Hình 2.8: Mô hình bộ thu tín hiệu trong VLC
a) Bộ tập chung quang học
Tác dụng của bộ tập trung quang là tập trung ánh sáng vào máy thu, bộ tập trung quang thường được sử dụng trong VLC là bộ tập trung quang CPC (Compound Parabolic Concentrator).
Hình 2.9: Bộ tập trung quang CPC
Cấu tạo của bộ tập trung quang CPC gồm có hai gương Parabol là AD và BC và góc 𝜽 là góc tiếp nhận. Trường hợp nếu tia sáng tới có góc tới nhỏ hơn góc 𝜽, nó sẽ được phản xạ tới AB, nếu góc tới lớn hơn 𝜽 thì tia sáng tới sẽ bị phản xạ ra ngoài.
Xét một ví dụ với ba tia sáng tới bộ tập trung quang CPC là r1, r2, r3 như mô tả trong hình 2.10:
25
Hình 2.10: Qúa trình phản xạ tại CPC
Tia tới r1, r2 có góc tới 𝜶 < 𝜽 sẽ được phản xạ tới AB, tia tới r3 có góc tới 𝜷 > 𝜽 sẽ bị phản xạ ra ngoài. Đối với bộ tập trung quang CPC 3 chiều, tỉ số tập trung tối đa C được tính theo công thức (2.4):
𝑪 = 𝟏
𝒔𝒊𝒏𝟐𝜽 (2.4)
b) Bộ lọc quang học
Dùng để lọc bỏ các ánh sáng không cần thiết từ các nguồn bên ngoài như: ánh sáng mặt trời, ánh sáng đèn trong phòng… tránh gây nhiễu cho hệ thống thu trong VLC. Bộ lọc được sử dụng trong VLC là bộ lọc Bandpass. Ánh sáng đến hệ thống trước tiên phải đi qua bộ lọc Bandpass để loại bỏ những ánh sáng không mong muốn từ nguồn nhiễu bên ngoài, sau đó ánh sáng được đưa qua bộ tập trung quang, tiếp đến là đưa qua các thấu kính sau đó đưa tới Photodiode để biến đổi quang- điện. ngoài ra tín hiệu sau đó sẽ được đưa qua các bộ khuếch đại trước khi được giải điều chế. Hình 2.11.
26
Hình 2.11: Phía thu của hệ thống VLC.
c) Diode tách quang (Photodetector)
Có hai loại Diode tách quang hay được sử dụng đó là Diode thu quang PIN và Diode tách quang thác APD.
Diode thu quang PIN.
Cấu tạo: Nguyên tắc biến đổi quang-điện của diode thu quang PIN dựa vào nguyên
lý biến đổi quang-điện của lớp tiếp giáp P-N được phân cực ngược. Cấu trúc cơ bản của diode thu quang PIN được chỉ ra trong hình 2.12:
Hình 2.12: Cấu tạo của PIN- Photodiode.
Cấu tạo của diode thu quang bao gồm: Một tiếp giáp gồm 2 bán dẫn tốt là P+ và N+ làm nền, ở giữa có một lớp mỏng bán dẫn yếu loại N hay một lớp tự dẫn I (Intrisic). Trên bề mặt của lớp bán dẫn P+ là một điện cực vòng (ở giữa để cho ánh sáng thâm
27
nhập vào miền I). Đồng thời trên lớp bán dẫn P+ có phủ một lớp mỏng chất chống phản xạ để tránh tổn hao ánh sáng vào. Điện áp phân cực ngược để cho Diode không có dòng điện (chỉ có một dòng ngược rất nhỏ, gọi là dòng điện tối).
Diode quang thác APD.
Cấu tạo: Cấu trúc cơ bản của APD được chỉ ra ở hình 2.13:
Hình 2.13: Cấu tạo của Diode quang thác APD.
Cấu tạo của APD cơ bản giống như Photodiode - PIN. Ngoài ra trong APD còn có một lớp bán dẫn yếu P được xen giữa lớp I và lớp N+. Bên trái lớp I bị giới hạn bởi lớp P+, còn bên phải lớp I bị giới hạn bởi lớp tiếp giáp PN+. Điện áp phân cực ngược đặt vào APD rất lớn, tới hàng trăm vôn. Điện trường thay đổi theo các lớp. Trong vùng I, điện trường tăng chậm, nhưng trong tiếp giáp PN+ điện trường tăng rất nhanh. Lớp tiếp giáp PN+ là miền thác, ở đây xảy ra quá trình nhân điện tử.