tổng quan về thông tin quang
[[[[ơ
Chơng I
hệ thống thông tin sợi quang
I. Hệ thống thông tin sợi quang
1. Cấu trúc hệ thống thông tin quang
Hình vẽ 1.1 biểu thị cấu hình cơ bản của hệ thống thông tin quang nói chung tín
hiệu điện từ máy điện thoại các thiết bị đầu cuối, số liệu fax đa đến đợc biến đổi
sang tín hiệu quang, qua một bộ biến đổi điện - quang (E/O) (Các tín hiệu điện
1 và 0 đợc biến đổi ra ánh sáng có dạng: có và không) và sau đó đợc gửi
vào cáp quang các tín hiệu truyền qua sợi quang công suất bị giảm và dạng sóng
(độ rộng xung) bị dãn ra. Sau đó tới bộ biến đổi quang - điện (E/O) tại đầu kia
của sợi quang. Tại bộ biến đổi quang - điện, tín hiệu quang thu đợc, đợc biến đổi
thành tín hiệu điện, khôi phục lại nguyên dạng tín hiệu của máy điện thoại, số
liệu fax... đã gửi đi, tín hiệu sau khi đã đợc khôi phục đợc truyền tới các thiết bị
đầu cuối của chặng truyền dẫn.
Bộ biến đổi quang E/O thức chất là linh kiện phát quang nh là Laser diode, và
bộ biến đổi quang điện O/E là photo diode. Khi khoảng cách truyền dẫn lớn cần
1
Điện thoại
Điện thoại
Số liệu
Fax
Tivi
Số liệu
Fax
Tivi
<Tín hiệu điện>
<Tín hiệu điện>
Khuếch đại
hiệu quang.
2. Tiến trình phát triển của hệ thống thông tin quang
Vào những năm 1960 việc phát ra laser để làm nguồn quang, đã mở ra một thời
kỳ mới có ý nghĩa rất to lớn trong lịch sử kỹ thuật thông tin sử dụng dải tần số
của ánh sáng. Theo lý thuyết thì nó cho phép con ngời thực hiện thông tin với l-
ợng kênh rất lớn vợt gấp nhiều lần các hệ thống vi ba hiện có. Hàng loạt các thực
nghiệm về thông tin trên bầu khí quyển, mặc dù đã thu đợc một số kết quả, nhng
những chi phí cho các công việc này là quá lớn. Kinh phí chi cho việc sản xuát
các thành phần để vợt qua các cản trở do điều kiện thời tiết (ma, sơng mù...) gây
ra là rất tốn kém nên cha thu hút đợc sự chú ý của mạng lới.
Một hớng nghiên cứu khác cùng thời gian này đã tạo đợc hệ thống thông tin có
độ tin cậy cao hơn thông tin qua khí quyển nói ở trên là sự phát minh ra sợi dẫn
quang. Các sợi dẫn quang lần đầu tiên đợc chế tạo mặc dù có suy hao rất lớn
khoảng 1.000dB/km. Đã tạo ra một mô hình hệ thống có xu hớng linh hoạt hơn.
Năm 1966 kao, Hock man, và Werts đã nhận thấy rằng suy hao của sợi dẫn
quang chủ yếu là do tạp chất có trong vật liệu chế tạo sợi gây lên và nhận định
rằng có thể làm giảm suy hao của sợi và chắc chắn tồn tại một điểm nào đó trong
dải bớc sóng truyền dẫn quang có suy hao nhỏ. Những nhận định này đã đợc
sáng tỏ khi Kapron, Keck và Manver chế tạo thành công sợi thuỷ tinh có suy hao
20dB/Km vào năm 1970 - suy hao này nhỏ hơn nhiều so với thời điểm đầu chế
tạo sợi và cho phép tạo ra cự ly truyền dẫn tơng đơng với các hệ thống truyền
dẫn bằng cáp đồng với sự cố gắng không ngừng của các nhà nghiên cứu, các sợi
quang có suy hao nhỏ lần lợt ra đời.
Cho tới năm 1980 các hệ thống thông tin trên sợi dẫn quang đã đợc phổ biến khá
rộng với vùng bớc sóng làm việc 1.300nm cho tới nay sợi dẫn quang đã đạt tới
sự suy hao rất nhỏ, suy hao 0,154dB/Km tại bớc sóng 1.550nm, đã cho thấy sự
phát triển vợt bậc của công nghệ sợi quang trong hơn hai thập kỷ qua giá trị suy
hao này đã gần đạt tới tính toán lý thuyết cho các sợi đơn mode là 0,14dB/Km.
Cùng với công nghệ chế tạo các nguồn phát và thu quang, sợi dẫn quang đã tạo
ra hệ thống thông tin quang với nhiều u điểm trội hơn hẳn so với các hệ thống
chế nguồn
Hệ thống truyền
dẫn sợi quang
Bộ giải
điều chế
Tín hiệu điện
được tái tạo
ánh sáng tương tự
Tín hiệu tương tự
Tín hiệu tương tự
ánh sáng số
ánh sáng số
A/D
Tín hiệu
tương tự
D/A
Tín hiệu
tương tự
(a)
(b)
(c)
Hình 1.2 Các kỹ thuật truyền dẫn sợi quang
E
O
O
E
sáng sẽ đợc biến đổi về tín hiệu số nhờ bộ gửi điều chế quang. Sau đó qua bộ
D/A sẽ biến đổi tín hiệu này trở lại tín hiệu dang tơng tự đầu vào (hình 1.2c)
Các kỹ thuật truyền dẫn này chỉ cho ta thấy việc truyền dẫn thông tin theo một
hớng. trong thực tế các hệ thống đều yêu cầu truyền thông đồng thời hai chiều.
+ Các tuyến cáp thả biển liên quốc gia.
+ Đờng truyền số liệu.
+ Mạng lới truyền hình...
Hệ thống thông quang đáp ứng cả các tín hiệu tơng tự (anolog) và số (Digital),
chúng cho phép truyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp và băng rộng,
đáp ứng mọi yêu cầu của mạng số hoá liên kết đa dịch vụ (ISDN). Số lợng cáp
quang hiện nay đợc lắp đặt trên thế giới với số lợng rất lớn, ở mọi tốc độ truyền
dẫn với các cự ly khác nhau, có cấu trúc mạng rất đa dạng. Ngoài ra chúng còn
có các u điểm nh độ tin cậy cao và dễ bảo dỡng. Vì sợi quang là một phơng tiện
truyền dẫn đồng nhất và không gây ra hiện tợng pha đinh, chịu đợc độ ẩm khắc
nghiệt.
Hệ thống thông tin quang có tính bảo mật cao vì sợi quang không thể bị trích để
lấy trộm thông tin bằng các phơng tiên thông thờng và rất khó lấy thông tin ở tín
hiệu quang. Chúng còn có tính linh hoạt và tính mở rộng.
Các nhợc điểm:
Bộ biến đổi điện - quang: tín hiệu điện trớc khi đa vào quang phải đợc biễn
đổi thành sóng ánh sáng (có bớc sóng 850, 1300, 1550mm) việc biến đổi này
đợc truyền trên sợi quang. Tại đầu thu tín hiệu quang phải đợc biến đổi trở về
tín hiệu ban đầu. Chi phí sản xuất thiết bị điện tử biến đổi tín hiệu cần phải
xem xét trong tất cả các ứng dụng.
Đờng truyền thẳng: cáp quang cần có đờng đi thẳng.
Yêu cầu lắp đặt đặc biệt vì cấu tạo của sợi quang chủ yếu bằng thuỷ tinh silic,
nên yêu cầu phải có những kỹ thuật đặc biệt khi xây dựng và lắp đặt các
tuyến cáp quang.
Sửa chữa hàn nối phức tạp phải cần có kỹ thuật cao và thiết bị phù hợp.
5
Chơng II
Lý thuyết chung về sợi quang
I. Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang
thì < : tia khúc xạ gẫy về phía xa pháp tuyến.
Trờng hợp n
1
> n
2
nếu tăng thì tăng theo và luôn lớn hơn khi =90
0
,
tức là tia khúc xạ song song với mặt tiếp giác thì góc đợc gọi là góc tới hạn
0
. Lúc này không còn hiện tợng khúc xạ nữa, chỉ còn tia phản xạ, hiện tợng
này gọi là phản xạ toàn phần.
Dựa vào định luật khúc xạ (công thức snell) với = 90
0
ta tính đợc góc tới hạn
c
.
6
tia tới
tia phản xạ
mặt ngăn cách
p (pháp tuyến)
n
1
n
bằng thuỷ tinh có chiết suất n
1
và lớp bọc (clading) bằng thuỷ tinh có suất n
2
và
n
1
> n
2
. ánh sáng trong lõi sợi quang sẽ đợc phản xạ toàn phần trên mặt tiếp giáp
giữa lõi và lớp bọc. Do đó ánh sáng có thể truyền đợc trong sợi với cự ly dài.
2. Khẩu độ số (Nunmerical Aperture)
Sự phản xạ toàn phần trong lợi quang chỉ xảy ra đối với những tia sáng có góc tới
ở đâuf sợi nhỏ hơn góc giới hạn
max
. Sin của góc giới hạn này gọi là khẩu độ số.
Ký hiệu là NA: NA = sin
max
Tại điểm A đối với tia 2: áp dụng công thức Snell:
n
0
sin
max
= n
1
s(90
0
=
c
)
2
2
nn
=n
1
2
Trong đó =
1
21
2
1
2
2
2
1
2 n
nn
n
nn
=
7
n
2
n
1
n
r
Lớp bọc (clading) n
=1,485 thì
=
1
21
2
1
2
2
2
1
2 n
nn
n
nn
=
=0,01=1%
NA=sin
max
=
2
1
2
2
nn
=0,21 suy ra
max
=12
0
Từ công thức tính sin
Sợi quang đa mode chiết suất giảm dần (GI):
8
n
2
n
1
n
r
Xung
Xung ra
Hình 2.4a- Sợi quang đa mode có chiết suất bậc
Xung ra
Để giảm độ sai lệch về thời gian của loại sợi đa mode chỉ số chiết suất bậc loại
sợi đa mode chiết suất giảm dần có hệ số khúc xạ lớn nhất tại lõi của nó và có độ
khúc xạ nhỏ hơn về phía lớp bọc sợi quang. Điều này có nghĩa là sự phân bố hệ
số kúc xạ có hình chuông. Khi đó các tia sang đi thẳng trong sợi, do có hệ số
khúc xạ lớn nhất nên vân tốc lan truyền là nhỏ nhất, vì vận tốc ánh sáng lan
truyền phụ thuộc vào hệ số chiết suất: V = c/n.
Những tia sáng bị uốn cong ra phía vỏ có hệ số chiết suất nhỏ hơn nên vận tốc
lớn hơn. Nh vậy đã làm giảm thời gian trễ giữa các tia. Vì vậy có thể truyền một
lợng thông tin (MHz-km) gấp nhiều lần so với loại sợi đa mode chiết suất bậc.
Sợi có đờng kính lõi 50àm và đờng kính có 125àm (50/125) và NA nhỏ (0,18
đến 0,24) loại này đã đợc sử dụng rộng rãi trong mạng viễn thông và đợc CCITT
tiêu chuẩn hoá.
Sợi đơn mode(SM):
Khi đờng kính lõi giảm xuống và độ sai lệch về hệ số khúc xạ giữa lớp lõi và lớp
bọc giảm đi nh hình 2.4.c thì chỉ còn các tia sáng thẳng mới có thể lan truyền đ-
ợc đây chính là sợi quang đơn mode. Ưu điểm của sợi đơn mode là băng tần lớn
hơn do không có tán sắc mode. Nhân tố ảnh hởng chủ yếu đến băng tần của sợi
truyền dẫn gần suy hao, tán sắc, bớc sóng cắt. Còn các đặc tính vật lý gồm mặt
cắt khúc xạ, kích thớc, lực căng...
1. Suy hao của sợi quang
Suy hao trong sợi quang là một trong những thông số quan trọng của đờng
truyền dẫn. Để xác định tốc độ truyền dẫn và khoảng cách lập trạm lặp của hệ
thống thông tin sợi quang, có hai tham số phải nghiên cứu đó là suy hao quang
và độ rộng băng tần truyền dẫn. Độ suy hao quang để xác định suy hao công
suất ánh sáng lan truyền trong sợi quang. Nếu suy hao nhỏ hơn thì cho phép
khoảng cách truyền dẫn tín hiệu lớn hơn.
Suy hao quang có thể tạm chia thành hai loại, thứ nhất là suy hao thuần tuý sợi
quang, thứ hai là suy hao phụ khi lắp đặt và vận hành hệ thống. Bao gồm suy hoa
hấp thụ, suy hao tán xạ Rayleight suy hoa tán sắc do không đồng nhất cấu trúc.
Suy hao trong quá trình vận hành mạng bao gồm suy hao uốn cong, suy hoa hàn
nối và suy hao ghép nối của cáp sợi quang và các linh kiện thu và phát quang.
Độ suy hao của sợi đợc tính:
A(dB)=10lg
2
1
P
P
Trong đó P
1
=P
(0)
công suất đa vào đầu sợi
P
2
=P
(L)
công suất ở cuối sợi
tạo sợi. Kích thớc các chỗ không đồng nhất nhỏ hơn bớc sóng ánh sáng vùng
hồng ngoại. Độ suy hao của tán xạ rayleight giảm nhanh về phía có bớc sóng dài
nó có ảnh hởng đáng kể ở bóc sóng nhỏ. Ngoài ra mặt phân cách giữa lớp bọc
và lớp lõi không hoàn hảo cũng gây ra tán xạ.
c. Suy hao tán xạ do cấu trúc sợi quang không đồng nhất
Các sợi quang thực tế không thể có tiết diện mặt cắt ngang tròn lý tởng và cấu
trúc hình trục đều dọc suốt vỏ và lõi sợi. Tại bề mặt biên giữa lõi và vỏ sợi đổi
chỗ có sự gồ ghề và nhẵn. Những chỗ gồ ghề nh vậy trên bề mặt biên gây lên
ánh sáng tán xạ và một vài chỗ phát xạ ánh sáng ra ngoài. Những chỗ không
bằng phẳng này gây nên suy hao quang nó làm tăng suy hao quang. Bởi vì có các
phản xạ bất bình thờng đối với ánh sáng lan truy. Loại suy hao này ngời ta gọi
chúng là suy hao do cấu trúc không đồng nhất của sợi quang.
d. Suy hao bức xạ gây nên do bị uốn cong
Các suy hao bức xạ gây lên do bị uốn cong các suy hao sinh ra khi sợi bị uốn
cong với một sợi quang bị uốn cong, các tia ánh sáng có các góc tới vợt quá góc
giới hạn bị phát xạ ra ngoài vỏ gây nên suy hao. Bởi vậy trong việc thiết kế tuyến
thông tin sợi quang phải chú ý đến việc giữ bán kính cong lớn.
e. Suy hao vi cong
Khi sợi quang chịu những lực nén không đồng nhất thì trục của sợi quang bị uốn
cong đi 1 lợng nhỏ, làm tăng suy hao sợi quang. Suy hao này gọi là suy hao cong
vi lợng. Do đó khi sản xuất ngời ta chú ý để cấu trúc sợi có bảo vệ chống các áp
lực tác động từ bên ngoài.
11
g. Suy hao do hàn nối
Nếu lõi của hai sợi không gắn đợc với nhau thật hoàn hảo và đồng nhất thì một
phần của ánh sáng đi ra khỏi sợi này sẽ không vào sợi kia hoàn toàn và bị phát
xạ ra ngoài gây nên suy hao. Nguyên nhân chính của suy hao này là việc không
dòng đồng trục hai sợi trên hình 2.5 do vậy tạo nên suy hao rất lớn. Nếu có 1 khe
nhỏ tồn tại tại chỗ nối thì chính khe này tạo nên suy hao phản xạ.
thấp nên bớc sóng này đợc sử dụng rộng rãi.
+ Cửa sổ thứ ba ở bớc sóng 1550nm: cho đến nay bớc sóng này có suy hao thấp
có thể đến 0,2dB/km. Nhng với sợi quang này có độ tán sắc cao hơn so với bớc
sóng 1300nm. Tuy nhiên nhợc điểm này đã đợc khắc phục vì hiện nay có loại sợi
quang có dạng phân bố chiết suất đặc biệt làm giảm tán sắc ở bớc sóng 1500nm.
2.Tán sắc trong sợi quang
2.1 Hiện tợng nguyên nhân và ảnh hởng
Khi truyền dẫn các tín hiệu digital qua sợi quang xuất hiện hiện tợng dãn rộng
các xung ánh sáng ở đầu thu, thậm chí trong một số trờng hợp các xung lân cận
đè lên nhau, khi đó không phân biệt đợc các xung với nhau nữa, gây méo tín
hiệu khi tái sinh. Hiện tợng dãn xung đợc gọi là hiện tợng tán xạ. Nguyên nhân
chính của hiện tợng này là trong sợi quang tồn tại các thời gian khác nhau cho
các thành phần ánh sáng phát đi đồng thời.
Tán xạ có ảnh hởng đến chất lợng truyền dẫn nh sau:
Khi truyền tín hiệu digital, trong miền thời gian nó gây ra sự dãn rộng xung
ánh sáng.
Khi truyền tín hiệu analog thì ở đầu thu biên độ bị giảm nhỏ và có hiện tợng
dịch pha, độ rộng băng truyền dẫn của sợi bị giảm nhỏ.
13
2.2 Tán sắc mode
Hiện tợng này chỉ xuất hiện ở loại sợi đa mode. Các thành phần ánh sáng lan
truyền nhờ các mode riêng rẽ với thời gian khác nhau, nên có sự chênh lệch về
thời gian, sinh ra méo xung ở đầu thu.
Thời gian truyền chênh lệch giữa tia dài nhất và tia ngắn nhất đợc tính nh sau:
Tia 1: tia dài nhất có độ dài d
1
=L/cos
1
Tia 2: tia ngắn nhất có độ dài d
2
2
1
Cn
Ln
+ Thời gian truyền của tia 2:
C
Ln
nC
L
V
D
t
1
1
12
2
/
===
+ Thời gian chênh lệch giữa hai đờng truyền:
14
L
1
1
2
Hình 2.7. So sánh tia dài nhất và ngắn nhất trong sợi đa mode
2
12
===
với
Thời gian chênh lệch trên mỗi km sợi chính là độ trải xung do tán sắc mode:
Ví dụ: Với sợi chiết suất nhảy bậc (SI) có n
1
=1,458 và D=1% độ tán sắc mode
là:
Đối với sợi chiết suất giảm dần (GI) độ trải xung do tán sắc mode nhỏ hơn so với
sợi có chiết suất nhẩy bậc (SI):
Độ dải xung quan mỗi km sợi hay độ tán sắc mode:
Ví dụ: sợi GI với n
1
=1,458 và =1% có độ tán sắc mode là:
d
mode
=0,061 ns/km
Nh vậy tán sắc mode phụ thuộc vào dạng phân bố chiết suất của sợi quang.
2.3 Tán sắc sắc thể
Vì ánh sáng do các nguồn sáng nh laser hay diot phát quang tạo ra có độ rộng b-
ớc sóng hữu hạn không giống ánh sáng đơn sắc lý tởng. Tán sắc thể gồm tán sắc
chất liệu và tán sắc ống dẫn sóng.
a. Tán sắc chất liệu
15
=
n
C
L
t
kms
skmL
L
d
e
/10.061,0
8
01,0
/15.3
458,1
9
2
5
mod
=ì=
=
Chiết suất của thuỷ tinh thay đổi theo bớc sóng, nên vân tốc truyền của ánh sáng
có bớc sóng khác nhau cũng khác nhau. Đó là nguyên nhân gây nên tán sắc chất
liệu. tán sắc chất liệu đợc xác định:
Trong đó: : là bớc sóng
C: là vận tốc ánh sáng trong chân không
n(): là chiết suất của lõi sợi
=d
mat
+d
wg
Hình 2.8- Tán sắc chất liệu (d
mat
), tán sắc ống dẫn
sóng (d
wg
) tán sắc thể (d
chv
) thay đổi theo bước sóng
D
wg
( )
2
2
d
nd
C
Md
mat
ì==
b. Tán sắc ống dẫn sóng
Với các bớc sóng khac nhau gây ra sự phân bố năng lợng trong sợi quang là khác
nhau. Sự phân bố này gây nên sự tán sắc ống dẫn sóng. Tán sắc ống dẫn sóng rất
nhỏ chỉ đáng chú ý với sợi đơn mode.
c. Độ tán sắc tổng cộng
wgmatchr
DDD
+=
t
D
0,44
B
=
Với B là dải thông đơn vị là GHz; D
t
là tán sắc tổng cộng đơn vị là ngời sử dụng
Vì tán sắc phụ thuộc vào bớc sóng của ánh sáng nên dải thông cũng thay đổi
theo bớc sóng.
III. Cấu trúc cáp sợi quang
Sợi quang đợc phân chia thành 4 nhóm dựa trên vật liệu cấu tạo chung:
Sợi silica (SiO
2
) silica fibers
Sợi hợp chất thuỷ tinh (Multi - component glass fibers)
Sợi có lớp bọc bằng plastic - clad fibers)
Sợi plastic (plastic fbers)
Hầu hết các sợi dùng trong viễn thông là sợi silica.
1. Cấu trúc sợi quang
Thành phần chính của sợi quang gồm lõi 9 (core) và lớp bọc (cladding). Trong
viễn thông dùng loại sợi có cả hai lớp trên bằng thuỷ tinh. Lõi để ánh sáng và lớp
bọc để giữ ánh sáng tập trung trong lõi nhờ sự phản xạ toàn phần giữa lõi và lớp
bọc.
Để bảo vệ sợi quang, tránh nhiều tác dụng do điều kiện bên ngoài sợi quang còn
đợc bọc thêm vài lớp nh:
1.1 Lớp phủ (primary coating)
ánh sáng nhất thiết phải tẩy sạch lớp phủ thông thờng đờng kính của lớp phải là
250 àm và sợi có lớp bọc là 125àm.
1.2 Lớp vỏ (secondary coating)
Lớp vỏ có tác dụng tăng cờng sức chịu đựng của sợi quang trớc các tác dụng cơ
học và nhiệt độ, có các lớp vỏ sau:
Dạng ống đệm lỏng: ống đệm lỏng thờng có hai lớp: lớp trong có hệ số ma sát
nhỏ để sợi quang di chuyển tự do trong đó khi cáp bị kéo căng hay co lại - lớp
ngoài che chở sợi quang trớc ảnh hởng của lực cơ học. Đờng kính ống đệm lớn
hơn đờng kính của sợi quang.
Đối với cáp trong nhà thì bên trong ống đệm lỏng không cần chất nhồi, nhng với
cáp ngoài trời thì bơm thêm chất nhồi trong ống đệm. Chất nhồi có các tính chất
sau:
+ Có tác dụng ngăn ẩm
+ Có tính nhớt, không tác dụng hoá học với các thành phần khác củ cáp.
+ Không đông đặc nóng chảy trong nhiệt độ làm việc.
+ Dễ tẩy sạch khi hàn nối và khi cháy.
ống đệm lỏng cũng đợc nhuộm mầu để đánh dấu. ống đệm lỏng có nhiều u
điểm nên đợc dùng trong các đờng truyền dẫn chất lợng cao và trong điều kiện
môi trờng thay đổi nhiều.
19
1.2-2mm
0.9mm
Sợi quang
Lớp phủ
ống đệm
Chất nhồi
Lớp vỏ
Lớp đệm mềm
Hình 2.10a- ống đệm lỏng
Hình 2.12- Cấu trúc tổng quát cáp quang
2. Phân loại cáp sợi quang
Có nhiều thành phần loại cáp sợi quang
Phân loại theo chỉ số chiết suất:
Sợi có chiết suất bậc.
Sợi có chiết suất thay đổi.
Phân loại theo mode:
Sợi đa mode
Sợi đơn mode
Phân loại theo cấu trúc vật liệu:
Sợi thuỷ tinh.
Sợi lõi thuỷ tinh, vỏ chất dẻo.
Phân loại theo hình thức cấu tạo:
Cáp có cấu trúc ống
Cáp có cấu trúc băng dẹp.
Phân loại theo lĩnh vực sử dụng:
Cáp ngoài trời: gồm cáp treo, cáp chôn trực tiếp hoặc cáp kéo trong ống.
Cáp trong nhà dùng làm cáp phân phối, dây nhẩy...
Cáp đặc biệt: cáp thả biển, cáp dùng cho điện lực, trong máy bay...
3. Hàn nối cáp sợi quang
Do những hạn chế về kỹ thuật chế tạo, phơng tiện chuyên chở, phơng pháp lắp
đặt nên chiều dài của các cuộn cáp nói chung có hạn. Khoảng cách giữa hai trạm
thông tin quang thờng dài hơn chiều dài của cuộn cáp nên cần phải nối các sợi
giữa hai cuộn cáp với nhau. Ngoài ra ở mỗi trạm thông tin quang, sợi quang cần
phải nối với các linh kiện phát và thu quang.
3.1 Các yêu cầu chính của một mối nối
Suy hao hàn nối thấp và ổn định để gia tăng cự ly tối đa của các trạm lặp.
21
Độ tin cậy cao: các hệ thống thông tin quang hiện nay hoạt động với dung lợng
22
Chơng III
Linh kiện biến đổi điện quang - quang điện
Linh kiện biến đổi quang điện, điện quang đợc đặt ở 2 đầu sợi quang. Có hai
loại linh kiện biến đổi là:
Linh kiện biến đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang, đợc gọi là nguồn
quang, phát ra ánh sáng trong vùng tia hồng ngoại có = 800 đến 1600nm
ánh sáng có công suất tỷ lệ với dòng điện chạy qua nó
Linh kiện biến đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện, gọi là linh kiện tách
sóng quang (linh kiện thu quang). Linh kiện này có nhiệm vụ ngợc lại so với
nguồn quang, tức là tạo ra dòng điện có cờng độ tỷ lệ với công suất quang
chiếu vào nó
I. Nguyên lý biến đổi
1. Khái niệm về bán dẫn
Bán dẫn thuần: Bán dẫn cha bị pha tạp gọi là bán dẫn thuần, ví dụ Ge, Si... các
chất bán dẫn này có cấu trúc năng lợng nh hình. ở nhiệt độ thấp bán đẫn không
dẫn điện (chất điện môi)Khi nhiệt độ tăng thì bán dẫn trỏ thành chất dẫn điện.
Khi đó các điện tử vùng hoá trị vợt qua vùng cấm đi vào vùng dẫn. Để lại trong
vùng hoá trị các lỗ trống.
Bán dẫn tạp: Nếu pha trộn nhiều bán dẫn thuần với nhau sẽ đợc một bán dẫn
tạp, nếu khi pha trộn nhận đợc bán dẫn tạp có nồng độ
23
Vùng
dẫn
Vùng
cấm
Vùng hoá trị
E
II. Linh kiện phát quang
1. Nguyên lý chung
Có hai loại linh kiện đợc dùng làm nguồn quang hiện nay là:
Diode phát quang LED (light emiting diode)
24
Với hV: là photon là điện tử o là ô trống
E
c
E
v
hV
E
g
Vùng dẫn
Vùng cấm
Vùng hoá
trị
a. Hấp thụ
b. Phát xạ tự phát
c. Phát xạ kích thích
hV
hV
Diode laser LD
Eg
1,24
Eg
hc
==
Copyright: Tài liệu đại học ©