Các phần tử quang điện trong thông tin quang
CHƯƠNG 1 6
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 6
1.1 Giới thiệu chung 6
1.1.1 Mô hình hệ thống thông tin quang 6
1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin quang 7
1.1.3 Ưu điểm của hệ thống thông tin quang 8
1.2 Sự phát triển của kỹ thuật thông tin quang 9
1.3 Phân loại các phần tử quang điện trong thông tin quang 12
1.3.1 Các phần tử thụ động 13
1.3.2 Các phần tử tích cực 14
CHƯƠNG 2 15
CÁC PHẦN TỬ QUANG THỤ ĐỘNG 15
2.1 Cơ sở vật lý chung cho các phần tử thụ động 15
2.1.1 Bản chất của ánh sáng 15
2.1.1.1 Tính chất hạt 15
2.1.1.2 Tính chất sóng 16
2.1.2 Một số đặc trưng của ánh sáng 16
2.1.2.1 Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng 17
2.1.2.2 Định luật Snell 18
2.1.2.3 Nguyên lý phản xạ Bragg 20
2.1.3 Hệ phương trình Maxwell 20
2.1.3.1 Phương trình sóng trong điện môi 20
2.1.3.2 Phân cực ánh sáng 22
2.2 Sợi quang 24
2.2.1 Cấu trúc sợi quang 24
2.2.2 Phân loại sợi quang 25
2.2.2.1 Sợi đơn mode(SM) 25
2.2.2.2 Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc(MM-SI) 26
2.2.2.3 Sợi đa mode chiết suất biến đổi (MM - GI) 27
2.2.3 Các tham số ảnh hưởng tới truyền lan trong sợi quang 28
2.2.3.1 Suy hao 28
2.2.3.2 Tán sắc 31
2.3 Coupler quang 36
2.3.1 Coupler 2x2 36
2.3.1.1 Cấu tạo 36
2.3.1.2 Nguyên lý hoạt động 37
2.3.2 Coupler hình sao thụ động (PSC) 38
2.4 Bộ lọc quang 39
2.4.1 Chức năng của các bộ lọc 39
2.4.2 Đặc điểm, tham số của bộ lọc 39
2.4.2.1 Dải phổ tự do FSR 39
2.4.2.2 Độ mịn của bộ lọc F 40
2.4.2.3 Suy hao xen và độ phẳng dải thông 40
2.4.3 Các loại bộ lọc quang 41
2.4.3.1 Bộ lọc cách tử nhiễu xạ 41
2.4.3.2 Bộ lọc cách tử Bragg sợi 43
2.4.3.3 Bộ lọc màng mỏng nhiều lớp 44
2.4.3.4 Bộ lọc Fabry-Perot 45
2.5 Bộ phân cực và ngăn cách tín hiệu 46
2.5.1 Đặc điểm, nguyên lý hoạt động của bộ phân cực 46
2.5.2 Bộ ngăn cách tín hiệu 47
2.5.3 Bộ Isolator và Circulator 47
2.6 Bộ bù tán sắc 48
2.6.1 Kỹ thuật bù tán sắc 49
2.6.1.1 Kỹ thuật bù sau 49
2.6.1.2 Kỹ thuật bù trước 49
2.6.2 Các thiết bị bù tán sắc 50
2.6.2.1 Sợi bù tán sắc 50
2.6.2.2 Bộ bù tán sắc bằng cách tử Bragg sợi chu kỳ biến đổi tuyến tính 51
CHƯƠNG 3 54
CÁC PHẦN TỬ TÍCH CỰC 54
54
3.1 Cơ sở vật lý chung của các phần tử tích cực 54
3.1.1 Các khái niệm vật lý bán dẫn 54
3.1.1.1 Các vùng năng lượng 54
3.1.1.2 Lớp tiếp giáp p-n 56
3.1.2 Các quá trình đặc trưng trong vật lý bán dẫn 58
3.1.2.1 Quá trình hấp thụ và phát xạ 58
3.1.2.2 Trạng thái đảo mật độ 59
3.2 Nguồn quang 60
3.2.1 Điốt phát quang. 61
3.2.1.1 Cấu trúc LED 61
3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của LED 61
3.2.1.3 Đặc tính của LED 63
3.2.1.4 Ứng dụng của LED 66
3.2.2 Laser bán dẫn 66
3.2.2.1 Cấu trúc Laser bán dẫn 66
3.2.2.2 Nguyên lý hoạt động của Laser bán dẫn 70
3.2.2.3 Đặc tính của Laser bán dẫn 73
3.2.3 Một số nguồn quang hiện đại 74
3.2.3.1 Laser hồi tiếp phân bố (DFB) và Laser phản hồi phân bố (DBR) 74
3.2.3.2 Laser với hốc cộng hưởng kép 76
3.2.3.3 Laser giếng lượng tử 77
3.2.3.4 Laser bán dẫn có thể điều chỉnh được 78
3.3 Bộ tách quang 80
3.3.1 Photodiode PIN 80
3.3.1.1 Cấu trúc của PIN 80
3.3.1.2 Nguyên lý hoạt động 81
3.3.1.3 Đặc tính của PIN 82
3.3.2 Photodiode quang thác APD 83
3.3.2.2 Nguyên lý hoạt động 84
3.3.2.3 Đặc trưng của APD 85
3.3.3 Các bộ tách quang hiện đại 86
3.3.3.1 APD sử dụng giếng lượng tử 87
3.3.3.2 Detector sử dụng cấu trúc nhiều giếng lượng tử (MQW) 88
3.4 Bộ khuếch đại 89
3.4.1 Bộ khuếch đại quang bán dẫn. 90
3.4.1.1 Cấu trúc bộ SOA 90
3.4.1.2 Các thông số của bộ khuếch đại SOA 90
3.4.2 Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp đất hiếm 92
3.4.2.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của bộ EDFA 93
Hình 3.36 Cấu trúc điển hình của bộ khuếch đại quang sợi EDFA. 93
3.4.2.2 Đặc tính của bộ EDFA 94
3.5 Bộ chuyển đổi bước sóng 96
3.5.1 Bộ chuyển đổi bước sóng quang điện 96
3.5.2 Bộ chuyển đổi bước sóng dùng cách tử quang 97
3.5.3 Bộ chuyển đổi bước sóng dùng bộ trộn sóng 97
KẾT LUẬN 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO 100
27 trang |
Chia sẻ: banmai | Lượt xem: 3064 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Các phần tử quang điện trong thông tin quang, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Giáo viên hướng dẫn : TS. Bùi Trung Hiếu Đề tài : Sinh viên : Đoàn Thị Mỹ Hạnh Lớp : D2001VT Chuyên ngành viễn thông Hà nội 11-2005 Nội dung đồ án Tổng quan về hệ thống thông tin quang Các phần tử thụ động Các phần tử tích cực Kết luận Tổng quan về hệ thống thông tin quang Mô hình chung cho một hệ thống thông tin quang Tổng quan về hệ thống thông tin quang Phân loại các phần tử trong hệ thống thông tin quang Các phần tử thụ động 1. Sợi quang Các phần tử tích cực 1. Nguồn quang 2. Coupler quang 3. Bộ lọc quang 4. Cách ly quang 5. Bộ bù tán sắc 2. Bộ tách quang 3. Bộ khuếch đại quang 4. Chuyển đổi bước sóng Các phần tử thụ động Đặc điểm của các phần tử thụ động Phần tử thụ động hoạt động không cần nguồn kích thích, nó chỉ đơn thuần biến đổi tín hiệu trong miền quang mà không có sự chuyển đổi sang miền điện. Nguyên lý hoạt động của các phần tử thụ động chủ yếu dựa vào cấu trúc quang hình của chúng và tuân theo các định luật, nguyên lý truyền ánh sáng. Coupler quang Chức năng của coupler quang Sử dụng để tách hoặc ghép tín hiệu ánh sáng đầu vào hay đầu ra. Các tín hiệu này được phân chia theo công suất. Một số loại coupler quang Coupler 2x2 Coupler hình sao thụ động NxN Bộ lọc quang có nhiều chức năng khác nhau Bộ lọc quang Các loại bộ lọc Bộ lọc cách tử nhiễu xạ Bộ lọc cách tử Bragg sợi Bộ lọc màng mỏng nhiều lớp Bộ lọc Fabry-Perot Bộ bù tán sắc Chức năng của bộ bù tán sắc Khắc phục lại độ rộng xung tín hiệu bị dãn do hiện tượng tán sắc khi truyền dẫn trong sợi Sợi bù tán sắc Cách tử Bragg sợi chu kỳ biến đổi tuyến tính Các phần tử bù tán sắc Giảm vận tốc nhóm sẽ giảm độ chênh lệch về thời gian truyền giữa các thành phần tín hiệu truyền trong sợi Cơ sở cho việc bù tán sắc Nội dung Tổng quan về hệ thống thông tin quang Các phần tử thụ động Các phần tử tích cực Kết luận Các phần tử tích cực Đặc điểm của phần tử tích cực Phần tử tích cực hoạt động cần phải có nguồn nuôi, nhờ các nguồn này mà phần tử tích cực có thể biến đổi tín hiệu cần xử lý. Nguyên lý hoạt động của các phần tử tích cực chủ yếu dựa vào cơ sở vật lý bán dẫn và các định luật ánh sáng Nguồn quang Chức năng của nguồn quang Các loại nguồn quang Điốt phát quang (LED) Laser bán dẫn (Laser Diode – LD) Biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang LED (Light Emitted Diode) Dựa hiệu tượng tái hợp các điện tử và lỗ trống ở vùng tích cực để phát xạ ra photon. LED (Light Emitted Diode) Phát xạ tự phát Ánh sáng không kết hợp Công suất phát xạ thấp, phổ rộng và hiệu ứng lưọng tử thấp. Cấu trúc LD Cấu trúc dị thể kép Hộp cộng hưởng tạo ra từ hai gương phản xạ hai bên. B¬m dßng KhuÕch ®¹i E2 E1 E2 E1 E2 E1 HÊp thô Ph¸t x¹ tù ph¸t Ph¸t x¹ kÝch thÝch Håi tiÕp Nguyên lý hoạt động Laser hồi tiếp phân bố (DFB) Laser phản hồi phân bố (DBR) Laser hốc cộng hưởng kép Laser giếng lượng tử Một số loại Laser đơn mode Vai trò của bộ tách quang Các bộ tách quang Photodiode PIN Photodiode quang thác APD Chuyển đổi tín hiệu quang thu được sang tín hiệu điện Một số bộ tách quang hiện đại Nguyên lý hoạt động Ban đầu photon đưa tới bề mặt PIN sẽ có sự hấp thụ và sinh ra cặp điện tử lỗ trống. Khi có điện trường đặt vào linh kiện, sẽ có sự chuyển rời các điện tích về hai cực tạo ra dòng điện ở mạch ngoài, dòng điện này được gọi là dòng quang điện Cấu tạo của APD Một số bộ tách quang hiện đại Bộ tách quang loại APD sử dụng giếng lượng tử Bộ tách quang sử dụng nhiều giếng lượng tử Các bộ tách này đều hoạt động theo kiểu của APD nhưng có các giếng lượng tử nhằm làm thay đổi tỷ số giữa hệ số iôn hóa điện tử và lỗ trống Chức năng của bộ khuếch đại quang Khắc phục các mất mát tín hiệu khi truyền dẫn qua quãng đường dài Các bộ khuếch đại quang Bộ khuếch đại quang bán dẫn (SOA) Bộ khuếch đại quang pha tạp đất hiếm (EDFA) Cấu trúc bộ SOA Nguyên lý hoạt động Hoạt động của SOA dựa trên hoạt động của Laser bán dẫn, khuếch đại diễn ra trước khi có ngưỡng phát xạ của Laser Cấu trúc bộ EDFA Nguyên lý hoạt động Dựa vào phát xạ kích thích và đặc tính của iôn Er. Ánh sáng đưa tới sẽ kích thích iôn Er phát xạ các photon có cùng bước sóng, hướng và pha với photon tín hiệu vào. Do đó khuếch đại tín hiệu Nội dung đồ án Tổng quan về hệ thống thông tin quang Các phần tử thụ động Các phần tử tích cực Kết luận Các phần tử quang điện là các thành phần cấu thành nên một hệ thống thông tin quang hoàn chỉnh. Công nghệ càng phát triển thì các phần tử càng có khả năng ứng dụng nhiều hơn và thực hiện được nhiều chức năng trong hệ thống hơn. Do khả năng tìm hiểu còn hạn chế nên đồ án mới trình bày được một số phần tử cơ bản. Em mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn để đồ án hoàn thiện hơn.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bao cao doan_hanh.ppt
