Thiết kế tuyến thông tin quang thành phố vinh thị trấn nghi xuân

Ngay từ giai đoạn đầu, khi các hệ thống thông tin cáp sợi quang chính thức đưa vào khai thác trên mạng viễn thông, phương thức truyền dẫn quang đã thể hiện các khả năng to lớn trong việc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN QUANG

THÀNH PHỐ VINH – THỊ TRẤN NGHI XUÂN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN HOA LƯ SINH VIÊN THỰC HIỆN: PHAN HỒNG VINH

MÃ SỐ SINH VIÊN: 1051083801 LỚP: 51K2 ĐTVT

Nghệ An, tháng 5 năm 2016

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4

TÓM TẮT 5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 10

1.1 Lịch sử phát triển của ngành thông tin quang 10

1.2 Mô hình hệ thống thông tin quang 12

1.3 Các thành phần hệ thống thông tin quang 13

1.3.1 Sợi quang 13

1.3.2 Nguồn quang 25

1.3.3 Thu quang 28

1.4 Ưu, nhược điểm của hệ thống thông tin quang 29

1.5 Các lĩnh vực ứng dụng của thông tin quang 30

1.6 Kết luận 31

CHƯƠNG 2.THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN QUANGTHÀNH PHỐ VINH – THỊ TRẤN NGHI XUÂN 32

2.1 Sơ lược mạng viễn thông Nghi Xuân 32

2.2 Quy trình thiết kế tuyến thông tin quang 32

2.2.1 Nghiên cứu dung lượng yêu cầu 32

2.2.2 Lựa chọn thiết bị 33

2.2.3 Tìm tọa độ vị trí đặt các máy phát, thu quang 40

2.2.4 Tính toán các tham số cho hệ thống 41

2.2.5 Đánh giá chất lượng tuyến 44

2.3 Kết luận 44

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG BẰNG PHẦN MỀM VISUAL BASIC 45

3.1 Giới thiệu về phần mềm Visual Basic 45

3.2 Nguyên nhân xây dựng phần mềm 46

3.3 Quá trình xây dựng phần mềm 46

3.3.1 Sơ đồ thuật toán 46

3.3.2 Thiết kế giao diện 47

3.3.3 Thiết kế cho tính toán theo quỹ công suất 48

3.3.4 Thiết kế cho tính toán theo thời gian lên 49

3.4 Kết luận 49

KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

PHỤ LỤC 52

MỞ ĐẦU

Hiện nay thông tin quang được coi là một trong những ngành mũi nhọn trong lĩnh vực truyền thông Ngay từ giai đoạn đầu, khi các hệ thống thông tin cáp sợi quang chính thức đưa vào khai thác trên mạng viễn thông, phương thức truyền dẫn quang đã thể hiện các khả năng to lớn trong việc truyền tải các dịch vụ viễn thông ngày càng phong phú và hiện đại của thế giới Hệ thống thông tin quang có nhiều

ưu điểm hơn hẳn hệ thống cáp đồng truyền thống và hệ thống vô tuyến như : băng tần rộng, có cự ly thông tin lớn, không bị ảnh hưởng của nhiễu sóng điện từ và khả năng bảo mật thông tin cao Các hệ thống này không chỉ phụ hợp với các tuyến thông tin lớn như tuyến đường trục, tuyến xuyên đại dương mà còn có tiềm năng trong các hệ thông thông tin nội hạt với cấu trúc linh hoạt và khả năng đáp ứng các loại hình dịch vụ ở hiện tại và trong tương lai.Với sự phát triển của xã hội ngày càng được nâng cao thì nhu cầu của con người về trao đổi thông tin ngày càng cao

Để đáp ứng những nhu cầu đó, đòi hỏi mạng lưới viễn thông phải có tốc độ cao,

dung lượng lớn Chính vì thế, em đã chọn đề tài “Thiết kế tuyến thông tin quang thành phố Vinh – Thị trấn Nghi Xuân” làm đề tài cho đồán tốt nghiệp Em xin

cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hoa Lư đã hướng dẫn tận tình giúp em hoàn thành đồ án

này !

Sinh viện thực hiện

Phan Hồng Vinh

Nội dung đồ án bao gồm 3 chương, phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục

- Chương 1 Tổng quan về hệ thống thông tin quang

- Chương 2 Thiết kế tuyến thông tin quang Thành phố Vinh – Thị trấn Nghi Xuân

- Chương 3 Mô phỏng quá trình kiểm tra chất lượng hệ thống thông tin quang bằng phần mềm Visual Basic

ABSTRACT

The thesis presents an overview of optical telecommunication system and designing process of optical communication trunks To be specific, it is about the design of optical communication line "Vinh city - Nghi Xuan town" To meet the growing information exchange demand of residents of Nghi Xuan town in particular and those of Nghi Xuan district in general, the devices and data were chosen and calculated to match the required space of 622Mb/s After that, Visual Basic software were utilized to illustrate quality evaluation process of the line that I designed

The content of thesis is devided into three chapters, introduction,

conclusion, references and appendix

- Chapter 1: Presents an overview of optical communication system

- Chapter 2: Degisns the optical communication line “Vinh city – Nghi Xuan town”

- Chapter 3: Illustrates quality evaluation process ofoptical communication system by Visual Basic

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết

tắt

LASER Light Amplification by Stimulated

Emission of Radiation

Khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích

FLX Fujitsu Lighwave Cross Connect Thiết bị kết nối sóng ánh

sáng của Fujitsu

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các loại cáp treo 18

Bảng 1.2 Thông số vật lý của các loại cáp treo 19

Bảng 1.3 Các loại cáp chôn 21

Bảng 1.4 Thông số vật lý của các loại cáp chôn 22

Bảng 1.5 Các loại cáp đi cống 23

Bảng 1.6 Thông số vật lý của các loại cáp đi cống 24

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật sợi quang đơn mode G.625 34

Bảng 2.2 Đặc tính kỹ thuật cáp quang đơn mode G.625 36

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu hình hệ thống thông tin quang 12

Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của hệ thống thông tin quang 13

Hình 1.3 Cấu trúc sợi cáp quang 14

Hình 1.4 Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang 15

Hình 1.5 Độ hấp thụ của các tạp chất kim loại 16

Hình 1.6 Suy hao hấp thụ vùng cực tím và hồng ngoại 17

Hình 1.7 Suy hao do tán xạ Rayleigh 17

Hình 1.8 Cáp treo phi kim lõi OJFPJFLAPSS - LT 9/125x*C 19

Hình 1.9 Cáp chôn trực tiếp phi kim loại OJFPJFKE - LT 9/125x*C 21

Hình 1.10 Cáp đi cống phi kim loại OJFPJFKE - LT 9/125x*C 24

Hình 2.1 Thiết bị Fujitsu FLX 150/600 – L4.1 38

Hình 2.2 Vị trí trạm phát trên bản đồ vệ tinh Google Earth 40

Hình 2.3 Vị trí trạm phát trên bản vệ tinh Google Earth 40

Hình 2.4 Khoảng cách giữa hai trạm theo Google earth 41

Hình 3.1 Phần mềm Visual Basic 2010 45

Hình 3.2 Giao diện màn hình chính 47

Hình 3.3 Giao diện màn hình tính theoquỹ công suất 48

Hình 3.4 Giao diện màn hình tính theo thời gian lên 49

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

1.1 Lịch sử phát triển của ngành thông tin quang

Việc thông tin liên lạc bằng ánh sáng đã sớm xuất hiện trong sự phát triển loài người khi con người trước đó đã liên lạc với nhau bằng cách ra dấu (Hand signal) Liên lạc bằng cách ra dấu cũng là một dạng của thông tin quang: bởi vì không thể ra dấu trong bóng tối Ban ngày, mặt trời là nguồn ánh sáng cho hệ thống này (hệ thống “Hand signal”) Thông tin được mang từ người gửi đến người nhận dựa vào sự bức xạ mặt trời Mắt là thiết bị thu thông điệp này, và bộ não xử lý thông điệp này Thông tin truyền theokiểu này rất chậm, khoảng cách lan truyền có giới hạn, vàlỗi rất lớn

Một hệ thống quang sau đó, có thể có đường truyền dài hơn, là tín hiệu khói (Smoke signal).Thông điệp được gởi đi bằng cách thay đổi dạng khói phát ra từ lửa Mẫu khói này một lần nữa được mang đến phía thu bằng ánh sáng mặt trời

Hệ thống này đòi hỏi một phương phápmã hóa phải được đặt ra, mà người gửi và người thuthông điệp phải được học nó.Điều này có thể có thể so sánh với hệ thống

mã xung (pulse codes) sử dụng trong hệ thống số (digital system) hiện đại

Trải qua một thời gian dài từ khi con người sử dụng ánh sáng mặt trời và lửa

để làm thông tin liên lạc đến nay lịch sử của thông tin quang đã qua những bước phát triển và hoàn thiện có thểtóm tắt bằng những mốc chính sau đây:

- Năm 1775: Paul Revere đã sử dụng ánh sáng để báo hiệu quân đội Anh từ Boston sắp kéo tới

- Năm 1790: Claude Chappe, kỹ s ư người Pháp, đã xây dựng một hệ thống điện báo quang (optical telegraph) Hệ thống này gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiệu trên đó Thời đó tin tức được truyền với tín hiệu này vượt chặng đường 200 Km trong vòng 15 phút

- Năm 1854: John Tyndall, nhà vật lý tự nhiên người Anh, đã thực hiện thành công một thí nghiệmđáng chú ý nhất là ánh sáng có thể truyền qua một môi trường điện môi trong suốt

- Năm 1870: cũng John Tyndall đã chứng minh được rằng ánh sáng có thể dẫn được theo một vòi nước uốn cong dựa vào nguyên lý phản xạ toàn phần

- Năm 1880: Alexander Graham Bell, người Mỹ, đã phát minh ra một hệ thống thông tin ánh sáng, đó là hệ thống photophone Ông ta đã sử dụng ánh sáng mặt trời từ một gương phẳng mỏng đã điều chế tiếng nói để mang tiếng nói đi Ở máy thu, ánh sáng mặt trời đã được điều chếđậpvàotếbàoquang dẫn, selen, nó sẽ biến đổi thông điệp thành dòng điện Bộ thu máy điệnthoại hoàn tất hệ thống này Hệ thống photophone chưa bao giờ đạt được thành công trên thương mại, mặc dù nó

đã làm việc tốt hơn, do nguồn nhiễu quá lớn làm giảm chất lượngđường truyền

- Năm 1934: Norman R.French, kỹ sư người Mỹ, nhận được bằng sáng chế về

hệ thống thông tin quang Phương tiện truyền dẫn của ông là thanh thủy tinh

- Vào những năm 1950: Brian O‟Brien, Harry Hopkins và Nariorger Kapany

đã phát triển sợi quang có hai lớp, bao gồm lớp lõi (Core) bên trong (ánh sáng lan truyền trong lớp này) và lớp bọc (Cladding) bao xung quanh bên ngoài lớp lõi, nhằm nhốt ánh sáng ở lõi Sợi này sau đó được các nhà khoa học trên phát triển thành Fibrescope uốn cong (một loại kính soi bằng sợi quang), một thiết bị có khả năng truyền một hình ảnh từ đầu sợi đến cuối sợi Tính uốn congcủa fiberscope cho phép ta quan sát một vùng mà ta không thể xem một cách bình thườngđược Đến nay, hệ thống fiberscope vẫn còn được sử dụng rộng rải, đặc biệt trong ngành ydùng để soi bên trong cơ thể con người

- Vào năm 1958: Charles H.Townes đã phát minh ra con Laser cho phép tăng cường và tập trung nguồn sáng để ghép vào sợi

- Năm 1960: Theodor H.Maiman đưa laser vào hoạt động thành công, làm tăng dung lượng hệ thống thông tin quang rất cao

- Năm 1966: Charles K.Kao và George Hockham thuộc phòng thí nghiệm Standard Telecommunication của Anh thực hiện nhiều thí nghiệm để chứng minh rằng nếu thủy tinh được chế tạo trong suốt hơn bằng cách giảm tạp chất trong thủy tinh thì sự suy hao ánh sáng sẽ đượ giảm tối thiểu Và họ cho rằng nếu sợi quang được chế tạo đủ tinh khiết thì ánh sáng có thể truyền đi xa nhiều Km

- Năm 1967: suy hao sợi quang được báo cáo là  ≈ 1000 dB/Km

- Năm 1970: hãng Corning Glass Works đã chế tạo thành công sợi SI có suyhao  < 20 dB/Km ở bước sóng λ= 633 nm

- Năm 1972: loại sợi GI được chế tạo với suy hao  ≈ 4 dB/Km

- Năm 1983: sợi SM (Single Mode) được sản xuất ở Mỹ

- Năm 1988: Công ty NEC thiết lập một mạng đường dài mới có tốc độ 10 Gbit/s trên chiều dài 80,1 Km dùng sợi dịch tán sắc và Laser hồi tếp phân bố

- Hiện nay, sợi quang có suy hao  ≤ 0,2 dB/Km ở bước sóng 1550 nm, và

có những loại sợi đặc biệt có suy hao thấp hơn giá trị này rất nhiều

1.2 Mô hình hệ thống thông tin quang

Hình 1.1 biểu thị cấu hình cơ bản của một hệ thông thông tin quang Nói chung, tín hiệu điện từ máy điện thoại, từ các thiết bị đầu cuối, số liệu hoặc Fax được đưa đến bộ E/O để chuyển thành tín hiệu quang, sau đó gởi vào cáp quang Khi truyền qua sợi quang, công suất tín hiệu (ánh sáng) bị suy yếu dần và dạng sóng bị rộng ra Khi truyền tới đầu bên kia sợi quang, tín hiệu này được đưa vào bộ O/E để tạo lại tín hiệu điện, khôi phục lại nguyên dạng như ban đầu mà máy điện thoại, số liệu và Fax đã gởi đi

Hình 1.1 Cấu hình hệ thống thông tin quang

Như vậy, cấu trúc cơ bản của một hệ thống thông tin quang có thể được mô

tả đơn giản như hình 1.2, gồm:

- Bộ phát quang

- Môi trường truyền dẫn là cáp sợi quang

Trên hình 1.2 chỉ mới minh họa tuyến truyền dẫn quang liên lạc theo một hướng

Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của hệ thống thông tin quang

1.3 Các thành phần hệ thống thông tin quang

Chương này sẽ trình bày rõ ràng hơn về các thành phần căn bản tạo nên hệ thống thông tin quang

1.3.1 Sợi quang

a Cấu trúc sợi quang

Sợi quang là những dây nhỏ và dẻo truyền các ánh sáng nhìn thấy được và các tia hồng ngoại Như đã được trình bày trong hình 1.3, chúng có lõi ở giữa và có phần bao bọc xung quanh lõi Để ánh sáng có thể phản xạ một cách hoàn toàn trong lõi thì chiết suất của lõi lớn hơn chiết suất của áo một chút

Vỏ bọc ở phía ngoài áo bảo vệ sợi quang khỏi bị ẩm và ăn mòn, đồng thời chống xuyên âm với các sợi đi bên cạnh và làm cho sợi quang dễ xử lý Để bọc ngoài ta dùng các nguyên liệu mềm và độ tổn thất năng lượng quang lớn

Hình 1.3 Cấu trúc sợi cáp quang

Trong đó:

-Core là lõi sợi quang

- Cladding là lớp vỏ sợi quang

- Buffer coating là vỏ bảo vệ (lớp phủ)

Lõi và áo được làm bằng thuỷ tinh hay chất dẻo (Silica), chất dẻo, kim loại, fluor, sợi quang kết tinh Ngoài ra chúng được phân loại thành các loại sợi quang đơn mode và đa mode tương ứng với số lượng mode của ánh sáng truyền qua sợi quang Ngoài ra chúng còn được phân loại thành sợi quang có chỉ số bước và chỉ số lớp tuỳ theo hình dạng và chiết suất của các phần của lõi sợi quang

b Phân loại sợi quang

Có nhiều loại sợi quang, nó được phân loại theo nhiều cách khau.Dưới đây

là 2 cách phân loại chính

- Phân loại theo phương pháp truyền sóng :

Theo phương pháp truyền sóng thì sợi quang được chia thành hai loại chính

là sợi đơn mode SM và sợi đa mode MM.Sợi đơn mode là sợi cho phép nhiều mode truyền trong nó.Sợi đa mode là sợi cho phép nhiều mode truyền trong nó.Các sợi đơn mode đều là những sợi có đường kính rất nhỏ

Vì điều kiện đơn mode của sợi quang là sợi phải có đường kính nhỏ hơn một giá trị xác định, nếu bước sóng truyền vào nhỏ hơn đường kính thì không còn là sợi đơn mode

- Phân loại thoại chiết suất:

Theo sự biến đổi chỉ số chiết suất sợi quang phân thành hai loại:

+ Sợi quang chiết suất nhảy bậc đơn mode (SISM)

+ Sợi quang chiết suất liên tục đa mode (GIMM)

c Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang là dựa vào hiện tượng phản

xạ toàn phần của tia sáng tại mặt phân cách hai môi trường khi nó đi từ môi trường

có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn Ánh sáng truyền trong lõi sợi quang sẽ phản xạ toàn phần nhiều lần trên mặt tiếp giáp giữa lớp lõi và lớp vỏ(hình 1.4) Do đó ánh sáng cóthể truyền được trong sợi dọc theo cự ly dài ngay

cả khi sợi bị uốn cong với một độ cong có giới hạn

Hình 1.4 Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

d Suy hao trong sợi quang

- Khái niệm : Công suất quang truyền tải trong sợi cũng giảm dần theo cự ly với quy luật hàm số mũ tương ứng như tín hiệu điện Biểu thức của hàm

số truyền công suất có dạng:

P(Z)= P(0).e z

10



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

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

Pin : Công suất được đưa vào sợi

Pout: Công suất ở cuối sợi

Hệ số suy hao trung bình : α(dB/Km) =

) (

) (

Km L

dB A

Trong đó : A là suy hao lợi

L là chiều dài sợi cáp

- Các nguyên nhân gây suy hao trong sợi quang:

Công suất ánh sáng truyền trên sợi quang bị suy hao do sự hấp thụ của vật liệu chế tạo sợi quang, sự tán xạ ánh sáng khi gặp các bất đồng nhất và sự khúc xạ ánh sáng ra lớp vỏ tại chỗ sợi bị uốn cong quá mức

+ Suy hao do hấp thụ: sự hấp thụ của các tạp chất kim loại.Các tạp chất kim loại trong thủy tinh là một trong những nguôn hấp thụ năng lượng ánh sáng, các tạp chất thường gặp là sắt, đồng, mangan, choromiun,cobra, niken Mức

độ hấp thụ của từng tạp chất phụ thuộc vào nồng độ tạp chất và bước sóng ánh sáng truyền qua nó

Hình 1.5 Độ hấp thụ của các tạp chất kim loại

Sự hấp thụ của ion OH: Các liên kết giữa SiO2 và các ion OH của nước còn sót lại trong vật liệu khi chế tạo sợi quang cũng tạo ra mật độ suy hao hấp thụ đáng

kể

Sự hấp thụ tia cực tím và hồng ngoại: Ngay cả khi sợi quang được chế tạo từ

từ thủy tinh có độ tinh khiết cao thì sự hấp thụ vẫn xảy ra Bản thân thủy tinh tinh khiết cũng hấp thụ ánh sáng vùng cực tím và hồng ngoại Độ hấp thụ thay đổi theo bước sóng như hình 1.5

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

Hình 1.6 Suy hao hấp thụ vùng cực tím và hồng ngoại

+ Suy hao do tán xạ gồm:

Tán xạ Rayleigh: Khi sóng điện từ truyền trong môi trường điện môi gặp những chỗ bất đồng nhất trong sợi quang do cách sắp xêp các phần tử thủy tinh, các khuyết tật như bọt khí, các vết nứt se xảy ra hiện tượng tán xạ

Hình 1.7 Suy hao do tán xạ Rayleigh

Tán xạ do mặt phân cách giữa lõi và lớp vỏ không hoàn hảo: Khi tia sáng truyền đến những chỗ không hoàn hảo giữa lõi và vỏ, tia sáng sẽ bị tán xạ

Lúc đó một tia tới sẽ có nhiều tia phản xạ với các góc phản xạ khác nhau Những tia có góc phản xạ nhỏ hơn góc tới hạn sẽ khúc xạ ra lớp vỏ và suy hao dần

Bảng 1.2 Thông số vật lý của các loại cáp treo

THÔNG SỐ VẬT LÝ

Thông số Đơn vị Loại 0 - 36 sợi Loại 37 - 72 sợi

Dây thép mạ/FRP Danh định 2.7

Hình 1.8 Cáp treo phi kim lõi OJFPJFLAPSS - LT 9/125x*C

Bảng 1.4 Thông số vật lý của các loại cáp chôn

THÔNG SỐ VẬT LÝ

Thành phần gia cường

Đường kính

mm

Dây FRP Danh định 2.7

GIA CƯỜNG PHI KIM LOẠI

SỐ

Hình 1.10 Cáp đi cống phi kim loại OJFPJFKE - LT 9/125x*C Bảng 1.6 Thông số vật lý của các loại cáp đi cống

THÔNG SỐ VẬT LÝ Thông số Đơn vị Loại 0 - 36 sợi Loại 37 - 72 sợi

Dây FRP Danh định 3.5

Nguồn quang là linh kiện biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng có

công suất tỉ lệ với dòng điện chạy qua nó

Các yêu cầu đối với một nguồn quang sử dụng trong hệ thống thông tin quang đó là:

- Có kích thước nhỏ tương ứng với sợi quang để ghép ánh sáng vào trong sợi quang Lý tưởng ánh sáng ở ngõ ra của nguồn quang phải có tính định hướng cao

- Thu nhận tín hiệu điện ngõ vào một cách chính xác để giảm sự méo dạng và nhiễu lên tín hiệu

- Phát ánh sáng có bước sóng phù hợp với vùng bước sóng mà sợi quang có suy hao thấp và tán sắc thấp, đồn thời linh kiện thu quang hoạt đọng hiệu quả trong các

- Độ rộng phổ hẹp để làm giảm tán sắc trong sợi quang

- Duy trì mức công suất ở ngõ ra ổn định và không bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố môi trường bên ngoài

- Giá thành thấp và có độ cạnh tranh với các kỹ thuật truyền dẫn khác

Hệ thống thông tin quang thường sử dụng 2 loại nguồn quang :

- Diode phát quang LED (Light Emitting Diode)

- Laser (LightAmplification by Stimulated Emission of Radiation)

a Diode phát quang LED

LED về cấu trúc có thể chia làm 2 loại:

- LED phát xạ mặt SLED (Suaface LED): Là loại LED có ánh sáng phát ra ở phía mặt của LED Được gọi là LED Burrus do cấu trúc của LED được chế tạo đàu tiên bởi Burrus Dawson Trong cấu trúc này vùng phát xạ ánh sáng (vùng phát quang) của LED được giới hạn trong một vùng hẹp bằng cách sử dụng môt lớp cách điện để hạn chế vùng dẫn điện của tiếp xúc P Do đó, tại vùng tích cực của LED có mật độ dòng điện cao dẫn đến phát quang lớn

- LED phát xạ cạnh ELED (Edge LED): là loại LED có ánh sáng ở phía cạnh của LED Trong cấu trúc này, các điện cực tiếp xúc (bằng kim loại) phủ kín mặt trên

và đáy của LED Ánh sáng phát ra trong lớp tích cực (active layer) rất mỏng Lớp tích cực này được làm bằng chất bándẫn có chiết suất lớn được kẹp giữa bởi hai lớp bán dẫn P và N có chiết suất nhỏ hơn.Cấu trúc này hình thành một ống dẫn sóng trong ELED

b Laser

Về cơ bản, cấu tạo của laser có các đặc điểm sau:

- Cấu trúc nhiều lớp bán dẫn p, n

- Ánh sáng phát ra và được giữ trong lớp tích cực (active layer)

- Lớp tích cực rất mỏng, làm bằng vật liệu có chiết suất lớn kẹp giữa hai lớp P

và N có chiết suất nhỏ hơn Cấu trúc này tạo thành ống dẫn sóng

- Ánh sáng của laser phát ra ở phía cạnh, giống như LED phát xạ cạnh (ELED)

- Ở hai đầu lớp tích cực là hai lớp phản xạ với hệ số phản xạ R <1.Cấu trúc này tạo thành hốc cộng hưởng Fabry-Perot Ánh sáng được tạo ra và phản xạ qua lại trong hốc cộng hưởng này Loại laser có cấu trúc hốc cộng hưởng Fabry-Perot này được gọi là laser Fabry-Perot

- Ánh sáng được đưa ra ngoài qua một phần được cắt nhẵn của một mặt phản xạ Nguyên lý hoạt động của Laser dựa trên hai hiện tượng:

- Hiện tượng phát xạ kích thích: tạo ra sự khuếch đại ánh sáng trong Laser Khi xảy ra hiện tượng phát xạ kích thích, photon ánh sáng kích thích điện tử ở vùng dẫn tạo ra một photon thứ hai Hai photon này tiếp tục quá trình phát xạ kích thích

để tạo ra nhiều photon hơn nữa theo cấp số nhân Các photon này được tạo ra có tính kết hợp (cùng tần số, cùng pha, cùng hướng và cùng phân cực) Như vậy, ánh sáng kết hợp được khuếch đại

- Hiện tượng cộng hưởng của sóng ánh khi lan truyền trong laser: quá trình chọn lọc tần số (hay bước sóng) ánh sáng Theo đó, chỉ những sóng ánh sáng có tần số (hay bước sóng) thỏa điều kiện về pha của hốc cộng hưởng thì mới có thể lan truyền và cộng hưởng trong hốc cộng hưởng được Như vậy, số sóng ánh sáng (có bước sóng khác nhau) do laser Fabry-Perot phát xạ bị giới hạn, làm giảm độ rộng phổ laser so với LED

Linh kiện tách sóng quang được chia làm hai loại (theo cơ chế): hiệu ứng quang ngoại (external photoelectric effect) và hiệu ứng quang nội (internal photoelectric effect)

- Hiệu ứng quang ngoại: nghĩa là các điện tử được phóng thích ra khỏi bề mặt kim loại bằng cách hấp thụ năng lượng từ luồng photon tới Photodiode chân không và đèn nhân quang điện (photo-multiplier tube) dựa vào hiệu ứng này

- Hiệu ứng quang nội: là quá trình tạo ra các hạt mang điện tự do (điện tử và

lỗ trống) từ các mối nối bán dẫn bằng việc hấp thụ các photon tới Có 3 linh kiện sử dụng hiện tượng này: photodiode mối nối PN, photodiode PIN và photodiode thác

lũ ADP

Các linh kiện tách sóng quang hoạt động theo nguyên tắc: mối nối P-N phân cực ngược

Các thông số kĩ thuật trong bộthu quang:

- Hiệu suất lượng tử quang: Hiệu suất lượng tử được định nghĩa bằng tỉ sốgiữa

số lượng điện tử được tạo ra với số photon tới:

Tổng quát,< 1, vì không phải toàn bộ photon tới được hấp thụ để tạo ra cặp electron

-lỗ trống thường được biểu diễn ở dạng phần trăm Tức là nếu  = 75%, điều này tương ứng với 75 electron được tạo ra trên 100 photon tới Cuối cùng, hiệu suất lượng tử là một

hàm bước sóng của photon và do đó khi nói  phải kèm theo bước sóng

Độ nhạy quang: Độ nhạy là mức công suất quang nhỏ nhất yêu cầu ở đầu thu để đạt được mức chất lượng cho trước Thường mức chất lượng có thể là S/N hoặc BER.Độ nhạy thường ký hiệu là S, có đơn vị đo là dBm

A P

I S

h e

n e

photon

e



.]

W /

hiệu

- Dải thông rộng : Sợi quang có băng thông rộng cho phép thiết lập hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao Hiện nay, băng tần của sợi quang có thể lên đến hàng THz

- Trọng lượng nhẹ :Trọng lượng của cáp quang nhỏ hơn so với cáp đồng Một cáp quang có 2 sợi quang nhẹ hơn 20% đến 50% cáp Category 5 có 4 đôi Cáp quang có trọng lượng nhẹ hơn nên cho phép lắp đặt dễ dàng hơn

- Kích thước nhỏ: Cápsợi quang có kích thước nhỏ sẽ dễ dàng cho việc thiết

kế mạng chật hẹp về không gian lắp đặt cáp

- Không bị can nhiễu sóng điện từ và điện công nghiệp

- Tính an toàn: Vì sợi quang là chất điện môi nên không dẩn điện