TTQ1 Chuong 1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI GIẢNGBÀI GIẢNG

KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANGKỸ THUẬT THÔNG TIN QUANGFundamental of Optical Fiber Communications

Giảng viên: Th.S Đỗ Văn Việt Em – Th.S Phạm Quốc HợpBộ môn: Thông Tin Quang – Khoa Viễn thông 2ộ g Q g gEmail: [email protected], [email protected]

KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀTỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG

www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢPBỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 2

NỘI DUNG CHƯƠNG 1

• Lịch sử phát triểnLịch sử phát triển• Mô hình chung của hệ thống TTQ• Một số vấn đề về quang vật lý trong TTQ• Một số vấn đề về quang vật lý trong TTQ


Lịch Sử Phát Triển

• 1790: Claude Chappe (Pháp)Điện báo quang200km trong vòng 15 phút

• 1870: John Tyndall (Anh)ể ẫChứng minh ánh sáng có thể dẫn theo vòi nước bị uốn

congĐịnh luật phản xạ toàn phầnĐịnh luật phản xạ toàn phần

• 1880: Alexander Graham Bell (Mỹ)Photophone: không thành côngPhotophone: không thành côngCần phải có một môi trường dẫn ánh sáng thích hợp



• 1934: Norman R.French (Mỹ)Nhận bằng sáng chế về hệ thống thông tin quangDùng thanh thủy tinh để truyền ánh sángMôi trường truyền ánh sáng thích hợp

1958 A S h l à Ch l H T (Mỹ)• 1958: A. Schawlow và Charles H.Townes (Mỹ)Xây dựng và phát triển laserỨng dụng trong nhiều lĩnh vực: y học quân sựỨng dụng trong nhiều lĩnh vực: y học, quân sự …Nguồn quang dùng trong thông tin quang

• 1966: Charles H Kao và George A Hockham (Mỹ)• 1966: Charles H.Kao và George A. Hockham (Mỹ)Dùng sợi thủy tinh để truyền dẫn ánh sángSuy hao lớn ( > 1000dB/km)Suy hao lớn ( > 1000dB/km)



• 1970: Hãng Corning Glass Work (Mỹ)Chế tạo sợi SI có suy hao < 20dB/km, tại λ=633nmThông tin quang ra đời

• 1972: Sợi GI được chế tạo có suy hao 4 dB/km• 1983: Sợi đơn mode (SM) được chế tạo

Sợi quang SM được sử dụng phổ biến ngày nay có suy hao 0 2 dB/km tại λ=1550nmhao ~0.2 dB/km tại λ=1550nm


Mô Hình Chung Của Hê Thống TTQ

• Sơ đô khối cơ bản, gồm có:Bộ phát quang (E/O)Bộ thu quang (O/E)Môi trường truyền dẫn là cáp sợi quang.



• Chức năng chính các khốiKhối E/O: điều chê tín hiệu điện thành tín hiệu quangKhối O/E: tách tín hiệu quang thành tín hiệu điện.Cáp sợi quang: môi trường truyền dẫn tín hiệu quang tư đầu phát đến đầu thuđầu phát đến đầu thu.



• Trạm lặp (repeater)Khuếch đại tín hiệu bị suy yếu do suy hao trên sợi quangTrạm lặp làm việc theo nguyên ly : quang – điện – quang(O – E – O)

N ài đê kh ế h đ i tí hiệ ò ó thê ưNgoài ra, đê khuếch đại tín hiệu quang còn có thê sưdụng các bô khuếch đại quang (Optical Amplifier). Bô khuếch đại quang làm việc trong miền quang.



• Nguyên tắc truyền tin:Tín hiệu truyền có tần sô trong miền quang.Có thê truyền hai hướng trên một sợi quang. Thôngthường sư dụng 2 sợi quang cho một tuyến va chỉ truyền một hướng trên 1 sợi quang.truyền một hướng trên 1 sợi quang.



• Ưu điểm của hệ thống TTQ:Suy hao thấpDải thông rộngTrọng lượng nhẹ, kích thước nhỏH à t à á h điệHoàn toàn cách điệnKhông bị can nhiễu của trường điện từXuyên âm giữa các sợi quang không đáng kểXuyên âm giữa các sợi quang không đáng kểTính bảo mật caoVật liệu chế tạo có nhiều trong tự nhiênậ ệ ạ g ự



• Nhược điểm của hệ thống TTQ:Vấn đề biến đổi quang điện.Hàn nối, đo thử sợi quang đòi hỏi thiết bị chuyên dụng đắt tiền.An toàn lao độngAn toàn lao động.


Một Số Vấn Đề Về Quang Vật Lý

• Các khái niệm chung:Tần số:

• Ký hiệu: f • Đơn vị: Hz (Hertz), hay cps (cycle per second)

» Theo thời gian: T - chu kỳ (s), f = 1/T - tần số (Hz)

TA λA

t (s) z (m)

(a) (b)



• Các khái niệm chung (tt):Bước sóng:

• Ký hiệu: λ• Đơn vị: m

» Theo không gian: λ - bước sóng (m)fC

=λ

TA λA

f

t (s) z (m)

(a) (b)


( ) (b)


• Ánh sáng có hai tính chất:Tính chất sóng: ánh sáng là sóng điện từ

Tính chất hạt: ánh sáng bao gồm nhiều hạt photon có năng lượng Enăng lượng E

» E = hf hay ( ) (eV)μmλ1,24

E = ( )μmλ



• Phổ sóng điện từ:



• Phổ sóng điện từ (tt):Ánh sáng thấy được chiếm dải phổ từ 380nm (tím) đến 780 (đỏ)780nm (đỏ)

Ánh sáng dùng trong thông tin quang nằm trong vùngÁnh sáng dùng trong thông tin quang nằm trong vùng cận hồng ngoại (near-infrared) (800nm-1600nm) không thấy được

3 vùng bước sóng (cửa sổ bước sóng) được sử dụng trong thông tin quang: 850 nm 1300 nm và 1550 nmtrong thông tin quang: 850 nm, 1300 nm và 1550 nm



• Một số định luật quang cơ bản:Chiết suất của môi trường: n = C/v

C: vận tốc ánh sáng trong chân không, C = 3.108 m/s v: vận tốc ánh sáng trong môi trường đang xét

Chiết suất của một vài môi trường thông dụng:• Không khí: n = 1,00029 ≈ 1,0

Nướ 4/3 1 33• Nước: n = 4/3 ≈1,33• Thủy tinh: n = 1,48



• Một số định luật quang cơ bản (tt):Ðịnh luật phản xạ ánh sáng:

• Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới• Góc phản xạ bằng góc tới (θ1

' = θ1)

Tia tớiTia phản xạ

Môi trường 1

Môi trường 2

n1

n2

1

2

1'

2

Tia khúc xạ



• Một số định luật quang cơ bản (tt):Ðịnh luật khúc xạ ánh sáng:

• Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.• Góc khúc xạ và góc tới liên hệ nhau theo công thức Snell:

» n1sinθ1 = n2sinθ2

Tia tớiTia phản xạ

Tia tới

Môi trường 1n1

1 1'

Môi trường 2n22

Tia khúc xạ



• Một số định luật quang cơ bản (tt):Phản xạ toàn phần (total reflection):

• Toàn bộ tia tới quay trở lại môi trường tới.• Điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần:

» n1 > n2là ó iới h i /

1 2

» θ1 > θcθc là góc giới hạn; sinθc = n2 / n1



• Một số định luật quang cơ bản (tt):Khi xảy ra hiện tượng pxtp, năng lượng ánh sáng được bả à h h ớ ềbảo toàn theo hướng truyền

» Ứng dụng trong chế tạo sợi quang và truyền ánh sáng qua sợi quang


Documents

TTQ1 Chuong 1