Download miễn phí Tìm hiểu bộ ghép kênh và phân kênh quang
Trong quá trình truyền dẫn, tím hiệu quang bị suy hao do nhiều nguyên nhân. đó là khi ghép nguồn phát vào sợi quang, từ sợi quang vào bộ thu, tại các mối hàn, do quá trình phân nhánh hay do vật liệu làm sợi quang. Chính vì vậy tại các tuyến truyền dẫn xa, quá trình suy hao làm cho các tín hiệu thấp hơn ngưỡng nhạy của máy thu. để khắc phục tình trạng này người ta phải tạo ra bộ khuyếch đại quang. Có hai loại khuyếch đại quang là khuyếch đại bán dẫn và khuyếch đại quang sợi.
Bộ khuyếch đại quang được sử dụng trong các trường hợp:
ỉ Bộ tăng cường (cũng được gọi là bộ khuếch đại công suất), khi được dùng ngay sau máy phát laser để tăng công suất và cho phép trạm lặp đầu tiên được bố trí càng xa càng tốt sau các liên kết.
Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.
Ketnooi -
You must be registered for see links
Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ketnooi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
g người ta nhận thấy sợi quang có suy hao thấp nhất tại 2 vùng bước sóng là : 1310 nm, 1550 nm. Dùng 2 bước sóng này ghép vào sợi quang, tại đầu thu dùng 2 cửa sổ thu 1310 nm, 1550 nm. Đây vẫn chưa mang tính công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM. Hiện nay, người ta dùng nhiều bước sóng trong mỗi cửa sổ ghép vào sợi quang. Như vậy, khoảng cách giữa các kênh quang sẽ rất gần nhau, bộ phát tín hiệu quang phải có đặc tính phát ra tín hiệu quang có phổ rất hẹp.
Các khối chính của hệ thống thông tin quang :
So với hệ thống thông tin quang thông thường thì hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng có thêm bộ ghép kênh quang và phân kênh quang. Do đó bao gồm các khối sau :
Nguồn quang: thường là Diode phát quang LED và Diode Laser. Yêu cầu nguồn quang có phổ tín hiệu hẹp.
Bộ ghép kênh quang: có thể là bộ lọc Filler, bộ ghép Coupler hay là cách tử gratting.
Sợi quang.
Bộ lặp: để bù lại phần công suất đã bị suy hao trên quãng đường truyền.
Bộ phân kênh quang: giống như bộ ghép kênh quang.
Bộ tách sóng: yêu cầu độ nhạy cao.
Bộ khuyếch đại quang: trong các hệ thống có khoảng cách truyền dẫn xa như các tuyến trục quốc gia, quốc tế thì tín hiệu quang bị suy hao rất lớn nên cần có Bộ khuyếch đại.
Cụ thể các khối như sau:
Sợi quang:
Sợi dẫn quang có cấu trúc như là một ống dẫn sóng hoạt động ở dải tần số quang, như vậy nó có dạng hình trụ bình thường và có chức năng dẫn ánh sáng lan truyền theo hướng song song với trục của nó. Để đảm bảo được sự lan truyền của ánh sáng trong sợi, cấu trúc cơ bản của nó gồm một lõi hình trụ làm bằng vật liệu thuỷ tinh có chỉ số chiết suất n1 lớn hơn và bao quanh lõi là một vỏ phản xạ hình ống đồng tâm với lõi và có chiết suất n2
Có bốn thông số xác định cấu trúc của sợi quang đa mode là : Đường kính lõi sợi, đường kính lớp vỏ, khẩu độ số NA và dạng phân bố chiết suất khúc xạ. Tương phản với cấu trúc của các sợi quang đa mode, các sợi quang đơn mode được xác định bằng 3 thông số:Thông số trường mode,đường kính lớp vỏ&bước sóngcắt
Việc phân loại sợi dẫn quang phụ thuộc vào sự thay đổi thành phần chiết suất của lõi sợi. Có 3 loại sợi quang :
Sợi đa mode chỉ số chiết suất phân bậc: Loại sợi có chỉ số chiết suất đồng đều ở lõi sợi gọi là sợi có chỉ số chiết suất phân bậc (SI).
Sợi đa mode chỉ số chiết suất Gradien: Loại sợi có chỉ số chiết suất ở lõi giảm dần từ tâm lõi sợi ra tới tiếp giáp lõi và vỏ phản xạ gọi là sợi có chỉ số chiết suất Gradian. (GI)
Sợi đơn mode: Chỉ cho phép truyền một mode truyền hay chỉ một tia chạy song song với trục sợi. Sợi đơn mode thường có đường kính rất nhỏ. Xung ánh sáng đưa vào sợi đơn mode là xung rất hẹp thì ở đầu ra của sợi đơn mode nhận được xung bị biến đổi tương đối nhỏ hơn so với xung ra ở sợi đa mode.
Sợi đa mode: Cho phép nhiều mode truyền dẫn trên nó. Nếu đưa vào đầu vào của sợi một xung rất hẹp thì ở đầu ra của sợi đa mode xung bị biến dạng tương đối nhiều hơn so với sợ đơn mode. Sợ đa mode thường có đường kính ruột rất lớn.
ũ Phân loại sợi quang:
Phân loại theo vật liệu điện môi
* Sợi quang thạch anh
* Sợi quang bằng thuỷ tinh đa vật liệu
* Sợi quang bằng nhựa
Phân loại theo Mode truyền lan
* Sợi quang đơn mode
* Sợi quang đa mode
Phân loại theo phân bố chiết suất khúc xạ
* Sợi quang chiết suất bậc
* Sợi quang chiết suất biến đổi
Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang:
Cấu trúc chung của sợi quang gồm một lõi bằng thủy tinh có chiết suất lớn và một lớp bọc cũng bằng thủy tinh nhưng có chiết suất nhỏ hơn. Chiết suất của lớp bọc không đổi còn chiết suất của lõi, nói chung thay đổi theo bán kính (khoảng cách tính từ trục của sợi ra). Sự biến thiên chiết suất theo bán kính được viết dưới dạng tổng quát như sau:
n(r) = r Ê a (trong lõi) ; a
n1: chiết suất lớn nhất ở lõi.
n2: chiết suất lớp bọc.
: độ chênh lệch chiết suất.
r: khoảng cách tính từ trục sợi đến điểm tính chiết suất
a: bán kính lõi sợi
b: bán kính lớp bọc
g: số mũ quyết định dạng biến thiên; g ³ 1
Các giá trị thông dụng của g:
g = 1 : dạng tam giác
g = 2 : dạng parabol
g đ Ơ : dạng nhảy bậc
Sợi quang đa mode có chiết suất bậc SI - MM (Step Index - Multi Modes).
Với mỗi loại sợi được chế tạo thì giá trị NA cho trước cho biết khả năng truyền dẫn của sợi. Sự phản xạ toàn phần chỉ xảy ra đối với những tia sáng có góc tới ở đầu sợi nhỏ hơn góc giới hạn qmax. Sin của góc giới hạn này được gọi là khẩu độ số, ký hiệu là NA
NA = sinqmax
qmax là góc mở lý thuyết
NA: Khẩu độ số
áp dụng công thức Snell để tính NA:
Tại điểm A, đối với tia 2:
Mà no = 1 , chiết suất của không khí
sin(90o - qc) = cosqc = = , vì sinqc =
Do đó:
NA = sinqmax =
Trong đó : Với , độ lệch chiết suất tương đối
ý nghĩa NA: Ta phải hội tụ một chùm sáng để bơm vào sợi quang với 1 nón ánh sáng Ê 2NA. Nếu ta không hội tụ tốt nghĩa là nón ánh sáng > 2NA thì những phần nằm ngoài NA đó không truyền được trong sợi quang.
Các tia sáng chạy với các đường đi dích zắc khác nhau từ đầu sợi tới cuối sợi sẽ có độ dài các đường đi khác nhau. Nên các tia sáng thành phần có thời gian lan truyền tới cuối sợi là khác nhau bới vì chiết suất trong một sợi có chiết suất là n1 = const nên vận tốc lan truyền của các tia là như nhau:
n = = const (*)
Xét tia đi song song với trục sợi có độ dài đường đi là ngắn nhất và tia phản xạ toàn phần có độ dài đường đi là lớn nhất thì thời gian chênh lệch giữa hai tia này là lớn nhất:
Dtmax = - .
Thay (*) vào ta có:
Dtmax = =
Độ lệch thời gian trên 1 km sợi là:
= =
Độ lệch thời gian giữa các tia thành phần tỷ lệ thuận với độ mở NA (Khẩu độ số). Đối với sợi SI có độ mở NA lớn thì có độ lệch thời gian lớn dẫn tới hạn chế bằng tần truyền dẫn và tốc độ truyền dẫn nên cần chọn loại sợi có khẩu độ số NA càng nhỏ càng tốt.
Ngược lại, hiệu suất ghép ánh sáng từ nguồn bức xạ vào sợi quang tỉ lệ thuận với bình phương NA:
h(%) ằ 2 D =
Sợi quang đa mode có chiết suất biến đổi GI - MM (Graded Index - Multi Modes)
Chiết suất trong ruột sợi thay đổi theo bán kính còn vỏ sợi c...
Các khối chính của hệ thống thông tin quang :
So với hệ thống thông tin quang thông thường thì hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng có thêm bộ ghép kênh quang và phân kênh quang. Do đó bao gồm các khối sau :
Nguồn quang: thường là Diode phát quang LED và Diode Laser. Yêu cầu nguồn quang có phổ tín hiệu hẹp.
Bộ ghép kênh quang: có thể là bộ lọc Filler, bộ ghép Coupler hay là cách tử gratting.
Sợi quang.
Bộ lặp: để bù lại phần công suất đã bị suy hao trên quãng đường truyền.
Bộ phân kênh quang: giống như bộ ghép kênh quang.
Bộ tách sóng: yêu cầu độ nhạy cao.
Bộ khuyếch đại quang: trong các hệ thống có khoảng cách truyền dẫn xa như các tuyến trục quốc gia, quốc tế thì tín hiệu quang bị suy hao rất lớn nên cần có Bộ khuyếch đại.
Cụ thể các khối như sau:
Sợi quang:
Sợi dẫn quang có cấu trúc như là một ống dẫn sóng hoạt động ở dải tần số quang, như vậy nó có dạng hình trụ bình thường và có chức năng dẫn ánh sáng lan truyền theo hướng song song với trục của nó. Để đảm bảo được sự lan truyền của ánh sáng trong sợi, cấu trúc cơ bản của nó gồm một lõi hình trụ làm bằng vật liệu thuỷ tinh có chỉ số chiết suất n1 lớn hơn và bao quanh lõi là một vỏ phản xạ hình ống đồng tâm với lõi và có chiết suất n2
Có bốn thông số xác định cấu trúc của sợi quang đa mode là : Đường kính lõi sợi, đường kính lớp vỏ, khẩu độ số NA và dạng phân bố chiết suất khúc xạ. Tương phản với cấu trúc của các sợi quang đa mode, các sợi quang đơn mode được xác định bằng 3 thông số:Thông số trường mode,đường kính lớp vỏ&bước sóngcắt
Việc phân loại sợi dẫn quang phụ thuộc vào sự thay đổi thành phần chiết suất của lõi sợi. Có 3 loại sợi quang :
Sợi đa mode chỉ số chiết suất phân bậc: Loại sợi có chỉ số chiết suất đồng đều ở lõi sợi gọi là sợi có chỉ số chiết suất phân bậc (SI).
Sợi đa mode chỉ số chiết suất Gradien: Loại sợi có chỉ số chiết suất ở lõi giảm dần từ tâm lõi sợi ra tới tiếp giáp lõi và vỏ phản xạ gọi là sợi có chỉ số chiết suất Gradian. (GI)
Sợi đơn mode: Chỉ cho phép truyền một mode truyền hay chỉ một tia chạy song song với trục sợi. Sợi đơn mode thường có đường kính rất nhỏ. Xung ánh sáng đưa vào sợi đơn mode là xung rất hẹp thì ở đầu ra của sợi đơn mode nhận được xung bị biến đổi tương đối nhỏ hơn so với xung ra ở sợi đa mode.
Sợi đa mode: Cho phép nhiều mode truyền dẫn trên nó. Nếu đưa vào đầu vào của sợi một xung rất hẹp thì ở đầu ra của sợi đa mode xung bị biến dạng tương đối nhiều hơn so với sợ đơn mode. Sợ đa mode thường có đường kính ruột rất lớn.
ũ Phân loại sợi quang:
Phân loại theo vật liệu điện môi
* Sợi quang thạch anh
* Sợi quang bằng thuỷ tinh đa vật liệu
* Sợi quang bằng nhựa
Phân loại theo Mode truyền lan
* Sợi quang đơn mode
* Sợi quang đa mode
Phân loại theo phân bố chiết suất khúc xạ
* Sợi quang chiết suất bậc
* Sợi quang chiết suất biến đổi
Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang:
Cấu trúc chung của sợi quang gồm một lõi bằng thủy tinh có chiết suất lớn và một lớp bọc cũng bằng thủy tinh nhưng có chiết suất nhỏ hơn. Chiết suất của lớp bọc không đổi còn chiết suất của lõi, nói chung thay đổi theo bán kính (khoảng cách tính từ trục của sợi ra). Sự biến thiên chiết suất theo bán kính được viết dưới dạng tổng quát như sau:
n(r) = r Ê a (trong lõi) ; a
n1: chiết suất lớn nhất ở lõi.
n2: chiết suất lớp bọc.
: độ chênh lệch chiết suất.
r: khoảng cách tính từ trục sợi đến điểm tính chiết suất
a: bán kính lõi sợi
b: bán kính lớp bọc
g: số mũ quyết định dạng biến thiên; g ³ 1
Các giá trị thông dụng của g:
g = 1 : dạng tam giác
g = 2 : dạng parabol
g đ Ơ : dạng nhảy bậc
Sợi quang đa mode có chiết suất bậc SI - MM (Step Index - Multi Modes).
Với mỗi loại sợi được chế tạo thì giá trị NA cho trước cho biết khả năng truyền dẫn của sợi. Sự phản xạ toàn phần chỉ xảy ra đối với những tia sáng có góc tới ở đầu sợi nhỏ hơn góc giới hạn qmax. Sin của góc giới hạn này được gọi là khẩu độ số, ký hiệu là NA
NA = sinqmax
qmax là góc mở lý thuyết
NA: Khẩu độ số
áp dụng công thức Snell để tính NA:
Tại điểm A, đối với tia 2:
Mà no = 1 , chiết suất của không khí
sin(90o - qc) = cosqc = = , vì sinqc =
Do đó:
NA = sinqmax =
Trong đó : Với , độ lệch chiết suất tương đối
ý nghĩa NA: Ta phải hội tụ một chùm sáng để bơm vào sợi quang với 1 nón ánh sáng Ê 2NA. Nếu ta không hội tụ tốt nghĩa là nón ánh sáng > 2NA thì những phần nằm ngoài NA đó không truyền được trong sợi quang.
Các tia sáng chạy với các đường đi dích zắc khác nhau từ đầu sợi tới cuối sợi sẽ có độ dài các đường đi khác nhau. Nên các tia sáng thành phần có thời gian lan truyền tới cuối sợi là khác nhau bới vì chiết suất trong một sợi có chiết suất là n1 = const nên vận tốc lan truyền của các tia là như nhau:
n = = const (*)
Xét tia đi song song với trục sợi có độ dài đường đi là ngắn nhất và tia phản xạ toàn phần có độ dài đường đi là lớn nhất thì thời gian chênh lệch giữa hai tia này là lớn nhất:
Dtmax = - .
Thay (*) vào ta có:
Dtmax = =
Độ lệch thời gian trên 1 km sợi là:
= =
Độ lệch thời gian giữa các tia thành phần tỷ lệ thuận với độ mở NA (Khẩu độ số). Đối với sợi SI có độ mở NA lớn thì có độ lệch thời gian lớn dẫn tới hạn chế bằng tần truyền dẫn và tốc độ truyền dẫn nên cần chọn loại sợi có khẩu độ số NA càng nhỏ càng tốt.
Ngược lại, hiệu suất ghép ánh sáng từ nguồn bức xạ vào sợi quang tỉ lệ thuận với bình phương NA:
h(%) ằ 2 D =
Sợi quang đa mode có chiết suất biến đổi GI - MM (Graded Index - Multi Modes)
Chiết suất trong ruột sợi thay đổi theo bán kính còn vỏ sợi c...