Đồ án ghép kênh quang phân chia theo thời gian otdm

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP PHÚC YÊN

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI GHÉP KÊNH QUANG PHÂN CHIA THEO

THỜI GIAN OTDM

Giảng viên hướng dẫn : ThS TÔ VĂN TUẤN

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THỊ DUYÊN

Lớp : CCK02- ĐT1

Khoá : 2007- 2010

Vĩnh Phúc, tháng 05 năm 2010

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP PHÚC YÊN

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI GHÉP KÊNH QUANG PHÂN CHIA THEO

THỜI GIAN OTDM

Giảng viên hướng dẫn : ThS TÔ VĂN TUẤN

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THỊ DUYÊN

Lớp : CCK02- ĐT1

Khoá : 2007- 2010

Vĩnh Phúc, tháng 05 năm 2010

MỤC LỤC

...............................................................................................................................Trang

LỜI NÓI ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

CHƯƠNG I. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG.....................1

1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin quang..............................................................1

1.2. Sơ đồ khối của hệ thống thông tin quang............................................................3

1.2.1. Chức năng các khối.........................................................................................3

1.2.2. Các tham số cơ bản của hệ thống thông tin quang...........................................3

CHƯƠNG II. CÁP SỢI QUANG...............................................................................5

2.1. Cấu tạo và phân loại cáp sợi quang.....................................................................5

2.1.1. Cấu tạo cáp sợi quang......................................................................................5

2.1.2. Phân loại sợi quang..........................................................................................5

2.2 Cở sở lý thuyết truyền dẫn ánh sáng....................................................................6

2.2.1 Cơ sở lý thuyết..................................................................................................7

2.2.2. Khẩu điều chế số..............................................................................................8

2.2.3. Lý thuyết mode sóng.....................................................................................10

2.3. Các đặc trưng suy hao của sợi quang................................................................11

2.3.2. Phổ suy hao....................................................................................................12

2.3.3. Đặc tính tán sắc của sợi quang.......................................................................14

CHƯƠNG III. NGUỒN PHÁT QUANG.................................................................17

3.1. Nguyên lý bức xạ ánh sáng của chất bán dẫn...................................................17

3.1.1. Nguyên lý bức xạ ánh sáng............................................................................17

3.1.2. Các chất bán dẫn dùng để chế tạo nguồn phát quang.....................................19

3.2 Phân loại nguồn phát quang...............................................................................21

3.3. Diode phát quang (LED)..................................................................................22

3.3.1. LED phát xạ mặt............................................................................................22

3.3.2. LED phát xạ cạnh..........................................................................................24

3.3.3. Các đặc trưng kỹ thuật của LED....................................................................24

3.4. LASER (Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation).........26

3.4.1. Cấu trúc và nguyên tắc làm việc....................................................................26

3.4.2. Một số loại laser được sử dụng......................................................................27

3.4.2.1. Laser đa mode Fabry_Pero (F_P)...............................................................27

3.4.2.2. LASER đơn mode.......................................................................................28

3.4.3. Các đặc trưng của laser..................................................................................30

CHƯƠNG IV. NGUỒN THU QUANG....................................................................33

4.1. Khái quát về nguồn thu quang..........................................................................33

4.2. Photo diode P-N...............................................................................................33

4.2.1. Cấu tạo và nguyên tắc tách sóng quang của photo diode P-N........................33

4.1.3. Các đặc tính kỹ thuật của photo diode P- N...................................................34

4.3. Photo diode PIN...............................................................................................36

4.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc.......................................................................36

4.3.2. Tham số kỹ thuật của PIN..............................................................................37

4.4. Photo diode thác APD......................................................................................38

4.4.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc.......................................................................38

4.4.2. Các tham số kỹ thuật của APD......................................................................40

CHƯƠNG V. GHÉP KÊNH QUANG PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN...........42

5.1. Tổng quan về hệ thống ghép kênh phân chia theo thời gian OTDM.................42

5.1.1. Nguyên lý ghép kênh trong hệ thống OTDM................................................42

5.1.2 Phát tín hiệu trong hệ thống OTDM...............................................................43

5.2 Giải ghép và xen rẽ kênh trong hệ thống OTDM...............................................44

5.2.1 Giải ghép........................................................................................................44

5.2.2. Xen rẽ kênh....................................................................................................47

5.2.3 Đồng bộ quang trong hệ thống OTDM...........................................................48

5.3. Đặc tính truyền dẫn của OTDM........................................................................49

5.4. Bộ khuếch đại sợi quang pha trộn ERBIUM (EDFA)......................................50

5.4.1 Các cấu trúc EDFA.........................................................................................50

5.4.2. Lý thuyết khuếch đại trong EDFA.................................................................52

5.4.3. Yêu cầu đối với nguồn bơm...........................................................................55

5.4.4. Phổ khuếch đại..............................................................................................58

5.5. Kết luận chương...............................................................................................60

KẾT LUẬN................................................................................................................61

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................62

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

BẢNG:

BẢNG 2.1: Bảng kích thước hình học và độ chênh chiết suất ∆ của một số loại

sợi quang chế tạo từ thủy tinh thạch anh

BẢNG 3.1: So sánh ELED và SLED

BẢNG 4.1: Các tham số kỹ thuật của photo diode PIN

BẢNG 4.2: Các thông số kỹ thuật APD

BẢNG 5.1: Bảng tóm tắt các phương pháp ghép kênh OTDM

BẢNG 5.2: So sánh hai mức bơm 980nm và 1480nm

BẢNG 5.3: Bảng so sánh EDFA hoạt động trong băng C và L

HÌNH:

HÌNH 1.1: Sơ đồ khối của hệ thống thông tin quang

HÌNH 2.1: Hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng

HÌNH 2.2: Truyền ánh sáng trong sợi quang

HÌNH 2.3: Khẩu điều chế số

HÌNH 2.4: Phổ suy hao của sợi quang

HÌNH 2.4: Đồ thị biểu diễn đặc tính tán sắc của sợi quang

HÌNH 3.1: Dải cấm năng lượng trực tiếp

HÌNH 3.2: Dải cấm năng lượng gián tiếp

HÌNH 3.3: Cấu tạo của LED phát xạ mặt

HÌNH 3.4: Cấu trúc LED phát xạ cạnh

HÌNH 3.5: a) Bức xạ tự phát

HÌNH 3.5: b) bức xạ kích thích

HÌNH 3.6: Cấu trúc của bộ lọc ngoài

HÌNH 3.7: Đồ thị phổ bức xạ của LASER

HÌNH 4.1: Đường cong độ nhạy R và hiệu suất lượng tử

HÌNH 4.2: Cấu tạo của photo diode quang

HÌNH 4.3: Cấu tạo của diode thác APD

HÌNH 5.1: Sơ đồ hệ thống thông tin quang sử dụng kỹ thuật OTDM ghép 4

kênh quang

HÌNH 5.2: Nguyên lý của bộ ghép kênh thời gian (DEMUX) sử dụng chuyển

mạch phân cực quang

HÌNH 5.3: Cấu hình PLL quang để trích lấy clock

HÌNH 5.4: Cấu trúc tổng quát của một bộ khuếch đại EDFA

HÌNH 5.5: Mặt cắt ngang của một sợi quang ion Erbium

HÌNH 5.6: Giản đồ năng lượng của ion Er3+

HÌNH 5.7: Phổ hấp thụ và phổ độ lợi

HÌNH 5.8: Quá trình khuếch đại tín hiệu xảy ra với 2 bước sóng bơm

980nm và 1480nm.

HÌNH 5.9: Cấu hình bộ khuếch đại EDFA được bơm kép

CÁC TỪ VIẾT TẮT

APD Avalanche Photo Diode Điốt tách sóng thác

APS Automatic Protection Switching Cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động

AS Absortion Spectrum Phổ hấp thụ

BUF Bandwidth Utilization Factor Hệ số sử dụng băng thông

CLP Counterdirectional Pumping Bơm ngược

CP Condirectional Pumping Bơm thuận

CR Coupling Ratio Tỉ số ghép

D Directivity Tính dịnh hướng

DH Double-Heterojunction Dị thể ghép cấu trúc

DP Dual Pumping Bơm hai chiều

DSF Dispersion shifted Fiber Sợi quang dịch chuyển vị trí tán sắc

EDF Erbium –Doped Fiber Sợi quang pha ion đất hiếm Erbium

EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi

EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi pha trộn

Erbium

FBGF Flouride-Based Glass Fiber Sợi thủy tinh Flouride

FBT Fuset Bin conicaljager Coupler thông dụng

GI Gradexindex Sợi quang chiết suất biến đổi Gradien

GS Gain Spectrum Phổ độ lợi

IL Insertion Loss Suy hao xen

ISI Inter symbol Interference Sự giao thoa giữa các kí hiệu

LD Laser Diode Điốt Lase

LED Light Emitting Diode Đi ốt phát quang

LW Linewidth Độ rộng kênh truyền

MaD Material Dispersion Tán sắc vật liệu

MB Mestable Bend Vùng giả bến

MGF Multicomponent Glass Fiber Sợi quang thủy tinh đa vật liệu

MM-GI Multimode Gradexindex Sợi quang đa mode biến đổi Gradien