Giáo trình Quang - Điện tử & Thông tin quang PGS.TS. Phạm Văn Hội
- 1 -
CHƯƠNG Ι
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QUANG -ĐIỆN TỬ VÀ
THÔNG TIN QUANG SỢI
MỞ ĐẦU
Từ khi laser ra đời trong những năm 60 của thế kỷ XX, ngành Quang -điện tử
đ
ã phát triển cực kỳ mạnh mẽ và có ứng dụng trong hầu hết các thiết bị từ quân
s
ự, công nghiệp cho đến dân dụng. Tuy nhiên, lĩnh vực ứng dụng có hiệu quả
nhất các kết quả nghiên cứu của quang -điện tử chính là thông tin và cảm biến.
T
ại Việt nam, chuyên ngành quang-điện tử đã được nghiên cứu và giảng dạy tại
một số Viện nghiên cứu và tại các Trường Đại học từ những năm 60-70 của thế
kỷ trước. Một số kết quả nghiên cứu về quang-điện tử tại Việt nam đã góp phần
đán
g kể trong cuộc kháng chiến chống Mỹ cứu nước, trong việc triển khai có
hi
ệu quả cao mạng thông tin cáp quang và tiếp thu công nghệ cao từ bên ngoài
trong quá trình công nghi
ệp hoá, hiện đại hoá và hội nhập quốc tế hiện nay.
M
ặc dù đã được nghiên cứu từ lâu, nhưng ngành công nghiệp quang-điện tử
hiện đại của Việt nam vẫn chưa được phát triển đúng với nhu cầu chung của
quốc gia, hầu hết các linh kiện quang -điện tử đều phải nhập từ bên ngoài làm
cho gíá thành các thi
ết bị quang -điện tử chế tạo ở trong nước rất khó cạnh tranh
trên th
ị trưòng. Ngoài ra, kinh phí để duy trì và bảo hành các thiết bị quang-điện
tử , đặc biệt là các thiết bị thông tin quang hiện có, cũng còn rất cao.

BL), trong đó B là tốc độ bít và L là khoảng cách các trạm lặp.
Thông số BL cho hệ thống viba đạt 100 (Mb/s)-km trong những năm 1970.
 Năm 1960:
o Sợi dẫn quang được nghiên cứu chế tạo từ thuỷ tinh silica ( SiO
2
),
h
ệ số suy hao quang khoảng 1000 dB/km.
o Laser bán dẫn được nghiên cứu chế tạo, dòng ngưỡng rất cao, nhiệt
độ l
àm việc thấp, thời gian sống ngắn.
 Năm 1970:
o Hệ số suy hao sợi dẫn quang bằng thuỷ tinh giảm xuống còn 20
dB/km t
ại bước sóng λ=1μm
o Laser bán dẫn GaAs làm việc tại nhiệt độ phòng, dòng ngưỡng
giảm xuống còn vài chục mili-ampere đối với laser công tắc dải. Trong những
năm 70, hệ
thống thông tin quang sợi bắt đầu phát triển.
 Năm 1980: hệ thống thông tin quang đầu tiên được đưa vào hoạt động.
Bước sóng laser trong v
ùng 0.8μm (GaAlAs/GaAs), tốc độ bít 45Mb/s, khoảng
cách lặp 10km. Ý nghĩa để phát triển hệ thống nằm trong khoảng cách lặp lớn
hơn hệ thống viba và do đó giảm giá th
ành lắp đặt và duy trì. Trong những năm
này, laser bán dẫn InGaAs/InP có bước sóng phát tại 1310 nm được chế tạo khá
hoàn thiện. Bước sóng 1310 nm có độ suy hao trong sợi quang khoảng 1dB/km
(1980) và hệ số tán sắc cực tiểu là đối tượng nghiên cứu ứng dụng rất mạnh
trong thời gian này cho hệ thống thông tin quang.
Giáo trình Quang - Điện tử & Thông tin quang PGS.TS. Phạm Văn Hội

ứu thành công trong phòng thí nghiệm năm 1987 và trở thành thương phẩm
năm 1990. Năm 1991 lần đầu ti
ên hệ thống thông tin quang có EDFA được thử
nghiệm truyền tín hiệu số tốc độ 2,5Gb/s trên khoảng cách 21.000km và 5Gb/s
trên kho
ảng cách 14.300km.
Năm 1996 hệ thống thông tin cáp quang dưới biển có tốc độ 5Gb/
s trên
kho
ảng cách 11.300km sử dụng EDFA được đưa vào sử dụng, năm 1997 hệ
thống Âu – Á có tên FLAG có tốc độ bít 5Gb/s và khoảng cách 27.000km đã
đưa vào hoạt động. Hệ thống cáp quang vòng quanh châu Phi (Africa One) có
kho
ảng cách 35.000km cũng đã đước lắp đặt trong năm 1997.
Sử dụng công nghệ ghép nhiều bước sóng trên một sợi quang (WDM)
làm tăng dung lượng thông tin quang một cách đáng kể. Khuếch đại quang
EDFA có thể khuếch đại toàn bộ các bước sóng quang trong dải 1525-1575nm
mà không c
ần phải tách từng bước sóng. Trong năm 1996 đã thử nghiệm tuyến
Giáo trình Quang - Điện tử & Thông tin quang PGS.TS. Phạm Văn Hội
- 4 -
truyền dẫn 20 bước sóng quang với tốc độ bít của từng bước sóng là 5Gb/s trên
kho
ảng cách 9100km. Tốc độ bít của tuyến đã đạt 100Gb/s và BL là 910 (Tb/s)-
km.
Trong năm 2000 hệ thống TPC-6 xuyên Đại Tây Dương có tốc độ bít
100Gb/s đ
ã được đưa vào hoạt động.
Có thể tổng kết rằng BL của hệ thống đã tăng rất nhanh tử 1Gb/s - km
đến 900Tb/s – km chỉ trong vòng 25 năm.

à biểu thị vùng phổ tần số của tín
hiệu.
Tín hiệu tương tự có thể biến đổi thành tín hiệu số bằng kỹ thuật lấy mẫu
trong khoảng thời gian của tín hiệu.
Giáo trình Quang - Điện tử & Thông tin quang PGS.TS. Phạm Văn Hội
- 5 -
Tốc độ lấy mẫu được xác định bằng băng tần Δf của tín hiệu tương tự. Theo
Nyquist, tần số lấy mẫu f
s
≥ 2Δf. Bước đầu của quá trình là lấy tương tự tại tần số
bên phải. Gía trị mẫu có thể lấy bất kỳ giá trị nào trong khoảng 0 ≤ A ≤ A
max
,
trong đó A
max
là biên độ cực đại của tín hiệu tương tự. Chia A
max
cho M khoảng
gián đoạn, mỗi giá trị mẫu được lấy sẽ tương đương với một giá trị gián đoạn n
ày
và ta có M giá tr
ị mẫu. Tạp âm của tín hiệu tương tự ký hiệu là A
N
(cường độ tạp
âm rms), ta sẽ có M > A
max
/A
N
và A
max

t
t
t
Hình 1.1. Sơ đồ tốc độ lấy mẫu cho tín hiệu số