Khảo sát thực nghiệm về sự truyền tín hiệu tương tự qua sợi quang

Modul UTF1 có sẵn trên phòng thí nghiệm Quang phổ là một bộ cácthiết bị tích hợp 10 bài thí nghiệm mô phỏng các cách thức truyền dẫn và xử lý tín hiệu, từ tín hiệu tương tự đến tín hiệu

Lời cảm ơn

Luận văn này đợc hoàn thành dới sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo

TS Nguyễn Văn Phú Qua đây tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đốivới ngời thầy hớng dẫn cho mình – thầy đã đặt bài toán, hớng dẫn và giúp

đỡ tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn với thầy giáo PGS TS Nguyễn HuyCông, TS Trần Mạnh Hùng và các thầy giáo, cô giáo khoa Vật lí và cácthầy giáo, cô giáo khoa đào tạo Sau đại học Trờng đại học Vinh là nhữngngời đã giảng dạy, hớng dẫn, giúp đỡ tác giả học tập và tiếp thu nhiều kiếnthức khoa học trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luậnvăn

Tác giả xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của gia đình, bạn bè vànhững ngời thân, cơ quan và đồng nghiệp nơi tác giả công tác đã tạo mọi

điều kiện giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn

BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT……… 3

MỞ ĐẦU ……… 4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT SỢI QUANG VÀ CÁC DẠNG TÍN HIỆU QUANG 6

I Các khái niệm cơ bản về sợi quang………… 6

1.1 Cấu trúc sợi quang……… … .6

1.2 Tính chất của sợi quang……… ……… … 10

1.2.1 Suy giảm……… ……… 10

1.2.2 Hấp thụ do tạp chất……… …… 11

1.2.3 Mất mát do phân tán:……… 11

1.2.4 Hấp thụ của vật liệu………11

1.2.5 Hấp thụ do điện tử……… 11

1.3 Ghép nối sợi quang……….… 12

1.3.1 Các mối nối……… … … 12

1.3.1.1.Tổn thất trong mối nối ……….………….… ….12

1.3.1.2.Mối nối bằng cách nóng chảy……… … 14

1.3.1.3.Các mối nối cơ khí……… ……… 15

1.3.2 Các đầu nối……….……….…….….… 16

1.3.3 Sự ghép nối nguồn với sợi quang……… ………… 18

1.3.4 Ghép nối giữa sợi quang và máy dò…….…… 19

II Các dạng tín hiệu sử dụng trong thông tin quang 20

2.1 Tín hiệu số……… ….21

2.1.1 Dữ liệu NRZ……… 21

2.1.2 Mã Manchester……….… 22

2.1.3 Mã Bi - Phase Mark/ Space……… ….23

2.1.4 Sơ đồ mạch điện của mạch mã hóa……… 23

III Kết luận……….26

CHƯƠNG II KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH TRUYỀN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ QUA SỢI QUANG… 27

2.1 Giới thiệu modul UTF1 27

2.2 Mô tả tổng quát 29

2.3 Khảo sát thực nghiệm sự truyền tín hiệu tương tự qua sợi quang 37

2.3.1 Mục đích thí nghiệm 37

2.3.2 Các kết quả thí nghiệm 37

2.3.2.1 Khảo sát tín hiệu vào/ ra hai đầu sợi quang 37

2.3.2.2 Khảo sát sự truyền tín hiệu có trộn Video/Audio qua sợi quang 39

2.3.2.3 Khảo sát tín hiệu ra và tín hiệu vào khi thay đổi tần số của tín hiệu đầu vào qua sợi quang 43

2.3.2.4 Điều chế FM - Máy phát bằng thực nghiệm (Dựa vào modul UTF1) 47

2.4 Kết luận……… 50

KẾT LUẬN CHUNG……… ……….………….… 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ……… 53

BẢNG CÁC CHỬ VIẾT TẮT

TTL Mạch lô gic transistor

ECL Nguồn hóa quang do dòng điện sinh ra

VOC Mạch trộn điều hưởng

NTT-FC/ PC Tên đầu nối

ST; SMA; TBA Tên đầu nối

J 1 ; J 2 … Các dắt để nối dòng điện trong bộ thí nghiệm

T 1 ; T 2 … Các transistor trên bộ thí nghiệm

FC/PC Điều khiển/ mạch vào

HBFR Thiết bị đo sự cân bằng nhiệt

PCM Bộ dồn kênh/ Bộ phân đa kênh

NRZ Định dạng không quay trở lại 0

trên toàn thế giới Hiện nay ở Việt Nam thông tin quang sợi đã và đangđược lắp đặt và sử dụng trên toàn mạng lưới viễn thông, đóng vai trò chủđạo trong các tuyến truyền dẫn internet, truyền dẫn điện thoại, truyền hìnhcáp … thay thế cho tuyến thông tin cáp đồng trục truyền thống [TTQ].

Ứng dụng hệ thống thông tin quang có nhiều thuận lợi hơn so vớicác phương tiện cáp truyền thống, đó là: Băng thông rộng hơn, do đó dunglượng truyền dẫn cao hơn, kích thước nhỏ, suy hao thấp; điều này cho phépkết nối trên khoảng cách lớn mà không cần khuyếch đại trung gian Tất cảcác ưu điểm trên dẫn đến việc hạ giá thành truyền dẫn cũng như nâng caokhả năng ứng dụng trong cuộc sống

Việc nghiên cứu về sự truyền tín hiệu qua sợi quang đã được khảosát trong chương trình học chuyên ngành quang học và một số ngành kháctrong đào tạo cao học, đại học Song việc nghiên cứu bộ môn thông tinquang sợi trong đa số các trường Đại học chủ yếu là nghiên cứu lý thuyết,việc khảo sát thực nghiệm còn rất ít được đề cập dẫn đến khoảng cách lớngiữa lý thuyết đã nghiên cứu và thực tiễn ứng dụng công nghệ truyềnthông

Modul UTF1 có sẵn trên phòng thí nghiệm Quang phổ là một bộ cácthiết bị tích hợp 10 bài thí nghiệm mô phỏng các cách thức truyền dẫn và

xử lý tín hiệu, từ tín hiệu tương tự đến tín hiệu số trong thông tin quang.Các khối trên bộ mạch chính của Modul UTF1 hoạt động với chức năngđộc lập tạo thành các bài thí nghiệm mô phỏng hoạt động riêng rẽ Khảosát, lắp đặt, triển khai và đưa vào sử dụng các bài thí nghiệm trên modulUTF1 đang là vấn đề cấp thiết hiện nay Việc triển khai các bài thí nghiệmnày sẽ góp phần nâng cao chất lượng đào tạo học viên chuyên ngànhQuang học, khắc phục khoảng cách giữa lý thuyết và thực nghiệm Chính

vì vậy, chúng tôi đặt vấn đề “Khảo sát thực nghiệm về sự truyền tín hiệu

tương tự qua sợi quang bằng modul UTF1”

Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn được chiathành 2 chương chính như sau:

CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT SỢI QUANG VÀ

CÁC DẠNG TÍN HIỆU QUANG

Trong chương này chúng tôi trình bày tổng quan các khái niệm cơbản về sợi quang, đó là: Cấu trúc sợi quang, một số tính chất của sợi quangnhư là: độ suy giảm của tín hiệu, sự hấp thụ do tạp chất, mất mát do phântán hay mất mát do hấp thụ của các điện tử

Trong chương này, chúng tôi trình bày về các loại tín hiệu thườngđược sử dụng trong công nghệ truyền dẫn quang

CHƯƠNG II - KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH TRUYỀN TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ QUA SỢI QUANG

Trong chương này chúng tôi mô tả tổng quát sơ đồ khối bộ thínghiệm (modul UTF1), các bước tiến hành trong quá trình thí nghiệm, mô

tả các dạng sóng vào, sóng ra, tính biên độ và tần số của chúng ở hai đầusợi quang Từ các kết quả thu được chúng tôi khảo sát đặc tính tần số, tínhtoán biên độ về sự truyền tín hiệu tương tự trong sợi quang khi có trộnvideo/audio

Phần kết luận chung của luận văn là nêu lên một số kết quả đạt đượctrong quá trình nghiên cứu đề tài

CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT QUANG SỢI VÀ CÁC

I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ SỢI QUANG

1.1 Cấu trúc sợi quang

Trong hệ thống thông tin quang, sợi quang là thành phần quan trọngnhất, đóng vai trò truyền dẫn sóng ánh sáng mang thông tin Cấu trúc sợiquang gồm phần lõi và phần vỏ bao quanh Chiết suất n1 của vật liệu làmlõi phải lớn hơn chiết suất n2 của vật liệu làm vỏ

Thuật ngữ sợi quang theo nghĩa chung chỉ đến nhiều loại sợi của các loạivật liệu khác nhau (thuỷ tinh, nhựa…) với các kích thước và tính chất khácnhau (ví dụ như độ suy hao thay đổi từ dưới 1dB/km đến hàng trămdB/km)

Như vậy sợi quang và cáp không phải cấu trúc bằng một vật liệuđồng nhất, mà nó bao gồm những lớp vật liệu đồng tâm với những đặc tínhkhác nhau Phần nhân trung tâm của sợi quang gọi là lõi (hình 1.1) nó làmột ống trụ vật liệu trong suốt có chiết suất n1 Một lớp đồng trục của mộtloại vật liệu trong suốt khác có chiết suất n2 (thấp hơn của lõi) bọc chungquanh lõi Sau đây chúng ta sẽ giải thích cho thấy điều kiện này đảm bảotập trung năng lượng ánh sáng vào trong lõi Lớp này gọi là vỏ và hoànchỉnh cấu trúc của sợi quang như là một ống dẫn sáng.[2]

Phần lớn các sợi quang sử dụng hiện nay được chế tạo từ thủy tinhSilic (SiO2) hoặc plastic Đễ thay đổi chiết suất giữa vỏ và lõi người ta cấythêm vào một số tạp chất vào thủy tinh Nếu là sợi quang plastic thì dùnghai loại plastic khác nhau để làm vỏ và lõi.[4]

Dưới đây là một vài kích thước tiêu biểu của lõi và vỏ của những sợiquang thông dụng nhất:

Kích thước lõi và vỏ của một số sợi quang

- Sợi nhựa:

* Lõi = 480m

* Vỏ = 1000m

- Sợi quang chiết suất nhảy bậc

Thông thường cấu trúc của sợi quang được sắp xếp như ở (hình 1.1)+ Lớp đệm chính làm bằng nhựa epoxy (đường kính 250m đối với sợiquang có vỏ 125m)

+ Lớp đệm trung gian bằng silicon (đường kính 410m)

+ Lớp đệm thứ hai bằng nhựa (đường kính 900 m)

Sau khi được bao phủ, sợi quang trần là thành phần cơ bản tạo nêncáp quang đơn và cáp quang đa sợi

Hình 1.1: Cấu trúc sợi quang.

Trong trường hợp đầu sợi quang được bọc trong một ống nhựa bảo

vệ, thông thường ống này được đổ đầy hợp chất polyurethane chống thấmnước, không cắt đứt sợi quang Cấu trúc này được dùng cho những kết nốithông tin đường dài và cho phép một độ dịch chuyển sợi quang nhất định

Do đó sự giãn nở hay co rút do sự thay đổi nhiệt độ hay do sự kéogiãn cơ học, có thể được bù trừ Trong trường hợp khác những biện phápbảo vệ nhiều hơn, như thêm vào gân tăng cường và vỏ bọc ngoài

Lớp đệm thứ haibằng nhựa 900m

Lớp đệm trung gian 410m

Lớp đệm chính bằng nhựa 250m

125m

50m Lõi

Võ bọc

Sợi trần

Hình 1.2: a, Cấu trúc lỏng

b, Cấu trúc chặt

- Cáp quang đa sợi

Ngoài cáp quang đơn còn có cáp quang đa sợi Mỗi sợi cáp chứa từvài sợi cho đến hàng trăm sợi quang Hình 1.3 cho thấy cấu trúc của cáccáp quang đa sợi

Băng nhôm

Võ bọc

Lớp võ bọc bằng đồngSợi trung tâm

1.2.1 Suy giảm

Mất mát do tiếp xúc nguồn/sợi, sợi/nguồn và sợi/đầu thu gây nên mấtmát trên đường truyền Các mất mát xuất hiện cũng có thể do uốn cong củasợi quá lớn làm cho tia sáng gặp biên giới một góc nhỏ hơn góc tới hạn

choặc mất mát do độ dài của sợi quang Bởi vì các mất mát này xuất

hiện tự nhiên nên chúng ta có thể loại trừ bằng cách chú ý trước Tuy nhiên

sợi quang cũng hấp thụ một số ánh sáng [4]

Đặc trưng hấp thụ bước sóng của sợi quang thông thường được chỉ

ra trên hình 1.4 Trên hình này cũng chỉ ra tương quan độ lớn của bốnnguồn suy giảm khác nhau: hấp thụ điện tử, tán xạ Rayliegh, hấp thụ do vậtliệu và hấp thụ do tạp chất Chúng ta nghiên cứu các cơ chế này

1.2.2 Hấp thụ do tạp chất

Trong thuỷ tinh thông thường, các tạp chất như hơi nước, các ionkim loại làm trộn hơn đặc trưng hấp thụ Tuy nhiên thủy tinh thường là rấtmỏng mất mát này không phải quan tâm lắm Ngược lại trong sợi quangvới độ dài hàng km thì sự hấp thụ của tạp chất sẽ tạo nên sự hấp thụ lớnthậm chí làm cho sợi quang không sử dụng được Thủy tinh dùng làm lăngkính sẽ gây mất mát hàng nghìn dB/km Ngược lại nếu ta tạo ra được cửa

sổ của thủy tinh sử dụng trong sợi quang thì ta có thể nhìn qua độ dày30km

Sự xuất hiện của hơi nước làm tăng thêm mất mát ngoài Liên kết

OH hấp thụ ánh sáng ở bước sóng 2,7 m Nếu tương tác cộng hưởng vớisilicon sẽ gây nên các đỉnh hòa ba bậc hai hấp thụ ở bước sóng 1,4m vàhọa ba bậc ba 0,725m (xem hình 1.4) Nằm giữa các đỉnh là vùng hấp thụ

yếu gọi là cửa sổ truyền qua ở bước sóng 0,85 m; 1,3 m và 1,55m Nếu

nồng độ hơi nước càng lớn thì số đỉnh càng nhiều hơn, do đó giảm nồng độhơi nước là rất quan trọng

Để giảm được mất mát xuống dưới 20dB/km, mật độ hơi nước yêucầu phải nhỏ hơn vài phần tỷ Giá trị này có thể đạt được bằng cách lắngđọng pha khí trong quá trình sản xuất [4].

1.2.3 Mất mát do phân tán (Tán xạ Rayleigh )

Tán xạ RayLeigh xuất hiện do tán xạ của ánh sáng từ các cấu trúc vi

mô không bình thường trong lõi Điều này giống như ánh sáng màu xanhxuất hiện trên bầu trời do sự tán xạ ánh sáng từ các hạt bụi nhỏ trong khíquyển Sự không bình thường này thông thường phụ thuộc vào quá trìnhkhuyếch tán mật độ gây ra do quá trình đóng băng trong quá trình sản xuất

Mất mát do tán xạ Rayleigh đặc biệt quan trọng cần phải chú ý đếnkhi có bước sóng truyền cùng cở với đường kính của vùng tán xạ Thực tếmất mát này sẽ giảm khi bước sóng lớn hơn bốn lần kích thước vùng tán

xạ, do đó nên sử dụng ánh sáng có bước sóng dài [4]

1.2.4 hấp thụ của vật liệu

Sử dụng bước sóng dài sẽ giảm được mất mát Về nguyên tắc điềunày hoàn toàn đúng, song các liên kết nguyên tử gắn liền với vật liệu lõicũng sẽ hấp thụ ánh sáng ở bước sóng dài; đây là hấp thụ vật liệu Mặc dùbước sóng cơ bản của liên kết hấp thụ nằm ngoài vùng quan tâm, nhưngcác họa âm của nó lại quan trọng do Do đó hoạt động ở bước sóng lớn hơn1,55m sẽ không giảm được mất mát Tuy nhiên nếu có sợi quang làmbằng thủy tinh pholo rite (ZrF4 ) sẽ truyền được ánh sáng có bước sóng lớnhơn [4]

1.2.5 Hấp thụ do điện tử

Trong vùng cực tím, ánh sáng bị hấp thụ bởi các điện tử trong vậtliệu lõi do sự kích thích của các phô tôn Trong thuỷ tinh silic thì đỉnh hấpthụ xuất hiện trong vùng cực tím tại bước sóng 0,14m Tuy nhiên các họa

Hình 1.4: Mô tả ở đường cong suy giảm của sợi thuỷ tinh [2].

1.3 Ghép nối sợi quang

1.3.1 Các mối nối

1.3.1.1 Tổn thất trong mối nối

Tổn thất về năng lượng trong các mối nối có thể phân thành hai loại

Các tổn thất bên ngoài là do sự đặt lệch của sợi quang ở tại mối nối

và do kỹ thuật ghép nối và do thiết bị nối

Có ba loại đặt lệch, được miêu tả trong hình 1.7

Tản xạ Rayleigh

Mất mát do vật liệu

Hấp thụ của tiahồng ngoại

Hấp thụ của

tia cực tím

Hấp thụ của ánh sáng

do liên kết OH

Hình 1.6: Tổn thất nội tại trong các mối nối

Hình 1.7: Tổn thất bên ngoài các mối nối

1.3.1.2 Mối nối bằng cách nóng chảy

Mối nối nóng chảy được thực hiện theo các công đoạn sau:

- Đầu của các sợi quang phải cắt, rửa sạch và gối lên nhau

- Chúng phải được tiếp xúc với nhau

- Thực hiện nung nóng chảy: bằng cách này 2 sợi quang sẽ được nối vớinhau (hình 1.6)

Có 3 kỹ thuật nối nóng chảy được phân loại theo cách phát nhiệt, đó là:

- Nóng chảy bằng ngọn lửa: nguồn nhiệt là một ngọn lửa cực nhỏ, sinh ra

từ việc đốt cháy hỗn hợp ôxy và propane Đây là kỹ thuật nóng chảy đượcphát minh ra đầu tiên và bây giờ đã lỗi thời

- Nóng chảy bằng lazer: nguồn nhiệt là lazer CO2 Kỹ thuật này đang đượcphát triển và chưa hoàn chỉnh

a )

b )

c )

- Nóng chảy hồ quang: nhiệt được tạo ra bằng một dòng điện hồ quangphóng qua giữa hai điện cực Đây là kỹ thuật thông dụng nhất được ápdụng rộng rãi vì nó đơn giản và hiệu quả.

Tổn thất gây ra bởi mối nối nóng chảy phụ thuộc vào kích thước củalõi và có giá trị thấp hơn 0.05dB

1.3.1.3 Các mối nối cơ khí.

Các mối nối cơ khí đơn giản là bao gồm nối giáp mặt ba khoá củađầu sợi quang

Các mối nối kiểu này tiện lợi so với kiểu nối nóng chảy trong trườnghợp nối tạm thời và nhanh Có rất nhiều kỹ thuật khác nhau có thể sử dụng

để nối cơ khí Có hai loại nối chính thường dùng là:

- Nối theo kiểu ống dẫn: bao gồm một ống có lỗ với đường kính bằng vớiđường kính của sợi quang (hình 1.8a)

- Nối theo kiểu tạo đường rãnh: gồm có một rãnh hình chữ V khắc trên mộtđĩa kim loại, nhựa, silicon, sứ hoặc các vật liệu khác Kết nối kiểu này baogồm đưa đầu sợi quang nhúng vào một loại chất kết dính, sau đó đầu nốiđược bảo vệ bởi một lớp vỏ bọc (hình 1.8b)

Tổn thất do mối nối cơ khí phụ thuộc vào kích thước và lõi có thể cógiá trị thấp hơn 0.2dB

Hình 1.8: Mối nối cơ khí

1.3.2 Các đầu nối.

Các đầu nối là thiết bị dùng để kết nối hai sợi quang với nhau hoặc làmột sợi quang với một nguồn tín hiệu hoặc 1 đầu dò một cách ổn định chứkhông phải là vĩnh viễn Hệ thống nối có thể bao gồm một đầu nối đực(dùng cho sợi quang) và một đầu nối cái (ở trên thiết bị nguồn hoặc đầu dò)hoặc là cả hai đầu nối đực được nối với nhau thông qua bộ chuyển đổi đầucái

Có nhiều đầu nối cho sợi đa mode và nhiều đầu nối cho sợi đơnmode Rõ ràng là mức độ chính xác cơ khí cho các đầu nối của loại sợi đơnmode đòi hỏi cao hơn vì kích thước lõi của sợi đơn mode nhỏ hơn và nócần phải giảm tối thiểu việc đặt lệch các sợi quang

Tổn thất do đầu nối phụ thuộc vào những lý do đã phân tích ở trên,

nó phụ thuộc vào loại đầu nối và có giá trị trung bình từ 0.5dB (đầu nốihình nón đôi, đầu nối ST) đến khoảng 1dB (đầu nối SMA)

Có nhiều loại đầu nối được sản xuất bởi các nhà sản xuất khác nhauhoặc là được cải tiến từ những đầu nối sẵn có Những đầu nối thông dụng

nhất là: ST, SMA, NTT-FC, NTT-PC, đầu nối hình nón đôi Sợi chất dẻothường sử dụng loại đầu nối do HewlettPackard sản xuất, tên là Snap-inHp.(Hình 1.9)

Hình 1.9: Cấu trúc của một đầu nối Snap-in HP

Cấu trúc của một đầu nối sợi quang thông thường gồm có bốn thànhphần chính (hình 2.0)

- Vòng đệm: bộ phận này của đầu nối được đặt vào chỗ đế Mặt trước của

nó giáp với đầu sợi quang Một số đầu nối (ST, SMA905, NTT FC/PC ) cóvòng đệm thẳng Những đầu nối khác (SMA906) có vòng đệm theo bậccòn những loại khác (đầu nối hình nón đôi có vòng đệm hình nón)

- Đai ốc nối: được sử dụng để bắt chặt đầu nối vòng đệm hình nón.+ Loại lưỡi lê (ST, FC): được đặt vào phía trong đường dẫn của đế+ Loại vặn (SMA, hình nón đôi): được đặt vào đường ren của đế

- Thân sau: là nơi mà sợi quang và cáp bọc bên ngoài neo vào đó

- Lớp võ bọc ngoài có khía: dùng để khoá cáp bọc ngoài vào thân sau đócủa đầu nối

Cáp Khớp nối Sợi Thân

Hình 2.0: Cấu trúc của các đầu nối

a ST

b SMA

Hình 2.1: Điốt lazer và điốt quang điều khiển.

1.3.3 Sự ghép nối nguồn với sợi quang.

Cáp Sợi Lớp võ Khớp nối Ghép nối Vòng đệm

Cáp Sợi Thân sau Ghép nối

Vòng đệm Kết thúc sợi Khớp nối

Chúng ta đã biết hầu hết sự bức xạ ánh sáng phát ra từ nguồn phảitruyền vào sợi quang LED và điốt lazer (cũng như là đầu dò quang) đãđược lắp đặt ở trong các vỏ thích hợp cho việc ghép nối sợi quang

Hình 2.2: nguồn được gắn vào đế.

- Loại hình đuôi sam (Hình 2.3a và 2.1) bề mặt phát phải được ghép nốikhoảng 1mm theo chiều dài của sợi Thông thường nhà sản xuất chỉ rõquang năng sinh ra từ đuôi sam, đồng thời chỉ rõ loại sợi để tạo hình sam

Trong cách thứ nhất, nguồn được nối với sợi quang thông qua mộtđầu nối (hình 2.2b) cách thứ hai, khi tiến hành nối đuôi sam được hàn trựctiếp vào sợi cho việc truyền năng (hình 2.3b)

SợiĐuôi sam

Đuôi sam

Chúng ta đã biết rằng: Số lượng lớn của bức xạ ánh sáng đi ra từ sợiquang đập vào bề mặt nhạy của máy dò Với các điốt quang và điốt quangthác (cũng như là các nguồn quang khác) đã lắp đặt trong các vỏ thuận tiệncho việc ghép nối với sợi quang

Hình 2.4: a, Đầu nối có đế b, Đầu nối đuôi sam

Trong cách lắp thứ nhất sợi quang được ghép nối với nguồn thôngqua các đầu nối (đầu cái trên nguồn và đầu đực trên sợi) Trong cách lắpthứ hai, khi nối sợi quang thì chúng ta hàn trực tiếp lên hình đuôi sam củamáy dò

II Các dạng tín hiệu sử dụng trong thông tin quang

Chúng ta đã biết máy phát và máy thu quang học được sử dụng đểtruyền (và để nhận) tín hiệu số hoặc tín hiệu tương tự Đối với tín hiệu sốnguồn phát ra hai mức quang năng tương ứng với mức cao và thấp của tín

hiệu Đối với tín hiệu tương tự nguồn phát quang năng thay đổi liên tục tuỳthuộc vào tín hiệu điều khiển tương tự.

Việc sử dụng truyền dẫn tương tự hay số phụ thuộc vào định dạngcủa thông tin cần truyền Nếu thông tin là dạng số thi máy phát số sẽ được

sử dụng Cũng có thể sử dụng máy phát số nhưng tín hiệu trước tiên phảiđược cho qua mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự/số

2.1 Tín hiệu số

Thông thường trước khi được đưa vào máy phát quang, dữ liệu số sẽđược qua bộ xử lý mã hoá Có nhiều cách mã hoá (Manchester, Bi-Phase,

mã khối) nhưng chúng thực hiện 2 chức năng:

- Loại bỏ độ trôi dòng điện trực tiếp của tín hiệu số thông thường khi cóđịnh dạng NRZ

- Thêm các sự chuyển đổi dạng sóng vào tín hiệu cần truyền để cải thiệnkhả năng phục hồi tín hiệu đồng hồ cần thiết cho việc nhận dạng bit

Điều khiển số Sợi Máy thu số

Nếu dữ liệu truyền đi chứa đựng một chuỗi dài các bit 0 và 1 thí rấtkhó hoặc thậm chí không thể tách ra dữ liệu định thời, vì tín hiệu dữ liệukhông có thành phần phổ để có thể khoá bởi TLL (hình 2.6a) Để giải quyếtbất tiện này dữ liệu NRZ được mã hoá thích hợp trước khi truyền để chènthêm một số thay đổi trong dạng sóng của tín hiệu (hình 2.6b) Hai loại mã

sử dụng trong hệ thống quang là Manchester và Bi-Phase

hồ

Thực tế nếu bit là 1 sự chuyển đổi xảy ra trong chu kỳ thuận trongkhi nếu bit là 0 thì sự chuyển đổi sẽ xẩy ra trong chu kỳ ngược.

Một trong những hạn chế của mã Manchester là tín hiệu đối với bit 1

là đảo ngược của tín hiệu cho bit 0 Trong nhiều trường hợp sự xác địnhcực tính tuyệt đối hoặc pha tham chiếu pha tuyệt đối là rất khó và thậm chíkhông thể thực hiện bởi vì môi trường truyền Ví dụ xét sự đảo cực của dâytrong điện thoại, trong trường hợp này tất cả các bit 1 sẽ bị chuyển thành 0

và 0 sẽ chuyển thành 1 Chú ý là sự chuyển đổi của tín hiệu mã hoá luônluôn xảy ra ở giữa chu kỳ bit, những chuyển đổi này có thể sử dụng làmcạnh tham chiếu cho việc tái tạo tín hiệu định thời ở máy thu

2.1.3 Mã Bi - Phase Mark/ Space

Trong mã Bi-Phase Mark mỗi chu kỳ bít bắt đầu bằng một sự chuyểnđổi (nghĩa là cao sang thấp và thấp sang cao) Hơn nữa, nếu dữ liệu là 1 sựchuyển đổi thứ 2 sẽ xảy ra trong thời khoảng bit thường là ở giữa chu kỳ.Nếu dữ liệu là 0 sẽ không có sự chuyển đổi Mã Bi-Phanse Space giốngnhư Bi - Phanse Mark ngoại trừ sự chuyển đổi xảy ra ở chu kỳ bit khi dữliệu là 0

Kết quả của việc mã hoá Bi-Phase là một dạng sóng, trong đó một sốnhị phân được mã hoá với một chu kỳ bit còn số kia với một phần của chu

kỳ bit Khác với mã Manchester cạnh tham chiếu của mã Bi-Phanse (choviệc khôi phục tín hiệu định thời bên máy thu) ở đầu chu kỳ bit

2.1.4 Sơ đồ mạch điện của mạch mã hóa

Sơ đồ mạch điện của mạch mã hoá được mô tả trong hình 2.8 Khi

đó các mode hoạt động của các mã manchester/ Bi-Phanse Mark/ Bi-PhaseSpace có thể lựa chọn thông qua hai công tắc

Hình 2.8: Sơ đồ mạch điện của mạch mã hoá mã Bi-Phase Mark/Space và mã Manchester

2.2 Tín hiệu tương tự

Chúng ta biết rằng: tín hiệu tương tự là dạng tín hiệu mà nguồn phátquang năng thay đổi liên tục tuỳ thuộc vào tín hiệu điều khiển tương tự(Hình 2.9)

2.2.1 Các hệ thống thông tin tương tự

Các hệ thống thông tin tương tự được sử dụng chủ yếu để truyền tínhiệu video cho các ứng dụng của hệ thống điều khiển từ xa, điện thoại hộinghị, phát chương trình tivi

Nếu chỉ truyền một kênh video thì tín hiệu sẽ được điều chế trực tiếp

từ khối điều khiển tương tự (hình 2.10a)

Có thể ứng dụng truyền nhiều kênh video cùng một lúc trên một sợi

Bi-Phase MarkBi-Phase SpaceManchester

Mã hóa

Dữ liệu Chuyển mã

Mã hóa

khiển tương tự Nơi nhận tín hiệu sẽ được tách ra thông qua bộ lọc và bộgiải điều chế.

Điều khiển Máy thu

Tương tự Sợi tương tự

Hình 2.9 Hệ thống thông tin tương tự

Các mạch điện trong card UTF1 có thể được sử dụng để kết hợp mộtkênh video và một kênh tiếng, sau đó cả hai kênh sẽ được truyền trên mộtsợi cáp quang đơn

Hình 2.10 a) Truyền dữ tiếp bằng kết nối trực tiếp

b) Truyền dữ liệu bằng kỹ thuật FDM

III Kết luận chương I

Trong chương I chúng tôi đã giới thiệu tổng quan về lý thuyết sợiquang, đã nêu được các khái niệm cơ bản về sợi quang, đó là cấu trúc sợiquang, các tính chất của sợi quang và các cách ghép nối giữa các sợi quang,ghép nối sợi/nguồn, sợi/máy thu và ghép nối giữa sợi với điốt quang trong

kĩ thuật thông tin quang

Camera Quang học Quang học

Từ chương này chúng tôi đã hiểu được các khái niệm cơ bản vềthông tin sợi quang và ứng dụng trong ngành thông tin quang

CHƯƠNG II - KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM SỰ TRUYỀN TÍN HIỆU

TƯƠNG TỰ QUA SỢI QUANG

Trong chương này chúng tôi nêu lên một số kết quả khảo sát thựcnghiệm về sự truyền tín hiệu tương tự qua sợi quang trên cơ sở tính toán vềchu kỳ và biên độ của sự truyền dẫn tín hiệu qua sợi quang khi sử dụng bộthí nghiệm modul UTF1

2.1 Giới thiệu modul UTF1

Modul UTF1 gồm một bộ mạch (Card UTF1) và một số thiết bị phụ trợ Thành phần chính của card UTF1 được mô tả trên hình 2.1 gồm các

- Bộ điều chế FM sóng mang xung

- Mạch lái số và tương tự cho nguồn quang

- Nguồn quang (các LED 660nm và 820nm)

- Khối thu tín hiệu tương tự và số

- Bộ giải mã dữ liệu: Manchester; Bi-Phase Mark/Space

- Bộ tách kênh dữ liệu TDM