Ứng dụng công nghệ thông tin quang vào mạng hà nội

Trong hệ thống thông tin quang, thông tin đợc truyền tải bằng ánh sáng.Trong phần này, chúng ta sẽ nghiên cứu tới các đặc tính của ánh sáng vì rấtcần thiết để hiểu đợc sự lan truyền của

Lời nói đầu

Ngày nay, công nghệ viễn thông và đã đang có những bớc nhảy vọt kỳ diệu đa toàn xã hội loài ngời bớc sang một kỷ nguyên mới đó là kỷ nguyên thông tin.

Trong đó, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ quang- điện tử, đã

đa hệ thống thông tin cáp sợi quang chiếm u thế trên các mạng thông tin quốc gia và toàn cầu Hệ thống thông tin quang có u điểm nổi bật về độ linh hoạt

và băng tần lớn hơn, kinh tế hơn v.v Mà các linh kiện và hệ thống truyền dẫn trớc đó không thể đáp ứng đợc Để khai thác hết khả năng truyền dẫn của cáp quang ở một tốc độ cao hơn và băng tần rộng hơn nên trong hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật truyền dẫn SDH thay cho kỹ thuật PDH Nhờ

có kỹ thuật truyền dẫn SDH nên các nhu cầu dịch vụ nh: truy cập từ xa, hội nghị truyền hình từ xa, đa dịch vụ (ISDN) v.v đợc đáp ứng một cách dễ dàng Với mong muốn tìm hiểu một vài khía cạnh của kỹ thuật truyền thông tin trên cáp sợi quang sử dụng công nghệ SDH Đặc biệt là sự chuyển đổi mạng quang Hà Nội từ mạng PDH sang mạng SDH, trong giới hạn của đồ án em xin trình bày những vấn đề sau đây:

- TổNG QUAN Về MộT Hệ THốNG THÔNG TIN QUANG.

- MạNG QUANG Hà NộI.

- THIếT Kế TUYếN THôNG TIN QUANG NộI HạT.

Em xin trân thành cám ơn các thầy cô giáo trong trờng và đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Quốc Trung đã tận tình hớng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Trong đồ án này không tránh đợc những sai sót, rất mong nhận đ-

ợc sự góp ý của thầy cô và các bạn.

Xin chân thành cám ơn !

Giới thiệu tổng quát

i.giới thiệu về lịch sử phát triển

Kể từ khi con ngời biết sử dụng lửa để làm phơng tiện truyền thông tin

đi xa đến nay, thông tin quang đã trải qua quá trình phát triển nh sau:

Năm 1790: Claude Chope kỹ s ngời Pháp đã xây dựng hệ thống điện báoquang Thông tin truyền qua chặng đờng này mất 15 phút đi đợc 200km

Năm 1870: John Tyndall nhà Vật lý học ngời Anh, chứng tỏ ánh sáng cóthể truyền theo vòi nớc uốn cong với nguyên lý phản xạ toàn phần

Năm 1880: Alexander Graham Bell là ngời Mỹ giới thiệu hệ thống photophone tiếng nói, có thể truyền đi bằng ánh sáng trong môi trờng mà không khíkhông cần dây.

Năm 1934: Norman R.French, kỹ s ngời Mỹ phát hiện ra môi trờngtruyền dẫn của hệ thống thông tin quang là các thanh thuỷ tinh

Năm 1958: Charles H Cao và Geogge A.Hockhan hai kỹ s ngời Anh đã

đề xuất dùng sợi thuỷ tinh để dẫn ánh sáng

Năm 1970: Corning Glass Worlks chế tạo thành công sợi quang loại SI

có suy hao dới 20dB/km ở bớc sóng 653nm

Năm 1972 : Sợi SI đợc chế tạo với độ suy hao 4dB/km

Năm 1983: Sợi đơn mode SM đợc xuất xởng tại Mỹ

Ngày nay sợi SM đợc sử dụng rộng rãi, độ suy hao của sợi này chỉkhoảng 0,2dB/km ở bớc sóng 1550

II.sơ đồ khối của hệ thống truyền dẫn quang.

Sơ đồ khối cơ bản của một hệ thống truyền dẫn quang nh hình 1 Tínhiệu có thể là Analog hoặc Digital, nhng dạng Digital ngày nay đợc dùng phổbiến hơn

Nếu cự ly giữa hai trạm đầu cuối quá xa có thể thêm một vài trạm lặp(tiếp vận) với sơ đồ hình 2

L K thu

Phục hồi tín hiệu

Nguồ n quang

Tín hiệu

điện

Tín hiệu điện

Trong hệ thống thông tin quang, thông tin đợc truyền tải bằng ánh sáng.Trong phần này, chúng ta sẽ nghiên cứu tới các đặc tính của ánh sáng vì rấtcần thiết để hiểu đợc sự lan truyền của ánh sáng trong sợi quang và nguyên lýcủa dao động laser Ba vấn đề sau sẽ là cơ sở lý thuyết cho việc hình thành hệthống thông tin quang.

1.Phổ của sóng điện từ

2 Chiết suất của môi trờng

3.Hiện tợng phản xạ toàn phần

I phổ của sóng điện từ

Các bức xạ điện từ nói chung có cùng bản chất tự nhiên và có thể xem

nh sóng hoặc hạt (photon) Tính chất sóng hoặc hạt nổi bật trong từng vùng

Đặc trng cơ bản của các nguồn bức xạ điện từ là dải phổ bức xạ của nó, tức làmột dải tần số của các dao động điện từ hay còn gọi là sóng điện từ đợc sinh

ra, hoặc là dải bớc sóng tơng ứng Hai đại lợng tần số và bớc sóng tỷ lệ vớinhau theo công thức:

C(m/s)=(m).f(HZ) hoặc E(ev) = h.fTrong đó :

C là vận tốc ánh sáng trong chân không [ C=3.108 m/s ]

H là hằng số Planck [ h=6,25.10-34J/s ]

ánh sáng dùng trong thông tin quang trong vùng cận hồng ngoại với

b-ớc sóng từ 800nm đến 1600nm Đặc biệt có ba bb-ớc sóng thông dụng là850nm, 1300nm và 1550nm

1n2

P

n2P

Ta biết nếu bớc sóng càng nhỏ thì tần số càng lớn mà khi tần số càng lớnthì độ suy hao càng lớn Song qua đặc tuyến suy hao của sợi quang (hình 2-7)

và đặc biệt ở bớc sóng 1550nm thì độ suy hao là dới 0,2dB/km Nh vậy là vấn

đề suy hao đợc giải quyết nên ở ba bớc sóng đó hiện nay đang đợc dùng rộngrãi mà đặc biệt là ở bớc sóng 1550nm Cùng đó ta đã khai thác thêm đợc cácvùng tần số khác để mở rộng dải tần số đồng thời khai thác đợc các u điểmcủa cáp sợi quang

ii chiết suất của môi trờng.

Chiết suất của môi trờng đợc xác định bởi tỷ số của vận tốc ánh sángtrong chân không và vận tốc ánh sáng trong môi trờng ấy

V trong đó : n : Chiết suất của môi trờng

V : Vận tốc ánh sáng trong môi trờng

Mà C  V nên n  1

Chiết suất của môi trờng phụ thuộc vào bớc sóng của ánh sáng truyềncho nó

III Hiện tợng phản xạ ánh sáng toàn phần:

Cho một tia sáng đơn sắc đi từ môi trờng có chiết suất n1 sang môi trờng thứ hai có chiết suất n2 (n1<n2) nh hình vẽ sau:

Tia tử ngoại

Tia Rơnghe n

Tia Gamma

Tia

Vũ tr ụ

T ia hồng ngoại

1

Vùng phản xạ toàn phầna) (b)

Tia tới (tia 1) hợp với pháp tuyến P của mặt phân cách giữa hai môi trờngmột góc , khi sang môi trờng thứ hai, tia sáng này bị khúc xạ và hợp vớipháp tuyến P ở một góc  Theo định luật khúc xạ Snelious ta có:

Vậy muốn có phản xạ toàn phần cần có hai điều kiện sau :

i cấu tạo và phân loại sợi quang

1.1Cấu tạo:

Sợi quang đợc sản xuất bằng vật liệu để truyền đợc ánh sáng nh:

Sợi thuỷ tinhSợi nhựa flour

Sợi quang cấu tạo gồm 2 phần chính:

- Một lõi dẫn quang đặc có chiết suất n1, bán kính a, đờng kính là dk vàmột lớp vỏ cũng là vật liệu dẫn quang bao xung quanh ruột có chiết suất n2

(n1>n2) và đờng kính dm Ngoài ra độ lệch chiết suất sợi quang:

Hai tham số này quyết định đặc tuyến truyền dẫn của sợi quang

1.2 Phân loại sợi quang:

Các loại sợi quang có thể phân chia theo nhiều cách khác nhau nhng cóhai loại phân loại sau đây là chủ yếu:

a Phân loại căn cứ vào phơng pháp truyền sóng:

* Sợi Đa - mode (Multi - Modes): MM

Trong lõi của sợi cáp có nhiều tia sáng đợc đồng thời truyền dẫn tới các

đờng đi khác nhau gọi là mode Loại MM này có đờng kính dk = (25  100)

μmm .

* Sợi đơn mode (Single - Modes): SM

b Phân loại theo chỉ số chiết suất:

n1

n2dK

dm

n1dK

n2dm

* Sợi có chiết suất phân bậc (Step - Index): SI

Sợi này có chiết suất lõi n1 luôn luôn bằng hằng số và đột biến tại bề mặttiếp giáp giữa lõi và vỏ:

Hình 2-2

* Sợi có chiết suất liên tục (Gradien - Index): GI

Chiết suất trong lõi sẽ giảm từ tâm của lõi ra vỏ lõi và đột biến rại bề mặttiếp xúc giữa lõi và vỏ

Hình 2 - 3

Song trên thực tế ngời ta thờng phân ra làm 3 loại:

Sợi đa mode có chỉ số khúc xạ phân bậc SI MM (Stepindex MultiMode)

Sợi đa mode có chỉ số khúc xạ liên tục GI MM (GradienIndex Multimode)

Sợi đơn mode có chỉ số khúc xạ phân bậc SI SM (StepIndex SingleMode)

-Xun g vào Xun g ra

S I - MM

GI - MM

S I - SM

Hình 2 – 4: 4: Các loại sợi quang SI – 4: MM(a), GI – 4: MM(b), SI – 4:

SM(c) và sự biến thiên của chỉ số khúc xạ theo bán kính của sợi.

Sự biến thiên của chiết suất trong một sợi có thể biểu thị qua công thứcsau:

[| r|<a

[ [| r|>a

[

Trong trờng hợp nhỏ thì công thức trên là cho sợi GI, còn khi g →∞

thì n(r) ¿ n1 tức là ta có sợi SI Trong thực tế g ¿ 10 đã đợc coi là sợi SI.Trong thông tin đờng dài sợi GI có g ¿ 2 có đặc tính truyền dẫn tốt nhất nênthờng đợc chọn sử dụng 1 ¿g≤3 Thông thờng tiêu chuẩn về kích thớc các

loại sợi quang đợc từng quốc gia qui định và cũng đang đợc tiêu chuẩn hoáquốc tế

Có dm = 125 μmm Đờng kính lõi dk = ( 8ữ10 ) μmm , sợi SI -MM trong

thực tế loại này ít dùng vì suy hao lớn, sợi GI - MM chỉ đợc dùng trong cáctuyến cự li ngắn và trung bình với tốc độ số liệu khoảng vài trục Mbit/s, cònsợi mode thờng đợc dùng ở các tuyến đờng trục tốc độ cao

III Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang:

Nguyên lí truyền sóng ánh sáng trong sợi cáp là để ánh sáng truyền từ

đầu sợi đến cuối sợi quang không bị mất ở lớp vỏ thì phải dựa vào hiện tợngphản xạ ánh sáng toàn phần Nh ở phần nói về hiện tợng phản xạ toàn phần(III, Chơng I) đã trình bày về điều kiện để xảy ra hiện tợng phản xạ toàn phầnlà:

+ n1 > n2

+ Góc tới lớn hơn góc tới hạn

Xun g vào Xun g ra

S I - MM

GI - MM

S I - SM

n0

n2

n1th

n0Sinth=n1.Sin (n0=1 : chiết suất của không khí)

 1.Sinth=n1.Sin=n1Cos1

2 n12 gọi là độ lệch chiết suất tơng đối

Vậy điều kiện để đạt đợc hiện tợng phản xạ toàn phần ở trong lõi là khi

đa nguồn sáng vào lõi cáp phải nằm trong một hình nón có góc mở

α th=arcsinn1.√2 Δn .

IV sự lan truyền của các mode trong sợi quang.

Theo quan điểm truyền dẫn sóng điện từ muốn biết đợc bản chất thựccủa các quá trình truyền dẫn ánh sáng, cần phải giải phơng trình sóng Mộtmode đợc hiểu là một trạng thái dao động điện từ ứng với nghiệm của phơngtrình sóng và số lợng các mode có quan hệ với các sóng điện từ đơn thoả mãncác phơng trình Maxwell và điều kiện bờ từ sợi quang

n2n1max

Các mode hoàn toàn độc lập với nhau

Mỗi mode có một tốc độ lan truyền rộng

Mỗi mode chỉ tồn tại cho một bớc sóng xác định của nguồn sáng

Thực tế phải tồn tại một bớc sóng giới hạn g sao cho các bớc sóng củacác mode đều phải tuân theo điều kiện  > g

Số lợng các mode lan truyền trong sợi quang phụ thuộc vào tỷ số dk/nên dk lớn hơn  nhiều thì sợi cho vô số mode truyền qua, còn khi dk rất nhỏthì chỉ có một mode cơ bản đợc truyền qua (sợi đơn mode) Ngời ta định nghĩatham số cấu trúc V hay còn gọi là tần số chuẩn hoá:

Mà nh ta biết khẩu độ số NA = Sinth

Nh vậy sợi SI có NA=√n12−n22=n1.√2 Δn

Giá trị của NA nằm trong giới hạn từ 0,20,37

Muốn tăng hiệu suất ánh sáng vào sợi cần có độ mở lớn song lý thuyết

đã chứng minh là khi tăng độ mở thì xung ánh sáng lan truyền bị tán xạ lớn,băng tần truyền dẫn của sợi bị thu hẹp lại

Theo hình 2-5 ta không thể mô tả đặc trng của các mode vì thực tếkhông phải tất cả các tia sáng đi vào lõi trong phạm vi góc mở cho phép đều

đợc lan truyền đến cuối sợi Do bản thân ánh sáng có tính sóng, giữa các tia cóhiện tợng giao thoa

Hai tia sóng sẽ triệt tiêu nhau nếu đỉnh của một sóng gặp bụng của mộtsóng khác, hoặc hai sóng lệch pha nhau một nửa bớc sóng, còn nếu hai bớcsóng có đỉnh gặp đỉnh thì sẽ càng tăng cờng chạy đến cuối đờng sợi mà ta gọi

là các mode

Về phơng tiện truyền sóng, có thể nói mode đợc đặc trng bởi sự phân bốcờng độ ánh sáng trên mặt cắt ngang của sợi và đợc lan truyền với tốc độ xác

định

có rất nhiều tải tin, mỗi tải tin ứng với một bớc sóng nhất định.

V các thông số của Sợi quang

5.1 Suy hao của sợi quang:

5.1.1.Định nghĩa:

Khi truyền ánh sáng trong sợi quang, công suất ánh sáng giảm dần theo

cự ly với quy luật của hàm số mũ nên ánh sáng bị suy hao Biểu thức tổngquát của hàm số truyền công suất có dạng:

P(L)=P(0).10-.1/10

Trong đó : P(0) là công suất ở đầu sợi (L)

P(L) là công suất ở cự ly L tính từ đầu sợi

 : Hệ số suy hao

Độ suy hao của sợi quang tính bởi :

5.1.2.Các nguyên nhân gây ra suy hao.

a.Suy hao do hấp thụ.

Các tạp chất kim loại trong thuỷ tinh là một trong những nguồn hấp thụ

ánh sáng Mức độ hấp thụ của từng loại tạp chất phụ thuộc vào nồng độ tạpchất và các bớc sóng ánh sáng truyền qua nó

Bản thân thuỷ tinh tinh khiết cũng hấp thụ ánh sáng trong vùng cực tím

và hồng ngoại Sự hấp thụ trong vùng hồng ngoại gây trở ngại cho khuynh ớng sử dụng các bớc sóng dài trong thông tin quang

h-b Suy hao do tán xạ.

Suy hao do tán xạ hay còn gọi là tiêu hao tán xạ Rayleigh, xuất hiện do

ảnh hởng của những chỗ không đồng nhất còn xót lại trong giai đoạn làmnguội sợi hay những chỗ hàn nối sợi quang không chuẩn Kích thớc của cácchỗ không đồng nhất còn nhỏ hơn bớc sóng ánh sáng Vùng hồng ngoại nhiềunên khi bớc sóng tăng thì tiêu hao này giảm nhỏ rất nhanh, tỷ lệ nghịch với số

Hình 2 – 4: 6: Suy hao do tán xạ reyleigh

Suy hao do mặt phân cách giữa các lõi và lớp vỏ bọc không hoàn hảo,lúc đó tia sáng sẽ bị tán xạ Lúc nạy một tia tới có nhiều tia phản xạ với cácgóc phản xạ khác nhau Những tia có góc phản xạ nhỏ hơn góc tới sẽ khúc xã

ra lớp vỏ bọc và đi ra ngoài và đi ra ngoài lớp bọc sau đó bị suy hao dần

c Suy hao do sợi bị uấn cong.

Khi sợi quang bị chèn ép tạo nên chỗ uấn cong nhỏ thì suy hao của sợicũng tăng lên Sự phân bố trờng sẽ bị xáo trộn đi qua những chỗ uấn cong và

dẫn tới sự phát xạ năng lợng ra khỏi lõi khi sợi bị uấn cong với bán kính uấncong càng nhỏ càng suy hao nhiều.

5.1.3.Đặc tuyến suy hao.

Tổng hợp các loại suy hao trong sợi và biểu diễn một tơng quan theo

b-ớc sóng ngời ta nhận đợc phổ của sợi Mỗi loại sợi có đặc tính suy hao riêng.Một đặc tuyến điển hình của loại sợi đơn mode nh hình 2-7

Nhìn vào hình 2-7 ta thấy có ba vùng bớc sóng suy hao thấp nhất, còngọi là ba cửa sổ suy hao

* Cửa sổ thứ nhất:ở bớc sóng 850nm, suy hao trung bình ở mức từ

(2-3)dB/Km, đợc dùng cho giai đoạn đầu

* Cửa sổ thứ hai : ở bớc sóng 1300nm Suy hao tơng đối thấp khoảng từ

(0,40,5) dB/Km, ở bớc sóng này độ tán sắc rất thấp nên đợc dùng rộng rãihiện nay

* Cửa sổ thứ ba : ở bớc sóng 1550nm Suy hao thấp nhất cho đến nay

khoảng 0,2 dB/Km, với sợi quang bình thờng độ tán sắc ở bớc sóng 1550nmlớn so với bớc sóng 1300nm Nhng với loại sợi có dạng phân bố chiết suất đặcbiệt có thể giảm độ tán sắc ở bớc sóng 1550nm Lúc đó sử dụng cửa sổ thứ ba

sẽ có lợi : Suy hao thấp và tán sắc nhỏ Bớc sóng 1550nm sẽ đợc sử dụng rộngrãi trong tơng lai

5.2.Tán sắc (Dispersion).

Khi truyền dẫn các tín hiệu Digital quang, xuất hiện hiện tợng giãnxung ở đầu thu, thậm chí trong một số trờng hợp các xung lân cận đè lênnhau Khi đó không phân biệt đợc các xung với nhau nữa, gây nên méo tínhiệu khi tái sinh Hiện tợng giãn xung này gọi là hiện tợng tán sắc Đối với tín

Nếu hai xung liên tục đợc phát với tần số rất lớn, ở đầu thu bị giãn rộng

đè lên nhau dẫn tới thu sai

Ta thử xem xét ví dụ ở hình trên coi các xung phát và thu có dạng phân

bố Gauss gần đúng, xung 1 là xung phát, xung 2 là xung thu Độ rộng xung ởgiá trị biên độ 0,5 (mức 3dB) là s,e

Do ảnh hởng của tán sắc, các xung ở đầu vào máy thu bị giãn rộng,

nh-ng hai xunh-ng kề nhau còn phân biệt đợc khi độ giãn xunh-ng  còn nhỏ hơn độrộng xung phát đi từ đó có tốc độ bit là:

C=1/s=1/=2,26.B=2.B

Nh vậy độ giãn xung, độ rộng băng tần truyền dẫn B và tốc độ bit C cóquan hệ ảnh hởng lẫn nhau Để truyền dẫn 2 bit/s thì về lý thuyết có độ rộngbằng khoảng 1 HZ nhng trên thực tế cần 1,6HZ cho nên ta có thể nói rằng tốc

độ bit/s lớn nhất của sợi quang bằng độ rộng băng tần truyền dẫn Từ đó, đểsợi cho phép truyền đợc các luồng bit tốc độ cao hay là có băng tần rộng cầnphải giảm ảnh hởng của hiện tợng tán sắc đến mức thấp nhất thông qua chọnloại sợi hoặc chọn các tham số cấu trúc tối u của sợi

5.2.1 Các nguyên nhân gây ra tán sắc.

a.Tán sắc mode (Mode Despersion)

Do năng lợng của ánh sáng phân tán thành nhiều mode Độ tán sắc củamode phụ thuộc vào dạng phân bố chiết suất của sợi đa mode thông qua số mũ

g trong biểu thức hàm chiết suất Tán sắc mode chỉ xảy ra ở sợi đa mode

Vì phạm vi có hạn nên ở đây chỉ đa ra công thức đã tính toán về tán sắcmode : Với chiều dài sợi quang là L, chiết suất n1, n2 ; Giá sử có hai tia đi vàosợi quang, tia thứ nhất đi đoạn đờng dài hơn, tia thứ hai đi đoạn đờng ngắnhơn, ta có:

t1=L n12

C n22

t2=L n12

C Trong đó: t1: Thời gian truyền tia thứ nhất

t2: Thời gian truyền tia thứ hai

Thời gian chênh lệch giữa hai đờng truyền t là:

* Tán sắc chất liệu: Chiết suất thuỷ tinh thay đổi theo bớc sóng nên vận

tốc truyền sóng của ánh sáng có bớc sóng khác nhau cũng khác nhau Đó lànguyên nhân gây tán sắc chất liệu

ở bớc sóng 850nm độ tán sắc chất liệu khoảng (90120) ps/nm.Km,

ở bớc sóng 1300nm độ tán sắc chất liệu bằng tán sắc ống dẫn sóng nhng ngợcdấu lên tán sắc sắc thể bằng không Còn ở bớc sóng 1550nm độ tán sắc nàykhoảng 20 ps/nm.Km

- Giảm độ rộng phổ của nguồn quang để giảm tán sắc chất liệu

Dmar = Dmar.

- Dịch điểm có tán sắc bằng 0 đến bớc sóng 1550 nm

Để có sợi dịch tán sắc thì chất liệu và tán sắc ống dẫn sóng triệt tiêunhau ở bớc sóng 1550 nm ( hình 2-9)

sự biến thiên tán sắc theo bớc sóng nh hình (2-9).

5.3 Dải thông của sợi quang

Sợi quang đợc xem nh hàm truyền đạt

Đờng biểu diễn của hàm truyền đạt nh hình 2-10

Tần số điều chế mà tại đó biên độ của hàm truyền đạt bằng ẵ đợc gọi làdải thông B của sợi quang

H ( fm=B )

1 2

Nh vậy dải thông B là tần số điều chế mà tại đó công suất quang giảm đi50% (hay 3dB)

V

Vùng đơn mode Vùng đa mode

Mode

LP01 LP12

Mode

LP01 LP12

Mode

LP01 , LP11 LP12 , LP21

C1 C2

0

0

Dải thông của sợi quang tỷ lệ nghịch với độ tán sắc tổng cộng và đợc tínhtheo công thức:

Để tiện ta ký hiệu c là c1

Sự phân chia vùng đơn mode và đa mode ở hình 2-11

Trên thực tế bớc sóng cắt còn phụ thuộc vào chiều dài sợi và độ uốn congcủa sợi quang Sợi càng dài và độ uốn cong càng nhỏ thì c càng nhỏ và ngợclại

4.5 Đờng kính trờng mode (MFD:Mode Field Diameter)

Khi sự phân tích suy hao của các mối nối và điều kiện phóng ánh sángvào sợi thì sự phân bố trờng là rất quan trọng

Năng lợng ánh sáng thể hiện qua năng lợng trờng bức xạ F(r) không chỉtập trung trong lõi mà một phần truyền ngoài lớp bọc Sự phân bố trờng nhhình 2-12:

Bán kính trờng mode P là bán kính tại đó biên độ giảm đi 1/e lần (e =2,718… nên 1/e nên 1/e 0,37 = 37%) Đờng kính trờng mode 2P phụ thuộc vào ,nếu  dài thì đờng kính trờng mode càng tăng.

Đối với sợi SI - SM thì đờng kính trờng mode hơi lớn hơn đờng kính lõi

Vi hàn nối sợi quang

6.1 Yêu cầu kỹ thuật

Với việc hàn nối phải đạt tổn thất quang càng bé càng tốt Nhng vì đờngkính của sợi quang rất bé, nhất là ánh sáng chỉ đợc lan truyền trong lõi sợiquang, do đó rất khó phối hợp Trong thực tế các đầu sợi quang khó lòng khớpsít vào nhau nên không tránh khỏi bị suy hao

6.2 Các phơng pháp hàn nối sợi quang

Để hàn nối hai sợi quang với nhau ngời ta nghiên cứu phơng pháp sau:

- Dùng bộ nối tháo rời đợc và không tháo rời đợc

- Hàn nối bằng sợi keo dính và bằng hồ quang điện

Phơng pháp đầu đạt độ chính xác không cao, nên hay sử dụng cho cácloại sợi có tốc độ truyền dẫn thấp, cự ly gần

Phơng pháp hàn nói thứ hai có độ chính xác cao, cố định Trong hớngnày có hai phơng pháp chính là nối bằng keo dính và hồ quang

Dùng hoá chất để tách và tẩy sạch lớp vỏ bảo vệ hai đầu sợi cầu nối Kẹp hai đầu sợi lên bộ gá (hình a)

Điều chỉnh cho hai sợi lại gần, điều chỉnh sao cho đầu sợi hoàn toàn

Gia cố cơ học để bảo vệ mối nối (hình e)

Ngày nay các nhà máy hàn đã đợc thiết kế hiện đại, việc làm này đợcthực hiện hoàn toàn tự động để tăng chất lợng

6.3.Bảo vệ mối nối:

Khi nối các sợi quang đã đợc tách ra, không còn các lớp bảo vệ của vỏcáp vì vậy ngời ta dùng các hộp bảo vệ chỗ nối Có nhiều loại hộp bảo vệ, cóloại để trong nhà, có loại để ngoài trời, có loại chôn trực tiếp, tuỳ theo điềukiện môi trờng và mục đích sử dụng ta chọn cho thích hợp

Chơng 3

Cáp quang

Cũng nh cáp kim loại, cáp quang cáp quang cũng có các yêu cầu, đặc

điểm cần phải đáp ứng Trớc hết, có lớp vỏ bao bên ngoài để bảo vệ sợi cápquang khỏi ảnh hởng của môi trờng nh côn trùng, độ ẩm hoặc các lực cơ họctác động

Cáp cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:

Không bị ảnh hởng bởi nhiễu điện từ

Không thấm nớc, lọt nớc

Chống đợc các ảnh hởng của các tác động cơ học nh va chạm, lực kéo,nén, lực uấn cong… nên 1/e

ổn định khi nhiệt độ thay đổi, nhất là khi ở nhiệt độ rất thấp có tác

Để tạo đợc cáp dẫn quang, sợi quang trớc hết phải đợc bọc sơ bộ bằngcác lớp Polime mỏng rồi mới tạo thành cáp Các sợi đã đợc bọc hoàn thiện làmthành phần chính của lõi cáp Lõi cáp còn có thể thêm các sợi gia cờng bằngnilon và các đôi giây bằng kim loại để cấp nguồn từ xa

Ngời ta có thể đặt các sợi dẫn cáp quang vào lõi cáp với nhiều hìnhthức Chính vì vậy cáp quang có thể có dạng hình tròn hoặc dẹt, sợi dẫn quang

có thể đợc bọc chặt hoặc bọc lỏng Để tránh ảnh hởng cơ học làm gãy đứt vàthuận lợi khi hàn nối Thờng các sợi đợc đặt lỏng tự do trong lõi cáp, hoặc đặtlỏng có keo mềm độn vào

Các nớc Tây Âu và úc thờng thiết kế lõi cáp có các rãnh múi khế màtrong các rãnh đó là các sợi cáp quang Còn các nớc Châu Mỹ và Nhật thì th-ờng cho sợi nằm lỏng trong các ống ghen nhỏ ở lõi cáp Việc cấu trúc vỏ cáprất phong phú, phù hợp với điều kiện từng môi trờng đặt cáp

Sợi thép bọc

gi a c ờng

Sợi dẫn quang

ống gien

Lớp chất dẻo

Bằng thép

b) c)a)

Hình 3 -1: Là hình minh hoạ tổng quát của cáp quang nó có những thành phầncơ bản sau:

Sợi quang: Đợc đặt trong rãnh hoặc ống ghen

Thành phần chịu lực: Gồm có thành phần chịu lực trung tâm và chịu lựcbên ngoài

Chất nhồi: Để làm đầy ruột cáp

Vỏ cáp: Để bảo vệ ruột cáp

Lớp gia cờng: Bảo vệ sợi cáp trong điều kiện khắc nghiệt

II Phân loại cáp quang:

Ngời ta phân loại cáp quang theo nhiều loại khác nhau để thuận lợi cho việcnghiên cứu

2.1 Phân loại theo cấu trúc:

Cáp có cấu trúc cổ điển: Các sợi hoặc các nhóm sợi quang đợc phân bố

đối xứng theo hớng xoay vòng đồng tâm, loại cấu trúc này rất phổ biến

Cáp có lõi trục có rãnh: Các sợi hoặc các nhóm sợi đợc đặt trên các

rãnh có sẵn trên một lõi của cáp

Cáp có cấu trúc băng dẹt: Nhiều sợi quang đợc ghép trên cùng một

băng và trong ruột cáp có nhiều băng xếp chồng lên nhau

Cáp có cấu trúc đặc biệt: Do nhu cầu, trong cáp có thể có các dây kim

loại để cấp nguồn từ xa, để cảnh báo, để làm các đờng nghiệp vụ… nên 1/e hoặc cáp

đi trong nhà chỉ cần hai sợi là đủ… nên 1/e

a.Cáp có cấu trúc đặc biệt c Cáp có cấu trúc băng dẹt

b Cáp có lõi hình trục có rãnh d Cáp sợi quang dùng trong nhà

e Cáp có dây đồng

Sợi thép bọc

gi a c ờng

Sợi dẫn quang

ống gien

Lớp chất dẻo

Bằng thép

2.2 Phân loại theo mục đích sử dụng:

Cáp dùng để trên mạng thuê bao, nội hạt, nông thôn

Cáp trung kế giữa các tổng đài

Trong mạng viễn thông việc truyền dẫn tiếng nõi đợc thực hiện bằng số

Để thực hiện điều đó ngời ta phải thực hiện quá trình biến đổi tín hiệu tơng tự(Analog) sang tín hiệu số (Digital) Quy trình biến đổi đó đợc thực hiện bằng

kỹ thuật PCM (Plulse code modulation) hay còn gọi là điều chế xung mã.Trong kỹ thuật PCM ngời ta xử lý tín hiệu tơng tự qua ba bớc sau:

Lấy mẫu (Sampling)

Phần phát

Điều biến xung (PAM)X(t)

CLK(fs = 2Fmax)

PCM 4.1.1 Lấy mẫu (Sampling):

Nguyên tắc cơ bản của điều xung mã (PCM) là quá trình chuyển đổicác tín hiệu liên tục nh tiếng nói thành tín hiệu số ở bớc lấy mẫu có nhiệm vụ

là rời rạc hoá các tín hiệu liên tục một cách tuần tự theo định lý Shanon Kachennhicop

-* Định lý Shanon - kachennhicôp: Tín hiệu liên tục theo thời gian có dải tầnxác định hoàn toàn có thể xác định bằng các giá trị rời rạc có chu kỳ thoả mãn

Fmax : Giới hạn cực đại của tín hiệu liên tục

Hình 4 – 4: 2: Tín hiệu liên tục sau khi lấy mẫu

Sau khi lẫy mẫu đợc các xung có biên độ bằng giá trị tức thời tại điểmlấy mẫu Kết quả lấy mẫu ta đợc dãy xung điều biên PAM (Plulse amplitudeModulation)

* Công cụ lấy mẫu;

x(t) u

u

Ts

U

X

0

t

Nhận xét: Trong phổ của dãy xung điều biên có chứa thành phần của tín

hiệu gốc từ (0  Fmax) Vì vậy để khôi phục đợc dạng tín hiệu gốc từ dãy xungthu đợc thì chỉ cần dùng bộ lọc thông thấp

* Nếu truyền nh vậy trên đờng truyền tạp âm tác động mạnh nhất vào

đỉnh xung nên biên độ xung thay đổi mà đỉnh xung là nơi mang tín hiệu nghĩa

là tác động trực tiếp vào tin tức

* Do UPAM là một đại lợng ngẫu nhiên nên khi mã hoá sẽ có rất nhiều từmã làm cho bộ mã hoá sẽ rất phức tạp và không tiêu chuẩn đợc bộ mã hoá.Tất cả các mẫu nằm trong một khoảng cách đã cho sẽ đợc gán cho một giá trị

số chung Việc này đợc gọi là lợng tử hoá

Hình 4 – 4: 4: Biểu đồ lợng tử hoá

x: Bớc sóng lợng tử hoá

Do việc lợng tử hoá là làm tròn biên độ xung mẫu nên dẫn đến việc sai

số lợng tử hoá Độ méo lợng tử không độc lập mà có liên quan đến biên độcủa xung Để giảm nhỏ độ méo lợng tử có thể dùng hai cách sau:

Hoặc là nén dải thông của tín hiệu trớc khi lợng tử và dãn phục hồi ởphía thu

Hoặc là tăng khoảng lợng tử theo biên độ đó là quá trình dãn

Có nhiều phơng pháp lợng tử hoá xong có hai phơng pháp chủ yếu là :

Lợng tử hoá đều: Toàn bổ dải biên độ của tín hiệu (dải động) đợc chia

thành các đoạn đều nhau và ký hiệu là x

có gây lên sai số lợng tử hoá

Lợng tử hoá phi tuyến:

ở phơng pháp lợng tử hoá phi tuyến ngời ta sử dụng luật dãn nén Nén

là phơng pháp thứ nhất đợc đề cập để đạt đợc một hệ thống lợng tử phi tuyến.Luật lợng tử logarit đợc sử dụng trong nén và dãn trong đó biến y theo quan

hệ y = logx và quan hệ ngợc lại đợc sử dụng trớc khi khôi phục biến đầu vàotại đầu ra của hệ thống nhờ bộ dãn

Hiện nay ngời ta sử dụng hai luật nén Logarit thông dụng là  và A.Luật  đợc vùng Bắc Mỹ và Nhật sử dụng còn luật A thì đợc các nớc Châu Âu

l-Bit đầu = (0,1)Bit phân đoạn = (000,001,… nên 1/e … nên 1/e ,111)Bit phân trớc = (0000,0001,… nên 1/e ,1111)

Có nhiều phơng pháp mã hoá nhng những phơng pháp mã hoá sau chủyếu là:

a Mã hoá trực tiếp

Xung PAM đợc so sánh trực tiếp với các điện áp mẫu ( mức chuẩn)nhận đợc các từ mã tơng ứng nh vậy bộ mã hoá cần phải có tất cả các mứcchuẩn nên dẫn đến bộ mã hoá cồng kềnh, thời gian rất chậm

b.Mã hoá theo phơng pháp gián tiếp.

* Phơng pháp đếm qua trung gian: Xung PAM đợc biến đổi thành các đạilợng đếm đợc nh tần số, thời gian và thực hiện đếm ( đếm theo cơ số 2)

Phơng pháp này thời gian mã hoá chậm vì phải đếm qua tất cả các giá trị

mà xung PAM có thể có

* Mã hoá theo phơng pháp so sánh: Xung PAM đợc so sánh với các điện

áp mẫu URFi (Referent) theo thứ tự từ cao đến thấp theo nguyên tắc

Xung PAM  URFi thì bi (bít thứ i) nhận giá trị 1Xung PAM  URFi thì bi nhận giá trị bằng 0

URFi

CLK

Hình 4 – 4: 5: Sơ đồ khối của bộ mã bằng phơng pháp so sánh

MR (memory): Bộ nhớ UPAM trong suốt thời gian mã hoá

COM(compare): So sánh UPAM với các điện áp mẫu

URFi : Mạch tạo ra điện áp mẫu

CU(Coutrol Umit): Khối điều khiển có 8 đầu ra từ b0b7 nhận cácgiá trị tơng ứng với đầu vào X

P/S(Paralel/Series): Bộ biến đổi từ mã từ song song sang nối tiếp

Phơng pháp ghép kênh không biến đổi tín hiệu

Phơng pháp ghép kênh theo tần số FDM (Frequency Division Mutilplex)Phơng pháp ghép theo thời gian TPM (Time Division Mutilplex)

Song ở đây ta chỉ giới thiệu về hai phơng pháp ghép kênh là FDM vàTDM chủ yếu là phơng pháp TDM mà trong thông tin quang sử dụng

4.2.1.Phơng pháp FDM:

Sử dụng ghép kênh theo tần số FDM, tín hiệu đợc truyền đi liên tụctheo thời gian để phân biệt giữa các tín hiệu khác nhau thì ngời ta đánh dấu(phân chia) bằng các dải tần riêng biệt

Mỗi tín hiệu đợc đánh dấu bằng một dải tần riêng biệt liên tiếp nhau tạothành một dải tần chung Ngời ta dùng kỹ thuật chuyển phổ bằng phơng pháp

điều chế tín hiệu (điều chế đơn biên) dụng bộ lọc thông dải để lọc lấy mộtbiên

Ghép theo phơng pháp ghép chồng: n kênh thoại đợc dùng n sóng mang

khác nhau ba bộ lọc thông dải khác nhau để ghép từng kênh 1 Nếu số kênhthoại n lớn dẫn đến gặp khó khăn trong chế tạo, sử dụng và khai thác (phơngpháp này hiện nay không dùng)

1

4.2.2 Phơng pháp TDM (Time Division Mutilplex):

Khi sử dụng phơng pháp ghép phân chia theo thời gian, liên lạc không

có lỗi chỉ có thể thực hiện đợc nếu các bit, các khung và các kênh ghép động

bộ hoá cùng một kiểu nh nhau tại nơi phát và nơi thu Ghép kênh là một quátrình chuyển đổi một số tín hiệu số thành tính hiệu số tốc độ cao

Vì ở Việt Nam, chúng ta thờng sử dụng các thiết bị viễn thông theo tiêuchuẩn Châu Âu Nên ở đây ta cũng chỉ tìm hiểu về phơng pháp ghép kênh theothời gian theo tiêu chuẩn Châu Âu

Cấu trúc khung ghép cơ sở theo tiêu chuẩn sau:

Một chu kỳ ghép (1 khung ghép) t=125s

Một khung ghép chia làm 32 khe thời gian ts=3,9s

Tốc độ truyền dẫn =2,048Mb/s

Một khe thời gian chia thành 8 bít từ (b0b7) : b=488ns

Chu kỳ một đa khung =2 ms

Các khe thời gian từ Ts1Ts15 cài đợc 15 byte thoại số các kênh thoạinày đợc đánh số từ 115 Còn các khe từ Ts17Ts31 cài 15 byte thoại số đợc

đánh số từ 1630

Khe Ts0 để cài từ mã đồng bộ khung ghép có dạng đặc biệt để đầu thu

có thể nhận biết đợc từ đo tách ra đợc chính xác kênh thoại theo thứ tự

Khe Ts16 để cài báo hiệu Một khe Ts16 cài đợc hai kênh báo hiệu (mỗikênh báo hiệu là 4 bit), do cần 30 kênh báo hiệu cho 30 kênh thoại nên ngời ta

tổ chức ghép đa khung

Do cấu trúc ghép nh vậy nên ngời ta gọi nó là PCM-30, ngoài PCM-30ngời ta có thể ghép theo tiêu chuẩn Mỹ - Nhật đợc gọi là PCM-24

4.2.3 Giới thiệu tổng quát về các phân bậc dòng số :

a.Công nghệ PDH.

Để tăng cờng hiệu quả sử dụng truyền dẫn ngời ta thực hiện việc ghépkênh với các cấp cao hơn để tăng tốc độ truyền dẫn Theo khuyến nghị củaCCITT cho tiêu chuẩn ghép kênh sử dụng ở Châu Âu cũng nh ở Việt Nam Thìtốc độ ghép kênh và tốc độ bit nh sau:

* Nhợc điểm của PDH

Khả năng quản lý, điều hành, giám sát kém không linh hoạt Trong cấpghép cơ sở không tổ chức các khe riêng biệt, không đa vào các thông tinnghiệp vụ quản lý, kiểm tra

Do ghép xen bit nên không thể kiểm tra đến từng byte số liệu

Thiết bị ghép và tách kênh cồng kềnh phức tạp không có khả năng táchtrực tiếp các luồng cơ sở từ luồng truyền dẫn

Chỉ sử dụng cao nhất là 140Mb/s

Tồn tại 3 phân cấp không đồng nhất (Tiêu chuẩn Châu Âu, Mĩ, Nhật)nên không thể đấu chéo tạo mạng chung

b Công nghệ SDH.

Do những nhợc điểm của công nghệ PDH nên không thể đáp ứng đợcnhu cầu phát triển thông tin ngày càng cao nh các mạng ISDN, truyền sốliệu Nên cần phải có một hệ thống truyền dẫn mới trên thế giới và kỹ thuậtSDH ra đời nhằm đáp ứng rôngj rãi các nhu cầu

* Các đặc điểm chính của công nghệ SDH

Về nghép các luồng đồng bộ với nhau

Đảm bảo việc quản lý nguồn thông tin

Đảm bảo điều hành mạng

1 2 3

4 3 1

4

1 3 2

3 4

1 2

1

30

2,048M b/s (30kênh) 8,448M b/s

(120kênh)

34,368M b/s (480kênh) 139,264Mb/s

(1920kênh)

565,128Mb/s (7680kênh)

*Cấu trúc của một khung ghép STM – 4: 1

Mỗi chất bán dẫn có bề rộng năng lợng Eg khác nhau mà Eg lại quyết địnhtần số nên quyết định bớc sóng ánh sáng phát ra:

4.3.2 LED (Light Emiting Diode):

a Cấu tạo và phân loại:

Ngày nay đã có nhiều loại LED song ít đợc sử dụng vì phổ của LED quá rộng,dạn chế dung lợng và cự ly thông tin, nên chỉ sử dụng để truyền cự ly ngắn

Có các loại LED sau đây:

LED tiếp xúc mặt Gaas : Hạn chế từ Gaas với nồng độ khác nhau để tạonên lớp N và P Bớc sóng của LED Gaas khoảng 880950 nm

Led Burrus : Có cấu trúc nhiều lớp bao gồm các lớp N và P có bề dày vànồng độ khác nhau Vùng phát sóng của Led Burrus hẹp Trên bề mặt của Led

có khoét lỗ để đa sợi quang vào gần vùng phát sáng Bớc sóng của Burruskhoảng từ 800850 nm, Led này đợc chế tạo từ AlGaas/ Gaas

Led phát bớc sóng dài: Dùng chất bán dẫn InGaas P/InP chế tạo LoạiLed này cũng có cấu trúc nhiều lớp, có vùng phát sáng hẹp ở đây dùng lớpnền InP có dạng một thấu kính để ghép ánh sáng vào sợi quang Bớc sóng phát

Cấu trúc này có vùng phát sáng hẹp và góc phát sáng nhỏ nên hiệu suấtghép ánh sáng vào sợi quang cao Nhng khi hoạt động, nhiệt độ ELED tăngkhá cao nên phải có giải nhiệt

Miền hoạt

tính

Luồng ánh sáng bức xạ

Điện cực n

Điện cực P

Cách điện AlGaAs GaAs AlGaAs GaAs

p p n n

b Đặc tính kỹ thuật của LED:

Thông số điện: Dòng điện hoạt động từ (5030) m

Điện áp sụt trên Led từ (1.5 2.5)

Công suất phát quang: Là công suất tổng cộng mà nguồn phát quang ra Công

suất phát của LED từ (1 3) mW

Góc phát quang: Công suất ánh sáng do các nguồn quang phát ra cực đại ở

mục phát quang và giảm dần theo góc hợp với trục Góc phát quang xác định

ở mức công suất quang giảm một nửa (3dB) so với mức cực đại

Hiệu suất ghép quang:

Đợc tính bởi tỷ số công suất quang ghép vào sợi quang với công suấtphát quang tổng của nguồn quang Hiệu suất ghép của Led phát xạ mặtkhoảng (1 5)% do đó tuy công suất phát của Led phát xạ mặt lớn hơn nhngcông suất phát đa vào sợi quang của ELED lại lợi

Độ rộng phổ: Nguồn quang phát ra công suất cực đại tại bớc sóng trung tâm,

giảm dần về hai phía Độ rộng phổ là khoảng bớc sóng trong đó cống suấtkhông nhỏ hơn phần nửa công suất đỉnh

ảnh hởng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng thì công suất bức xạ sẽ giảm

4.3.3.Laser (Light Amplification by Stimulateol Emission of Radiation):

Có rất nhiều loại laesr nhng giới hạn ở đây chỉ tìm hiểu về 3 loại Laser chínhlà:

Laser dịch thể kép chôn BH : Buried HeteroustructuRe

Diode phản hồi phân bố DFB : Distributed Feedback

Laser FD : FabRy Pesot (Bộ cộng hởng quang)

a Cấu tạo FP, BH và DFB:

Lớp tích cực

DFB BH

Lớp tích cực(InGaAsP) (2m x 0,2m x 300m)

* Laser FP :

Là loại laser chế tạo theo nguyên lý bộ cộng hởng quang gồm có hailớp bán dẫn P, N Giữa có một lớp gọi là kích thích có một hạt photon bức xạvào giữa hai lớp quá trình Xảy ra nh sau: Khi một nguyên tử bị kích thích sẽxảy ra quá trình giống nh phản ứng dây truyền trong các bộ dao động hồi tiếp.Nguyên tử bị bức xạ sẽ dao động và lan truyền đập vào nguyên tử thứ hai và

cứ nh vậy Nhờ gơng phản xạ một phần ở một đầu laser mà ánh sáng đợc dẫn

ra một phần nhỏ Gơng còn lại của bộ cộng hởng là gơng phản xạ toàn phần(100) % Hai gơng này phản xạ ở hai đầu laser tạo thành bộ cộng hởngquang

Khoảng cách giữa hai gơng gọi là hộp cộng hởng quang

* Cấu tạo BH và DFB:

b Đặc tính kỹ thuật của Laser:

* Thông số điện:

Dòng điện kích từ vài chục đến vài trăm mA

Điện áp sụt trên laser từ (1.5 2.5) v

Khi có dòng kích cho laser nhỏ, thì laser phát xạ tự phát nên công suấtthấp Khi đợc kích với dòng điện lớn, laser đợc kích thích lúc này công suấtquang tăng nhanh theo dòng

Góc phát sáng theo phơng ngang của lớp tích cực chỉ khoảng 50- 100 còntheo phơng vuông góc với lớp tích cực góc phát có thể đạt 400

Độ rộng phổ: Phổ của laser rất hẹp trong khoảng từ (1 4)nm nên có độtán sắc chất liệu giảm Dạng phổ (nh hình vẽ 4.12) gồm nhiều vạch rời rạc

hiệu suất cao từ (30 - 90)%

Còn phổ phát xạ của laser DBF thì hẹp hơn của BH

Thời gian chuyển: Để công suất quang tăng từ (10 -90)% thì mức xác

lập của laser rất nhanh, không quá 1ns

ảnh hởng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ thay đổi thì dòng ngỡng nhiệt của

laser cũng thay đổi nên công suất phát quang cũng thay đổi khi mà dòng

điện

Ikích = const

Ta thấy khi nhiệt độ tăng thì dòng I ngỡng cũng tăng Khi nhiệt độ thay đổi thìbớc sóng cũng thay đổi theo

4.4 Linh kiện biến đổi quang điện (O/E):

4.4.1 Nhiệm vụ và nguyên lý :

ở đầu cuối hệ thống truyền dẫn, các máy thu có nhiệm vụ chuyển đổitín hiệu quang điều khiển từ cáp quang đa tới thành tín hiệu ban đầu đa vàothiết bị ghép kênh đầu cuối Ngoài ra trên đờng truyền dẫn tại các trạm lậpcũng cha có khả năng thực hiện khuyếch đại quang Cũng giống nh trong máythu, tín hiệu quang trớc tiên đợc chuyển đổi thành tín hiệu điện để tái sinh, tức

là đợc khuyếch đại và tái tạo dạng xung nhị phân để lại đa vào điều khiển mộtdiode LED hoặc LD cho phát tiếp đi tín hiệu quang Phân tử ở phía trớc máy

Ed dài dầnE

thu để thực hiện chức năng này là bộ biến đổi quang điện, cũng còn gọi là linhkiện thu quang hoặc bộ tách quang

Các linh kiện tách quang có nhiệm vụ đón nhận bức xạ quang vàchuyển đổi thành tín hiệu điện Chúng đợc phân chia thành hai nhóm

* Nhóm 1: Là linh kiện hoạt động theo nguyên lý biến đổi quang năng

thành nhiệt, để chuyển đổi gián tiếp ánh sáng thành tín hiệu điện hầu nhkhông đợc ứng dụng trong kỹ thuật viễn thông

* Nhóm 2: Là các linh kiện hoạt động theo nguyên lý biến đổi trực tiếp

lợng tử ánh sáng thành tín hiệu điện, đợc gọi là bộ tách quang lợng tử, hoặc

đơn giản là bộ tách quang, bởi vì hiện này là linh kiện chính đợc sử dụngtrong kỹ thuật viễn thông

Các bộ tách quang lợng tử lại đợc chia ra thành linh kiện sử dụng hiệuứng quang ngoại và hiệu ứng quang nội Hiệu ứng quang ngoại nghĩa là quátrình phát xạ các điện tử từ vật rắn vào không gian khi có tác động của các l -ợng tử ánh sáng Các linh kiện này là các tế bào quang điện chân không hoặccác bộ nhân quang điện, rất phổ biến trong các thiết bị còn dùng đèn điện tử.Chúng có nhợc điểm là kích thớc lớn, cần điện áp cung cấp lớn hằng trăm vôn

và hiệu suất lợng từ hoá rất thấp ở các bớc sóng dài

Hiệu ứng quang nội là quá trình tạo ra các phân tử mạng điện trong chấtrắn, cụ thể là tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống trong bán dẫn, khi có tác độngcủa các lợng tử ánh sáng Các linh kiện loại này bao gồm điển trở quang, phô

to diode, transistor quang và thysistor quang Các linh kiện này phù hợp cho

sử dụng trong các hệ thống thông tin hiện đại, vì phù hợp với công nghệ vi

điện tử Trong các hệ thống thông tin quang hiện nay chỉ sử dụng hại loạidiode quang phổ biến là diode PIN và diode quang thác APD Cả hai đều sửdụng hiệu ứng quang nội xảy ra ở vùng lân cận lớp tiếp giáp P - N Trong cácphần tiếp theo cũng chỉ chú trọng tìm hiểu vào hai loại diode này

Quá trình biến đổi quang điện ngợc lại với quá trình trong diode LED

và LD Mở LED và LD do ảnh hởng của điện áp thuận dặt vào mà các cặp

điện tử và lỗ trống tái hợp với nhau để bức xạ ra các photon Lớp tiếp giáp P

-N cảu diode thu quang có đặt một điện áp phân cực ngợc để tạo ra trờng dịchchuyển các phân tử tải điện thiểu số sẽ đợc sinh ra, sao cho khi cha có tácdụng của ánh sáng vào thì trong diode thu cha có dòng điện, chỉ có thể xuấthiện một dòng tối hoặc một dòng rò rất nhỏ, bởi vì diode hoàn toàn bị khoá

Khi cho ánh sáng tác động vào, năng lợng h.f của các photon đợc traocho các điện tử để nâng điện tử dải khoá lên dải dẫn

Ef mức fecmi

Eh dải hoá

E

h.fn

h.f

Tại chính tiếp giáp P - N sinh ra một miền điện tích không gian dochính điện áp phân cực ngợc đặt vào và ở đó có một điện trờng Các điện tử -

lỗ trống mới sinh ra ở lân cận vùng điện tích không gian này là các phần tửthiểu số Do tác động của điện trờng vùng điện tích không gian các điện tửthiểu số từ miền P đợc dịch chuyển qua vùng này sang miền N và các lỗ trốngthiểu số từ miền N trôi sang miền P, nh thế trên mạch ngoài có một dòng điệnchảy qua gọi là dòng quang điện Tần số và cờng độ của dòng này hoàn toàn

do tần số và cờng độ của ánh sáng kích thích quyết định

Độ rộng của miền điện tích không gian và tốc độ trôi của các phần tửmang dòng thiểu số quyết định thời gian trôi của chúng, do đó cần lu ý khi sửdụng để truyền với tốc độ cao, vì lúc đó các xung ánh sáng rất hẹp

4.4.2 Phân loại và những thông số cơ bản

a Các yêu cầu cơ bản.

Các diode quang hoạt động gắn liền với mạch khuyếch đại thu Cácmáy thu phải thoã mãn các yêu cầu cao về chất lợng truyền dẫn, do đó cácdiode quang cũng phải có nhiều đặc tính tốt Chúng phải thõa mãn các yêucầu sau :

Có hiệu suất lợng tử hoá cao Hiệu suất đợc định nghĩa là

điện trờng ngoài, tạo thành dòng quang điện Diode APD còn có khả năng