Quang điện tử và thông tin quang sợi -Chương 1 potx

ắBộ phát: + Bộ điều biến modulator có hai chức năng: - Chuyển các bản tin điện sang dạng thích hợp - Ghi tín hiệu lên sóng mang của nguồn sóng mang.. Có hai dạng điều biến: điều biến tư

quang ®iÖn tö vμ

VLKT 2007

Devices for Optical Communications

♦ Một hệ thông tin sợi quang gồm ba bộ phận chính: bộ phát, kênh

truyền tin và bộ thu.

ắBộ phát:

+ Bộ điều biến (modulator) có hai chức năng:

- Chuyển các bản tin điện sang dạng thích hợp

- Ghi tín hiệu lên sóng mang của nguồn sóng mang

Có hai dạng điều biến: điều biến tương tự (analog) và điều biến số

(digital)

+ Nguồn sóng mang (carrier source) dùng hai loại nguồn LED (light emitting diode) và LD (laser diode)

ắ Kênh truyền tin (information channel) có chức năng đưa tín hiệu

từ bộ phát đến bộ thu : Sợi quang ; Bộ khuếch đại quang; Bộ lặp (cho hệ truyền số).

♦Độ rộng băng (band width) của các bản tin khác nhau:

♦Khi tín hiệu tương tự (analog signals) được truyền đi theo kĩ thuật

số tốc độ bit phụ thuộc vào tần suất lấy mẫu (sample) và dạng

mã hoá

Lý thuyết lấy mẫu (sampling theoreme) : một tín hiệu tương tự có thể

được truyền đi nguyên vẹn nếu được lấy mẫu với tần suất ít nhất bằng

2 lần tần số cao nhất chứa trong tín hiệu

♦Để biểu diễn công suất tỉ đối dùng Decibels:

dB = 10 log10 P 2 /P 1

dB có giá trị (+) P2 > P1 → khuếch đại

dB có giá trị (-) P2 < P1 → suy hao

Để biểu diễn công suất tuyệt đối, lấy P1 = 1mW làm chuẩn

P2 tính bằng dBm = 10 log10 P2 (mW).

1 Cặp phương trỡnh Maxwell thứ nhất: định luật cảm ứng điện

từ và sự không tồn tại của một nguồn từ trường như từ tích

(1.1)

(1.2)

2 Cặp phương trình Maxwell thứ hai: chỉ ra mối liên quan giữa

từ trường và dòng điện dịch, dòng điện dẫn và nguồn gốc của

vectơ cảm ứng điện D là điện tích:

C¸c ph−¬ng tr×nh Maxwell d−íi d¹ng vi ph©n tr×nh bµy theo kiÓu ph−¬ng tr×nh v« h−íng, theo thµnh phÇn cña vect¬:

(1.8) (1.7)

(1.6) (1.5)

1.1.2 Phương trình sóng đối với trường điện từ.

Từ các phương trình Maxwell, chứng minh sự tồn tại của sóng

điện từ.

Xột môi trường đồng nhất, trung hoà và không dẫn điện.(ρ = 0)

0

H rot.rot.

2 2

2 2

2 2

2

t c

H z

H y

H x

∂

∂ +

∂

(1.14) (1.13) (1.12)

Hai phương trỡnh 1.13 và 1.14 là hai phương trỡnh sóng điển hỡnh Bất cứ một hàm nào thoả mãn phương trỡnh đó đều diễn

tả một sóng, trong đó căn bậc hai của đại lượng nghịch đảo của

hệ số của đạo hàm bậc hai theo thời gian là vận tốc pha của sóng

1.1.3 Sóng điện từ phẳng.

Xét một sóng điện từ phẳng, lan truyền trong môi trường trung

hoà đồng chất, không dẫn điện lan truyền theo phương x ( trục x

Thành phần và không phụ thuộc vào thời gian và không

2 2

2

t c

H x

Để nghiệm đúng các phương trỡnh này, cần ph ả i tho ả mãn các

điều kiện sau:

m εε = 0 H m μμ 0

ε

Biên độ liên hệ với nhau bởi hệ thức

Đối với sóng lan truyền trong chân không

Khi t tăng lên điểm có pha cố định sẽ tiến theo chiều dương

của x Như vậy sóng lan truyền theo chiều dương của trục x

- Các điểm có toạ độ thoả mãn điều kiện tại thời

điểm t cho trước pha của sóng :

phải nằm trên mặt phẳng vuông góc với

Nếu sóng điện từ lan truyền theo đường vuông góc với mặt phân cách của hai vật liệu:

-Thành thành phần vuông góc (theo trục z) của và ở phân biên:

Z+ là kí hiệu điểm phía trên mặt phân biên.

Z- là kí hiệu điểm phía dưới mặt phân biên.

là mật độ điện tích bề mặt

s

σ

x y

2 2

Các trục chính của elip nói chung không

trùng với trục toạ độ x, y Elip mô tả phân

Nếu gọi là góc giữa hai trục x và x, (0 < φ < π), ta có

φ φ

δ φ

φ sin 2 cos cos sin

2 2

y x y

A

φ φ

δ φ

φ cos 2 cos cos sin

2 2

y x y

y x

A A

A

A tg

ư

=

Do phụ thuộc vào thời gian Vectơ điện trường

sẽ quay trong mặt phẳng phức (xy)

x , y

5

6 7

8

φ

1 δ = 0 hay δ = π ánh sáng phân cực tuyến tính Điện trường dao

động trên một đường thẳng trong mặt (xy).

2 δ > 0 đầu cuối của vectơ chuyển động theo chiều kim đồng

và phân cực elip nếu Trường hợp này ta cú phân cực trái (left-handed pol.).

3 δ < 0 đầu cuối của vectơ chuyển động ngược chiều kim đồng

hồ Ta nói ánh sáng: phân cực phải (right-handed pol.).

2

δ π =

1.1.6 Ph¶n x¹ toµn phÇn.

XÐt sãng ¸nh s¸ng ®i tõ m«i tr−êng chiÕt suÊt lín sang m«i tr−êng chiÕt suÊt nhá qua mét líp biªn Giả sö líp chiÕt suÊt nhá lµ kh«ng khÝ

sin =

β α

sinαtot = 1/n r

1

2

-Nếu ta đưa góc tới vượt quá α tot , chúng ta cần cho phép góc khúc xạ β có giá trị phức, khi chúng ta có β thực, đi từ 0

đến π Vượt qua giá trị đó β rơi vào mặt phẳng phức có phần thực và phần aỏ

-Nhưng điện trường trong môi trường có mật độ quang thấp

không bằng 0 tức khắc trên lớp biên

- Có một điện trường giảm dần (evanescent field) ta gọi là

điện trường “rỡa” thấm vào trong môi trường mật độ quang thấp

Sóng rỡa đó giảm dần theo exp từ y = 0 vào sâu trong môi trường

sóng rỡa chỉ thấm sâu vào độ sâu cỡ vài ba bước sóng λ