí - Chi phí hàn nối thiết bị đầu cuối cao so với cáp đồng I/ TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU VÀ CÁCH TRUYỀN DẪN Truyền dẫn khơng dây • Sóng vơ tuyến xạ điện từ có 𝜆 > 10−3 m Đặc điểm: • • Truyền cực xa dùng truyền dẫn thông tin vệ tinh trái đất tinh Sóng vơ tuyến dùng radar, điện thoại di động, wifi… ĐIỀU BIẾN SỐ ĐIỀU BIẾN TẦN SỐ - FSK ĐIỀU BIẾN PHA- PSK SVTH: Phan Văn Hiệp ĐIỀU BIẾN SỐ Điều biến tần số - FSK • Dùng tần số khác sóng mang để biểu diễn bit • Tần số cao với mức thấp với mức • Biểu thức tín hiệu FSK: s(t)=A.cos(ω1t+ɸ) mức s(t)=A.cos(ω2t+ɸ) mức • Trong đó: A, ω1,2 biên độ tần số sóng mang ɸ góc pha ban đầu sóng mang Dạng tín hiệu FSK ĐIỀU BIẾN SỐ Điều biến tần số - FSK Ưu điểm FSK: Ít bị ảnh hưởng nhiễu lỗi ASK Nhược điểm: Tần số cao dễ bị nhiễu bị hạn chế tốc độ truyền ĐIỀU BIẾN SỐ Điều biến pha - PSK • Pha sóng mang hình sin tần số cao biến thiên theo mức logic chuỗi số • PSK có kiểu BPSK QPSK PSK - pha (BPSK: Binary phase shift keying): Biểu thức tín hiệu BPSK: νBPSK(t)=A.d(t).cos(ω0t+ɸ) Trong : A, ω0 biên độ tần số sóng mang d(t)=±1 tùy theo mức logic chuỗi số đầu vào ɸ góc pha ban đầu song mang Dạng sóng tín hiệu BPSK ĐIỀU BIẾN SỐ Điều biến pha - PSK PSK – pha(QPSK : Quadrature phase shift keying): • Điều chế QPSK q trình điều chế pha sóng mang với trạng thái khác vng góc với • Biểu thức tín hiệu QPSK: Dạng sóng tín hiệu QPSK ĐIỀU BIẾN SỐ Điều biến pha - PSK Ưu điểm PSK: Ít lỗi, nhạy với nhiễu pha bị ảnh hưởng mơi trường tần số Nhược điểm: Khó thực mạch điều chế, dễ sai pha điều chế mức cao NỘI DUNG TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU VÀ CÁCH TRUYỀN DẪN ĐIỀU BIẾN QUANG ĐIỀU BIẾN TƯƠNG TỰ 2.1 Điều biến cường độ 2.2 Điều biến biên độ (AM) 2.3 Điều biến biên độ vng góc 2.4 Điều biến tần số 2.5 Điều biến pha ĐIỀU BIẾN SỐ 2.1 Điều biến biên độ 2.2 Điều biến tần số, điều biến pha ĐIỀU BIẾN BẰNG GIAO THOA KẾ ZENDER 73 ĐIỀU BIẾN BẰNG GIAO THOA KẾ ZENDER SVTH: Nguyễn Tuấn Phúc ĐIỀU BIẾN BẰNG GIAO THOA KẾ ZENDER Giới thiệu • Bộ biến điệu Mach-Zehnder điện cực hoạt động dựa biến điệu pha (nhờ hiệu ứng Pockels) giao thoa kế Mach-Zehnder (MZI) • Hiệu ứng Pockels hiệu ứng mà chiết suất ánh sáng mơi trường biến đổi theo điện trường áp dụng lên mơi trường (hay điện áp dụng) Khi chiết suất ánh sáng thay đổi theo điện thế, pha sóng truyền qua bị thay đổi theo điện • Giao thoa kế Mach-Zehnder thiết bị sử dụng để xác định biến thể pha thay đổi tương đối hai chùm sáng chuẩn trực bắt nguồn cách tách ánh sáng khỏi nguồn ĐIỀU BIẾN BẰNG GIAO THOA KẾ ZENDER Nguyên lý hoạt động • Tín hiệu quang CW từ nguồn LD vào tách thành hai phần nhánh giao thoa MZ • Khi khơng có điện áp phân cực, hai nửa sóng ánh sáng tới khơng bị dịch pha Vì vậy, ngõ điều chế sóng ánh sáng kết hợp có dạng sóng ánh sáng ban đầu • Khi có điện áp phân cực chiết suất ống dẫn sóng hay pha tín hiệu quang bị thay đổi Tại đầu tín hiệu quang hai nhánh kết hợp lại, xảy giao thoa cổng hưởng hay triệt tiêu phụ thuộc vào độ lệch pha tín hiệu quang hai nhánh Mô tả nguyên lý hoạt động điều chế Mach-Zehnder trường hợp (a) điện áp ngồi (b) có điện áp ngồi đặt vào điều biến ĐIỀU BIẾN BẰNG GIAO THOA KẾ ZENDER Các công thức liên quan Mức thay đổi chiết suất theo V: (1) Độ dịch pha: (2) - Trong đó: n chiết suất tuyến tính (khoảng 2.2 với LiNbO3) dc khoảng cách điện cực (khoảng 15 µm) V điện áp dụng Г tỉ lệ giam hãm (confinement factor) r33hệ số điện quang (r33 khoảng 30pm/V) ĐIỀU BIẾN BẰNG GIAO THOA KẾ ZENDER Các công thức liên quan Trường quang đầu E-out điều chế MZ liên hệ với trường quang đầu vào E-in (3) Trong Ф(t) độ dịch pha tín hiệu quang nhánh đặt điện cực biến đổi theo điện áp đặt vào, Ф0 số dịch pha tín hiệu quang nhánh Δ Ф(t) = (Ф(t) - Ф0 độ lệch pha hai nhánh điều chế Từ (3), công suất đầu điều chế MZ xác định (4) Hay hàm truyền công suất 𝑇 = 𝑃𝑜𝑢𝑡 /𝑃𝑖𝑛 tỉ lệ với hàm cos bình phương độ lệch pha Độ lệch pha hai nhánh điều chế MZ sinh từ biến đổi chiết suất điện áp đặt vào Từ (1) (2), hàm truyền công suất MZM viết lại thành: (5) ĐIỀU BIẾN BẰNG GIAO THOA KẾ ZENDER Các công thức liên quan Hàm truyền đạt công suất biên độ MZM phụ thuộc vào điện áp kích thích ĐIỀU BIẾN BẰNG GIAO THOA KẾ ZENDER Đánh giá Ưu điểm: • Băng thơng khơng bị hạn chế tần số laser diode • Có thể điều biến hệ thống truyền thông 10Gbit/s mà tượng Chirp nhỏ Nhược điểm: • Hao hụt chèn cao tới 5dB/km điện áp điều chế tương đối cao (lên đến 10V) • MZM linh kiện quang tách biệt Do MZM chế tạo LiNbO3 chất bán dẫn nên tích hợp với laser DFB chip ... DUNG TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU VÀ CÁCH TRUYỀN DẪN ĐIỀU BIẾN QUANG ĐIỀU BIẾN TƯƠNG TỰ 2.1 Điều biến cường độ 2.2 Điều biến biên độ (AM) 2.3 Điều biến biên độ vng góc 2.4 Điều biến tần số 2.5 Điều biến. .. 2.1 Điều biến cường độ 2.2 Điều biến biên độ (AM) 2.3 Điều biến biên độ vuông góc 2.4 Điều biến tần số 2.5 Điều biến pha ĐIỀU BIÊN SỐ 2.1 Điều biến biên độ 2.2 Điều biến tần số, điều biến pha ĐIỀU... 2.1 Điều biến cường độ 2.2 Điều biến biên độ (AM) 2.3 Điều biến biên độ vng góc 2.4 Điều biến tần số 2.5 Điều biến pha ĐIỀU BIÊN SỐ 2.1 Điều biến biên độ 2.2 Điều biến tần số, điều biến pha ĐIỀU