TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
PHÒNG TRUNG CẤP CHUYÊN NGHIỆP & DẠY NGHỀ

#"
MÔN HỌC
KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG GIẢNG VIÊN: ThS. NGUYỄN HỮU KHÁNH NHÂN
1
Trình bày:
Ths
Ths
.
.

NỘI DUNG CHI TIẾT (45 tiết)
Chương 1. KHÁI NIỆM THÔNG TIN QUANG
Chương 2. SỢI QUANG VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG VẬT LÝ KHI
TRUYỀN DẪN ÁNH SÁNG TRONG SỢI QUANG
Chương 3 .THIẾT BỊ THU PHÁT QUANG
Chương 4. HÀN NỐI SỢI QUANG
Chương 5. ĐO THỬ SỢI QUANG
Chương 6. KỸ THUẬT GHÉP KÊNH PDH, SDH VÀ WDM
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. ThS. Nguyễn Hữu Khánh Nhân, TT. Bài giảng kỹ thuật thông tin
quang, Phòng TCCN & DN, ĐH Tôn Đức Thắng.
2. Bài giảng Truyền dẫn sợi quang, Trung Tâm Đào Tạo BCVT II.
3. Giáo trình Kỹ thuật thông tin quang, Học Viện CNBC Viễn Thông.
Chương 1:
KHÁI NIỆM THÔNG TIN QUANG
1.1. Khái niệm
1.2. Ưu và nhược điểm
1.3. Ứng dụng
2
1.1 Khái niệm
 Thông tin quang là một hệ thống truyền thông tin qua sợi quang.Thông
tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua sợi
quang,tại nơi nhận nó được biến đổi thành thông tin như ban đầu.
O
E O
E
O
E
§iÖn tho¹i
Sè liÖu

ra
Các thiết bị
khác
Bộ biến đổi quang - điện O/E
Bộ biến đổi điện - quang E/O
Xen rẽ
kênh
Bộ
chia
quang
Khuếch
đại quang
Bù
tán sắc
Tín hiệu quang
Tín hiệu điện
Sợi quang
Thu quang
Mạch điện
Phát quang
1.1.Khái niệm
Hệ thống thông tin quang
 Thiết bị phát quang
 Thiết bị chuyển đổi điện – quang E\O
 Thiết bị thu quang
 thiết bị chuyển đổi quang-điện
 Ngoài ra còn một số thành phần:
 Bộ ghép nối quang(connecter)
 Các mối hàn
 Bộ chia quang

trạm lặp cần phải có dây đồng
trong sợi quang
 Khi có khí ẩm lọt vào cáp thì
sợi quang sẽ chóng bị lão hóa
và các mối hàn sẽ chóng hỏng
1.3. Ứng dụng
 Mạng đường trục quốc gia
 Đường trung kế
 Đường cáp thả biển xuyên quốc gia
 Đường truyền số liệu
 Mạng truyền hình
4
5
Q & A
Q & A
?
?
?
Chương 2.
SỢI QUANG VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG VẬT LÝ KHI
TRUYỀN DẪN ÁNH SÁNG TRONG SỢI QUANG
2.1. Nguyên lí truyền dẫn ánh sáng.
2.2. Nguyên lí truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang.
2.3. Quá trình đưa ánh sáng vào sợi quang
2.4. Phân bố chiết suất trong sợi quang
2.5. Mode truyền dẫn
2.6. Suy hao sợi quang
2.7. Cấu trúc Sợi quang.
2.8. Cấu trúc Cáp quang.
6

Khi tăng Φi thi Φ cũng tăng.
Khi Φ=90
0
thì Φi gọi góc tới
hạn Φc. Nếu tiếp tục tăng Φi
> Φc thì không còn tia khúc
xạ mà chỉ có tia phản xạ.
Hiện tuợng này là phản xạ
tòan phần .
Khi Φi=90
0
thì SinΦc=n2/n1
Ví dụ:
Φ
t
Φ
t
B Φ
t
C
Φi Φi
B
’

i
Tia sáng A
Tia sáng
A
’
(a) Trường hợp n

Môi trường có chiết suất n
2
B
C(C
’
)
Φi Φi
B
’
Tia sáng
A
’
Tia sáng A
(b) Trường hợp n
1
> n
2
Φ
Định luật khúc xạ
7
2.2. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng
trong sợi quang
n
2
n
2
n
1
> n
2

 NA = Sinθmax =
 Sinθmax = n1 với Δ là độ lệch chiết suất tương đối Δ= (n
2
1
– n
2
2
)/ 2n
1
2
n
2
n
2
Khoảng góc có thể thu
đựơc
n
o
= 1
θ
c
90
o
Góc tới hạn
90
o
- θ
c
θ
t

sáng rộng hơn,đây là hiện tượng tán sắc.(không truyền được tốc độ cao và cự ly
dài)
 Sợi quang có chiết suất giảm dần(GI)
 Chiết suất của lõi phân bố theo hình parabol nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn
cong dần
n
2
n
2
n
1
> n
2
b
a
0
a
b
Sự truyền ánh sáng trong sợi có chiết suất nhảy bậc(SI)
n
2
n
2
b
a
0
a
b
Sự truyền ánh sáng trong (GI)
n

g





2.5. Mode truyền dẫn
 Sợi đơn mode:Chỉ có một mode sóng truyền trong sợi
 Đường kính lõi: d = 2a = 10 µm
 Đường kính lớp bọc: D = 2b = 125 µm
 Độ chênh lệch chiết suất Δ = 0,003 = 0,3%
 Chiết suất lõi n =1.46
 Sợi đa mode:Sợi có đường kính lõi lớn nên số modde truyền dẫn cũng lớn
 d = 2a = 50um
 D = 2b =125 um
 Δ = 1%
 N =1,46
10μm
n
1
n
2
∆ = 0,3%
Kích thước sợi đơn mode
125μm
50μ
m
n
1
n

- tính tóan suy hao do hiệu suất ghép quang
z
PzP
10
0
10)(



L
z
01
PP 
)(
2
LPP 
)(
)(
)/(
kmL
dBA
kmdB 

2.6 suy hao sợi quang
 Suy hao hấp thụ
 Ánh sáng lan truyền trong sợi quang bị hấp thụ do các vật liệu sợi và được biến đổi thành nhiệt
gây suy hao quang mà không lọt ánh sáng ra ngoài
 Sự hấp thụ củacác kim loại:sắt(Fe),đồng(Cu),mangan(Mn),Cobal(Co),Niken(Ni) .Mức độ hấp thụ của tạp
chất phụ thuộc vào tạp chất và bước sóng truyền (tạp chất có trong thủy tinh)
 Sự hấp thụ củaOH: Sự có mặt của OH cũng gây ra độ suy hao đáng kể (do độ ẩm gây ra)

hai
Cửa
sổ
thứ
ba
Suy hao hấp
thụ hồng
ngoại
1.4 μm
1.5 μm
1.2 μm1.0 μm0.8 μm
0.1
1
5
50
100
Suy
hao
quang
dB/km
Suy hao
do tán
xạ
rayleigh
Các đặc tính suy hao của loại sợi quang thạch anh
10
2.6 suy hao sợi quang
 Suy hao tán xạ rayleigh
 Hiện tượng ánh sáng tán xạ theo
nhiều hướng khác nhau khi nó gặp

 Khi tia sáng bị uốn cong các tia sáng
có góc tới vượt quá góc tới hạn bị
phát xạ ra ngoài vỏ gây nên suy hao.
 Nguyên nhân:sợi quang bị chèn ép
nên có những chỗ bị uốn cong nhỏ
gây ra suy hao.suy hao này do các tia
sáng bị lệch trục đi qua những chỗ
uốn cong đó
 Suy hao hàn nối
 Khi hàn nối nếu nếu lõi của hai sợi
không được gắn với nhau hoàn toàn
và đồng nhất thì một phần ánh sáng
sẽ không vào sợi kia hoàn toàn và bị
phát ra ngoài nên gây suy hao.
θ
c
θ < θ
c
θ < θ
c
θ > θ
c
Vỏ phản xạ
lõi
Suy hao do uốn cong
Gãc lÖch lâi trô
Kh«ng ®ång nhÊt bÒ mÆt
Gãc lÖch hai bªn lâi sîi
Kho¶ng c¸ch cña 2 bÒ mÆt
Sîi quang

11
Phân loại tán sắc
 Tán sắc vật liệu
 Nguyên nhân:do nguồn phát quang diode,laze không chỉ bức xạ một vạch
phổ tương ứng với một bước sóng mà còn bức xạ một dải phổ quang
bước sóng đó,làm chênh lệch thời gian truyền dẫn
 Tán sắc : t
max
= M
max
..L [ps]
 M
max
:hệ số tán xạ vật liệu
  độ rộng vạch phổ của ánh sáng
 L:chiều dài
 Tán sắc mode
 Hiện tượng suất hiện ở sợi đa mode,các thành phần ánh sáng
truyền nhờ các mode riêng rẽ với thời gian khác nhau nên có sự
chênh lệch thời gian sinh ra giãn xung
 Tán sắc dẫn sóng
 Do sự phân bố năng lượng trong sợi quang phụ thuộc vào bước
sóng
Nguyên nhân tán sắc
 Nguyên nhân:
 Tán sác mode:
 do năng lượng ánh sáng phân tán thành nhiều mode. Mỗi mode lại truyền
với vận tốc nhóm khác nhau nên thời gian truyền khác nhau.
 Tán sắc thể
 Do tín hiệu quang truyền trên sợi không phải là đơn sắc mà gồm một


P
in
100%
50%
50%
100%
P
out
50%
100%
P
out
t
B = B
1
. L
-ν
(GHz) (GHz.Km) (Km)
Thừa số ν = 0,6 -> 0,8
L: chiều dài sợi quang
12
2.8. Cấu tạo Sợi quang
 Lõi
 Cấu tạo:Làm bằng thủy tinh hay chất dẻo
 Lõi để dẫn ánh sáng
 Lớp bọc
 Cấu tạo: làm bằng thủy tinh nhưng chiết suất nhỏ hơn lõi
 Giữ ánh sáng tập trung trong lõi nhờ sự phản xạ toàn phần giữa lõi và lớp bọc
 Lớp phủ:

nhiều sợi quang (2-12 sợi). Cáp
trong nhà không cần chất nhồi.
 Dùng trong truyền chất lượng cao
và có môi trường thay đổi nhiều.
Sợi quang
Lớp phủ
ống đệm
Chấtnhồi
1,2  2mm
Cấu trúc ống đệm lỏng (Loose buffer)
2.8. Cấu tạo Sợi quang
 Dạng đệm khít
 Bọc một lớp vỏ ôm sát lớp
phủ.Thường có thêm lớp đêm
mềm giữa lớp phủ và lớp vỏ.
 Giảm kích thước và trọng lượng
cáp.
 Dùng lắp đặt trong nhà và làm
dây nhảy trong các trạm đầu cuối.
 Dạng băng dẹp:
 Giống vỏ dạng đệm khít nhưng có
nhiều sợi quang thay vì một sợi.
 Số sợi lên mỗi băng có thể lên
đến 12.
 Giảm kích thước.
 ảnh hưởng trực tiếp khi bị kéo
căng
Sợi quang
Lớp phủ
Lớp đệm mềm

2.9. Cu to Cỏp quang
Cu to
1.phn t gia cng
2.Si quang v ng bc lng
3.Si dõy ng
4.si thy tinh aramit trn h dớnh
5.v nhụm
6.v bc polietylen
Vỏ nhôm
Sợi thuỷ tinh
Thành phần gia cờng
Vỏ bọc Polyetylen
Sợi dây đồng
Sợi quang
và ống
bọc lỏng
14
Presented By The Fiber Optic Association
©2004, The Fiber Optic Association, Inc.
Fiber Has More Capacity
This single fiber
can carry more
communications
than the giant
copper cable!
Presented By The Fiber Optic Association
©2004, The Fiber Optic Association, Inc.
Fiber Optic Cable
• Protects the fibers
wherever they are

Ế
N Đ
N Đ
Ổ
Ổ
I QUANG ĐI
I QUANG ĐI
Ệ
Ệ
N
N
3.1. Tổng quát
3.2. Thiết bị phát quang.
3.3. Thiết bị thu quang
16
3.1. TỔNG QUÁT
 Linh kiện được đặt 2 đầu sợi quang
- Linh kiện biến đổi điện quang
- Linh kiện biến đổi quang điện.
 Chất lượng của linh kiện quang điện và sợi quang
quyết định
- Cự li
- Dung lượng
- Và chất lượng tuyến truyền dẫn
3.1.1. Các yêu cầu của linh kiện quang điện
 Thiết bị phát quang
- Bước sóng ánh sáng phát ra: 850 nm, 1300 nm và 1550nm
- Công suất phát: Càng lớn thì thông tin truyền cần xa
- Độ rộng phổ: của nguồn quang càng hẹp càng tốt
- Góc phóng ánh sáng: nguồn quang có vùng phát sáng và góc

Mch in t :cung cp dũng cho ngun quang
B
ghộp
kờnh
s
Mch iu
khin
X lý
mó gi
LASER , LED
Mch hi
tip quang
Mch iu
khin cụng
sut
B bin i in - quang
nh sỏng
a vo
si
B phỏt quang
3.2.2. Ngun quang
Linh kin dựng lm ngun quang:
Diode phỏt quang hay LED(light emitting diode)
Diode laser hay LD(laser diode)
C ch phỏt quang
Nng lng ỏnh sỏng phỏt ra:
Bc súng ỏnh sỏng phỏt ra
E
2
Mức

nhiờn i vi led khụng cho
phộp khuch i v dao ng
ỏnh sỏng trong vựng hot cht
nh laser.
u im LED so vi laser
tin cy cao, mc tuyn
tớnh hn v chi phớ thp.
P
Điện cực
+
-
n
Điện cực
ánh sáng
Tiếp giáp dị thể
Điện tử
Lỗ trống
b) Mức năng lợng
a) Cấu trúc LED
Vùng năng lợng
18
Đặc tính kỹ thuật LED
 Thông số điện: 50 mA đến 300 mA, điện áp trên LED 1,5
V đến 2,5 V
 Công suất quang phát: công suất do LED phát ra từ 1
đến 3 mW, lớn nhất 10 mW
 Góc phát quang: mức công suất quang giảm một nửa
(3db) so với mức cực đại
 Hiệu suất ghép quang: tỉ số công suất ghép vào sợi so
với công suất phát quang tổng cộng của nguồn.

 Laser hoạt động trên nguyên lý phát xạ kích thích
 Cấu tạo: (có cấu trúc dị thể)
 Lớp bán dẫn loại P
 Lớp hoạt chất (vai trò như buồng cộng hưởng)
 Lớp bán dẫn loại N
 Mặt sau của laser được phủ một lớp phản xạ còn mặt trước được cắt
nhẵn để một phần ánh sáng phản xạ còn một phần chiếu ra ngoài
Bán dẫn loại p
Lớp tích cực
Bán dẫn loại N
+
-
Mặt phản xạ
Anh sáng
Nguyên lý cấu tạo laze bán dẫn
19
Laser diode
iu kin laze dao ng
c:
S chờnh lch mc nng lng
gia vựng dn ca cht bỏn dn
loi P v vựng dn trong lp hot
cht phi ln.
S chờnh lch mc nng lng
gia vựng dn v vựng húa tr ca
bỏn dn loi N cung phi ln
i vi cht bỏn dn loi N
chuyn tip mc nng lng giỏ tr
phi nh hn ti vựng tp cht.
Hot ng

Cụng sut quang phỏt: cụng sut do LED phỏt ra t 1
n 10 mW, ln nht 50 mW
Gúc phỏt quang: 5-10
0
theo phng ngang, 40
0
theo
phng vuụng gúc
Hiu sut ghộp quang: 30-50% cho si SM v 60-90%
cho si MM. tng hiu sut ghộp thờm h thu kớnh
rng ph: hep hn so vi LED
Thi gian chuyn lờn
nh hng nhit
Mch phỏt quang dựnh laser
Giao tip
in
X lớ in
Mch kớch
thớch
Thm dũ
quang
Ngun quang
Giao tip
quang
Gai nhit
Thm dũ
nhit
Si
quang
20

T B
T B
Ị
Ị
THU QUANG
THU QUANG
4.1. Chức năng và nhiệm vụ.
4.2. Cấu tạo.
4.3. Linh kiện thu quang.
4.1. Chức năng và nhiệm vụ
 Bộ biến đổi quang điện: Là bộ tách sóng photodiode biến đổi công suất quang thu
được thành dòng điện tại đầu ra
 Nhiệm vụ: bộ thu quang phải đảm bảo thu được tín hiệu rất yếu,bị méo và phải
tách được thành phần nhiễu khá lớn so với tín hiệu
 Bộ tách sóng quang
 Bộ khuếch đại điện
 Mạch xử lý tín hiệu
PD
R
L
Bộ thu quang
h
v
Quyết
định
Cloc
k Ext
Tiền
khuếch
đại

B quyt nh:
Tín hiệu vào
Ai
Khuêch đại
chính (*)
bằng
Cân
Lọc
định
Quyết
C.K
Đồng hồ ra
Số liệu ra
Ai: Tiền khuếch đại
C.K : Mạch tách đồng hồ
Thit b thu quang
Chc nng: Ti b thu súng tớn hiu quang t phớa phỏt i ti c bin i thnh
tớn hiu in,ri c khuch i v c hi phc thnh tớn hiu cựng dng nh
u vo tớn hiu phỏt quang.
C ch:
Bin i trc tip tớn hiu quang thnh tớn hiu in(hiu ng quang in)
Hiu ng cm nhit: Bin i nng lng quang thnh thnh nng lng nhit sau ú bin
i nng lng nhit thnh nng lng in.
Nguyờn lý chuyn i tớn hiu quang thnh tớn hiu in
Miền - n
Vùng dẫn
Vùng hoá trị
Điện trờng nội
Năng lợng
Vùng nghèo

i n
22
Linh kiện thu quang
 Diode quang thác APD(photodiode)
 Cấu tạo :
 P+ và N+ có nồng độ tạp chất cao
 P :có nồng độ tạp chất thấp
 Nguyên lý:
 Khi có ánh sáng chiếu vào, điện tử và lỗ trống tách ra.Điện tử di chuyển vào vùng N+
 Lỗ trống di chuyển vào vùng P+ .Tạo ra điện trường làm tăng tốc điện tử
 Điện tử va chạm vào tinh thể bán dẫn (ion hóa do va chạm) số lượng các phần tử điện
tăng nhanh.
R
t
+
P
P
N
+
N
§iÖn cùc
N
23
24