Câu hỏi 1.5: Viết công thức tính số lượng mode lan truyền trong sợi quang đa mode chiết suất bậc MM-SI.. Câu hỏi 1.6: Viết công thức tính số lượng mode lan truyền trong sợi quang đa mode
Trang 1NGÂN HÀNG CÂU HỎI MÔN HỌC « CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG »
Câu hỏi 1.1: Trình bày những ưu điểm cơ bản của sợi quang so với cáp kim loại
Câu hỏi 1.2: Trình bày cấu tạo chung và phân loại sợi quang
Câu hỏi 1.3: Nêu khái niệm về khẩu độ số của sợi quang và viết công thức khẩu độ số của sợi đa mode chiết suất bậc (MM-SI)
Câu hỏi 1.4: Nêu khái niệm về khẩu độ số của sợi quang và viết công thức khẩu độ số của sợi đa mode chiết suất biến đổi (MM-GI)
Câu hỏi 1.5: Viết công thức tính số lượng mode lan truyền trong sợi quang đa mode chiết suất bậc MM-SI Số lượng mode truyền trong sợi phụ thuộc vào các tham số nào?
Câu hỏi 1.6: Viết công thức tính số lượng mode lan truyền trong sợi quang đa mode chiết suất biến đổi MM-GI Số lượng mode truyền trong sợi phụ thuộc vào các tham số nào?
Câu hỏi 1.7: Trình bày điều kiện đơn mode Viết biểu thức tính bước sóng cắt
Câu hỏi 1.8: Nêu khái niệm về mode ánh sáng, phân loại mode ánh sáng
Câu hỏi 1.9: Tính tần số ánh sáng và năng lượng photon tương ứng với bước sóng 1310nm Cho biết hằng số Plank h=6,625.10-34 J.s và vận tốc ánh sáng trong chân không c=3.108 m/s
Câu hỏi 1.10: Giải thích hiện tượng đảo mật độ xuất hiện trong quá trình phát xạ của LD
Câu hỏi 1.11: Nêu khái niệm về suy hao của sợi quang Viết biểu thức tính hệ số suy hao
Câu hỏi 1.12: Giải thích hiện tượng suy hao do uốn cong lớn trong sợi quang gây ra
Câu hỏi 1.13: Giải thích hiện tượng suy hao do vi uốn cong trong sợi quang gây ra và kỹ thuật để giảm ảnh hưởng của suy hao này
Câu hỏi 1.14: Nêu khái niệm về tán sắc trong sợi quang Cho biết ý nghĩa của đơn vị hệ số tán sắc Câu hỏi 1.15: Trình bày đặc tính tán sắc của sợi quang dịch tán sắc DSF, sợi quang bù tán sắc DCF
và sợi quang tán sắc phẳng
Câu hỏi 1.16: So với sợi đơn mode, hệ số suy hao và hệ số tán sắc của sợi đa mode có khác biệt gì Câu hỏi 1.17: Trình bày khái niệm về cấu trúc dị thể, cấu trúc dị thể kép
Câu hỏi 1.18: Trình bày quá trình phân cực thuận cho tiếp giáp p-n
Câu hỏi 1.19: Trình bày quá trình phân cực ngược cho tiếp giáp p-n
Câu hỏi 1.20: Giải thích tại sao tán sắc mode trong sợi đa mode chiết suất biến đổi (MM-GI) lại nhỏ hơn nhiều so với sợi đa mode chiết suất bậc (MM-SI)
Câu hỏi 1.21: Hệ thống thông tin quang đơn kênh hoạt động ở tốc độ bit 10Gbps, mã NRZ 50% sử dụng nguồn phát quang đơn mode ở bước sóng 1550 nm với độ rộng phổ 1nm truyền trên sợi đơn mode tiêu chuẩn SMF có hệ số tán sắc D=0,26 ps/nm.km Hãy tính khoảng cách tối đa mà tại đó bắt đầu xảy ra hiện tượng xuyên nhiễu giữa các tín hiệu ISI
Câu hỏi 1.22: Cho sợi quang đơn mode có độ lệch chiết suất là 0,2% với chiết suất lõi n1 = 1,48 Hãy xác định đường kính sợi quang khi biết sợi hoạt động đơn mode tại bước sóng lớn hơn 1 µm
Trang 2Câu hỏi 1.23: Cho sợi quang có độ lệch chiết suất là 0,2% với chiết suất lõi n1 = 1,48 Hãy xác định dải bước sóng để sợi hoạt động đơn mode khi biết đường kính lõi sợi là 9 µm
Câu hỏi 1.24: Cho sợi quang đơn mode có đường kính lõi sợi là 9 µm Hãy xác định độ lệch chiết suất của sợi khi biết chiết suất lõi n1 = 1,475 và bước sóng cắt của sợi là 950 nm
Câu hỏi 1.25: Giải thích hiệu ứng phi tuyến tự điều chế pha xảy ra trong sợi quang và ảnh hưởng của nó
Câu hỏi 1.26: Trình bày đặc tính phổ của LED và laser F-P Giải thích tại sao có sự khác biệt giữa đặc tính phổ của hai loại nguồn phát này
Câu hỏi 1.27: Trình bày đặc tính phổ của laser F-P và laser DFB Giải thích tại sao lại có sự khác biệt giữa đặc tính phổ của hai loại nguồn phát này
Câu hỏi 1.28: Trình bày định nghĩa, ý nghĩa và công thức tính hệ số đáp ứng của bộ thu quang Câu hỏi 1.29: Trình bày định nghĩa, ý nghĩa và công thức tính hiệu suất lượng tử của bộ thu quang
Câu hỏi 2.1: Vẽ sơ đồ khối cơ bản của bộ phát quang và cho biết chức năng các khối
Câu hỏi 2.2: Vẽ sơ đồ khối cơ bản của bộ thu quang và cho biết chức năng các khối
Câu hỏi 2.3: Trình bày cấu tạo và nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi đa mode chiết suất bậc (MM-SI) theo phương pháp quang hình
Câu hỏi 2.4: Trình bày cấu tạo và nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi đa mode chiết suất biến đổi (MM-GI) theo phương pháp quang hình
Câu hỏi 2.5: Cho sợi quang đa mode chiết suất bậc (MM-SI) có chiết suất lõi là n1, chiết suất vỏ phản xạ là n2, chiều dài sợi là L Hãy tính tán sắc mode của sợi quang theo nguyên lý quang hình Giải thích vì sao sợi đa mode chiết suất biến đổi (MM-GI) lại có tán sắc mode nhỏ hơn sợi MM-SI Câu hỏi 2.6: Hãy giải thích các quá trình hấp thụ và phát xạ ánh sáng (phát xạ tự phát và phát xạ kích thích) Cho biết thế nào là ánh sáng kết hợp và ánh sáng không kết hợp
Câu hỏi 2.7: Trình bày nguyên lý chuyển đổi quang điện của tiếp giáp p-n
Câu hỏi 2.8: Trình bày nguyên lý phát xạ ánh sáng của tiếp giáp p-n
Câu hỏi 2.9: Trình bày đường đặc tính điều chế của bộ điều chế ngoài Mach-Zehnder và giải thích điểm hoạt động trên đường đặc tính khi điều chế tín hiệu tương tự và khi điều chế tín hiệu số Câu hỏi 2.10: Trong hệ thống thông tin quang sử dụng sợi đơn mode chuẩn,
a/ Nếu muốn hệ thống hoạt động tại tốc độ bit cao nhất có thể thì nên sử dụng ở cửa sổ truyền dẫn quang nào ? Tại sao ?
b/ Nếu muốn hệ thống hoạt động tại khoảng cách xa nhất có thể thì nên sử dụng ở cửa sổ truyền dẫn quang nào ? Tại sao ?
Câu hỏi 2.11: Cho sợi quang đa mode chiết suất bậc (MM-SI) có đường kính lõi 50 µm và hoạt động tại bước sóng 900 nm Biết số lượng mode truyền trong sợi là khoảng 900 mode, hãy xác định khẩu độ số của sợi quang này Nếu biết độ lệch chiết suất của sợi là 1,5%, hãy xác định chiết suất của lõi sợi
Trang 3Câu hỏi 2.12: Một photodiode PIN Si chuyển đổi ánh sáng tại bước sóng 700 nm có công suất đi vào tại bề mặt thu là 0,126 µW thành dòng quang điện tại đầu ra có cường độ 56,6 nA Hãy xác định đáp ứng và hiệu suất lượng tử của nguồn thu quang này
Câu hỏi 2.13: Một APD Si có hiệu suất lượng tử 70% tại bước sóng 830 nm khi không có quá trình nhân thác (M = 1) Photodiode này được phân cực để hoạt động với hệ số nhân dòng M = 100 Tính cường độ dòng quang điện được chuyển đổi khi tín hiệu quang đi vào có mức công suất là 10 nW
Câu hỏi 2.14: Cho hệ thống truyền dẫn sợi quang tại 1,55 µm có mức công suất phát quang là 1
mW, được truyền qua tuyến sợi quang dài 80 km với suy hao trung bình là 0,22 dB/km
a/ Hãy xác định mức công suất quang đi vào bộ thu quang
b/ Nếu biết hệ thống yêu cầu mức công suất thu nhỏ nhất tại bộ thu là -19,8 dBm, hãy xác định khoảng cách tối đa của tuyến truyền dẫn sợi quang
Câu hỏi 2.15: Một hệ thống truyền dẫn sợi quang tại 1,3 µm có độ dài 50 km đòi hỏi mức công suất quang ít nhất 0,3 µW tại bộ thu Biết suy hao trung bình của tuyến sợi quang là 0,5 dB/km
a/ Hãy xác định mức công suất quang tối thiểu để phát vào sợi quang
b/ Mức công suất phát quang tối thiểu vào sợi sẽ phải thay đổi thế nào khi suy hao trung bình của tuyến sợi quang là 0,55 dB/km
Câu hỏi 3.1: Trình bày các đặc tính và tham số cơ bản của LED
Câu hỏi 3.2: Trình bày các đặc tính và tham số cơ bản của Laser
Câu hỏi 3.3: Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lý của mạch phát dùng LED với tín hiệu đưa vào điều chế là tín hiệu tương tự
Câu hỏi 3.4: Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lý của mạch phát dùng LED với tín hiệu đưa vào điều chế là tín hiệu số
Câu hỏi 3.5: Vẽ cấu trúc và cho biết nguyên lý hoạt động của Laser phản xạ Bragg phân tán (DBR) Câu hỏi 3.6: Vẽ cấu trúc và cho biết nguyên lý hoạt động của Laser phản hồi phân tán (DFB) Câu hỏi 3.7: Trình bày các loại tán sắc trong sợi quang đơn mode và nêu ảnh hưởng của tán sắc Câu hỏi 3.8: Vẽ sơ đồ khối mạch phát dùng Laser có ổn định nhiệt độ và ổn định công suất, trình bày hoạt động của mạch
Câu hỏi 3.9: Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ điều chế điện quang Mach-Zehnder Câu hỏi 3.10: Trong bộ thu sử dụng APD, tại sao cần phải tối ưu hệ số nhân M của APD? Hãy xác định hệ số nhân M tối ưu trong trường hợp bộ thu bị giới hạn bởi nhiễu lượng tử và giả sử FA=Mx Câu hỏi 3.11: Trình bày nguyên nhân gây ra nhiễu nổ trong bộ thu quang và xác định tỉ số SNR tại đầu ra bộ thu trong trường hợp bị giới hạn bởi nhiễu nổ
Câu hỏi 3.12: Trình bày nguyên nhân gây ra nhiễu nhiệt trong bộ thu quang và xác định tỉ số SNR tại đầu ra bộ thu trong trường hợp bị giới hạn bởi nhiễu nhiệt
Câu hỏi 3.13: Cho sợi quang có đường kính lõi 50 µm và hoạt động tại bước sóng 850 nm Biết sợi
có độ lệch chiết suất là 2% với chiết suất lớp vỏ n2 = 1,45
a/ Hãy tính số lượng mode mà sợi có thể hỗ trợ khi giả sử sợi có mặt cắt chiết suất bậc
Trang 4b/ Hãy tính số lượng mode mà sợi có thể hỗ trợ khi giả sử sợi có mặt cắt chiết suất biến đổi với hệ số mặt cắt chiết suất = 2
c/ Hãy tính số lượng mode mà sợi có thể hỗ trợ khi giả sử sợi có mặt cắt chiết suất biến đổi với hệ số mặt cắt chiết suất = 2,5
Câu hỏi 3.14: Sợi đa mode chiết suất bậc có đường kính lõi 50 µm được thiết kế để giới hạn tán sắc mode chỉ 10 ns/km Biết chiết suất vỏ sợi là 1,45
a/ Hãy xác định khẩu độ số của sợi quang
b/ Xác định giới hạn tốc độ truyền dẫn trên 1 km tại bước sóng 880 nm khi giả sử độ dãn xung không được vượt quá một chu kì bit
Câu hỏi 3.15: Xét một APD InGaAs có hệ số nhiễu trội x ≈ 0,7 và được phân cực để có hệ số nhân
M = 10 Biết dòng tối khi không được nhân thác Id = 10 nA và độ rộng băng tần hoạt động là 700 MHz Hãy xác định:
a/ Dòng nhiễu APD khi không có tín hiệu quang
b/ Mức công suất quang tối thiểu để đạt SNR bằng 10 dB khi biết độ đáp ứng tại M = 1 là 0,8 A/W và giả thiết không xét nhiễu nhiệt
Câu hỏi 4.1: Trình bày cấu tạo và nguyên lý phát quang của LED cấu trúc dị thể kép
Câu hỏi 4.2: Trình bày cấu tạo và nguyên lý tách sóng quang của photodiode PIN
Câu hỏi 4.3: Trình bày cấu tạo và nguyên lý tách sóng quang của photodiode thác APD
Câu hỏi 4.4: Trình bày các tham số đánh giá tín hiệu tại máy thu quang
Câu hỏi 4.5: Trình bày các loại nhiễu trong bộ thu quang
Câu hỏi 4.6: Vẽ cấu trúc và trình bày nguyên lý hoạt động của Laser bán dẫn có khoang cộng hưởng Fabry-Perot
Câu hỏi 4.7: Trình bày các nguyên nhân chính gây ra suy hao và vẽ đặc tính suy hao của sợi đơn mode tiêu chuẩn
Câu hỏi 4.8: Trình bày cấu trúc cơ bản và nguyên lý bộ thu quang coherent Làm rõ thế nào là thu heterodyne và thu homodyne Xác định dòng photo thu được trong từng trường hợp
Câu hỏi 4.9: Trình bày tỷ số SNR của bộ thu coherent trong trường hợp thu heterodyne và thu homodyne Đánh giá mức độ cải thiện SNR của thu coherent trong các trường hợp này so với thu trực tiếp
Câu hỏi 4.10: Cho sợi quang có đường kính lõi 50 µm và hoạt động tại bước sóng 850 nm Biết sợi
có độ lệch chiết suất là 1% với chiết suất lớp vỏ n2 = 1,45
a/ Hãy xác định mức độ dãn xung gây ra bởi tán sắc mode trong trường hợp sợi có mặt cắt chiết suất bậc
b/ Hãy xác định mức độ dãn xung gây ra bởi tán sắc mode trong trường hợp sợi có mặt cắt chiết suất biến đổi với hệ số mặt cắt tối ưu ( = 2)
c/ Hãy xác định mức độ dãn xung gây ra bởi tán sắc mode trong trường hợp sợi có mặt cắt chiết suất biến đổi với hệ số mặt cắt chiết suất = 2,5
Trang 5Câu hỏi 4.11: Bộ thu sử dụng photodiode p-i-n hoạt động tại bước sóng 1310 nm có hiệu suất lượng tử 65%, dòng tối 2 nA Băng tần nhiễu hiệu dụng của bộ thu là 100 MHz Điện dung tiếp giáp của bộ thu là 6pF và hình ảnh nhiễu của bộ khuếch đại là 3 dB Bộ thu làm việc tại nhiệt độ
25oC Giả sử công suất quang đến bộ thu tại bước sóng này là 400 nW
a Xác định công suất tín hiệu điện, công suất nhiễu nổ và công suất nhiễu nhiệt
b Xác định SNR của bộ thu
c Xác định SNR của bộ thu trong giới hạn nhiễu nhiệt và giới hạn nhiễu lượng tử
d Giả thiết bộ thu làm việc trong giới hạn nhiễu nhiệt Hãy xác định công suất thu tối thiểu để đạt BER = 10-9 (P0 = 0 và ID được chọn tối ưu)
Câu hỏi 4.12: Một bộ thu APD hoạt động ở bước sóng 850 nm có các tham số sau :
- Có hệ số nhiễu trội là Mx (với x = 0,3)
- Hiệu suất lượng tử của bộ thu là 80%
- Dòng tối 10nA và nhiệt độ làm việc của bộ thu là 25oC
- Băng tần nhiễu hiệu dụng của bộ thu là 60 MHz
- Điện dung tiếp giáp là 6pF
Giả thiết trong thời gian 1 giây, có 1010 photon đến bộ thu Hãy tính :
a Hệ số đáp ứng của bộ thu
b Giá trị hệ số nhân để bộ thu đạt giá trị SNR là lớn nhất
c Dòng photo được tạo ra sau quá trình nhân với hệ số nhân là tối ưu
d Xác định giá trị SNR của bộ thu khi hệ số nhân của bộ thu là tối ưu
Câu hỏi 4.13: Một bộ thu sử dụng photodiode p-i-n hoạt động tại bước sóng 1310 nm trung bình cứ
3 photon đến tạo ra 2 cặp điện tử - lỗ trống Bộ thu có băng tần nhiễu hiệu dụng là 60 MHz, điện trở tải của bộ thu là 2 k, hệ số nhiễu khuếch đại của bộ thu là 3dB và nhiệt độ làm việc của bộ thu là 25oC Công suất quang đến bộ thu là 1W Xá định
a Hiệu suất lượng tử của photodiode
b Năng lượng vùng cấm cực đại có thể có của photodiode
c Giá trị SNR của bộ thu Xác định giá trị SNR khi bộ thu hoạt động ở giới hạn nhiễu nhiệt
và giới hạn nhiễu lượng tử
d Giả thiết nhiễu nhiệt lớn hơn rất nhiều so với nhiễu nổ Hãy xác định công suất thu tối thiểu
để đạt BER = 10-12 (P0 = 0 và ID được chọn tối ưu)
Câu hỏi 4.14: Bộ thu sử dụng photodiode PIN Si làm việc tại bước sóng 850 nm có các tham số như sau :
- Hiệu suất lượng tử 90%, dòng tối 3 nA
- Hệ số nhiễu khếch đại là 3 dB và nhiệt độ làm việc của bộ thu là 25OC
- Điện dung tiếp giáp là 6 pF
- Băng tần nhiễu hiệu dụng của bộ thu là 50 MHz
a Xác định giá trị rms của dòng nhiễu nổ, dòng nhiễu nhiệt
Trang 6b Xác định năng lượng dải cấm dải cấm lớn nhất có thể của vật liệu được sử dụng để chế tạo photodiode
c Xác định SNR của bộ thu khi công suất quang đến bộ thu tại bước sóng này là 400nW
d Giả thiết bộ thu hoạt động trong giới hạn nhiễu nhiệt Xác định công suất thu tối thiểu yêu cầu để BER = 10-12