THUY T TRÌNH QUANG I N TẾ Đ Ệ Ử
KH O SÁTẢ
LINH KI N C A H TH NG THÔNG TIN QUANGỆ Ủ Ệ Ố
GVHD: Th yầ giáo Hoàng Phú An
Phó trư ngở khoa iĐ nệ - iĐ nệ t ử
SVTH:
1. V V n Tài ũ ă 4. Nguy nễ Th Kiị uề
2. Nguy n Duy Thìn ễ 5. Ngô Ti nế Huân
3. Nguy n V nTrungễ ă

Khái niệm về kỹ thuật ghép kênh phân
chia theo bước sóng -WDM


Hình 6.3. M t ngu n quang n s d ng m t ph n r t nh b ng ộ ồ đơ ử ụ ộ ầ ấ ỏ ă
truy n d n c a ph có s n c a s i quang ghép kênh phân chia theo ề ẫ ủ ổ ẵ ủ ợ
b c sóng (WDM) t o ra r t nhi u kênh ph s d ng ng th i.ướ ạ ấ ề ổ ử ụ đồ ờ

Khái niệm về kỹ thuật ghép kênh phân
chia theo bước sóng -WDM

Hình 6.4. H th ng WDM n h ng k t h p N tín hi u c l p truy n ệ ố đơ ướ ế ợ ệ độ ậ để ề
trên 1 s i quang n.ợ đơ
•
Trong hình trên, linh ki n WDM n h ng c s ệ đơ ướ đượ ử
d ng k t h p các b c sóng mang tín hi u khác nhau ụ để ế ợ ướ ệ
trên m t s i quang n t i m t u và tách chúng vào b ộ ợ đơ ạ ộ đầ để ộ
tách quang thích h p t i u kia.ợ ạ đầ

Khái niệm về kỹ thuật ghép kênh phân

chia theo bước sóng -WDM

Hình 6.5. H th ng WDM hai h ng, trong ó, hai b c sóng ho c nhi u ệ ố ướ đ ướ ặ ề
h n c truy n ng th i trong các h ng ng c nhau trên cùng m t s i ơ đượ ề đồ ờ ướ ượ ộ ợ
quang.
•
S này g m vi c g i tin t c trong m t h ng t i m t ơ đồ ồ ệ ử ứ ộ ướ ạ ộ
b c sóng 1 và ng th i trong h ng ng c l i t i ướ λ đồ ờ ướ ượ ạ ạ
b c sóng 2.ướ λ

Khái niệm về kỹ thuật ghép kênh phân
chia theo bước sóng -WDM
B l c quang b ng các linh ki n tán s c (hay b ghép kênh tán ộ ọ ằ ệ ắ ộ
s c c nh)ắ ạ


Hình 6.6. S bi u di n m t ph n t WDM tán s c c nh cho 3 b c sóng. Nhi u ơ đồ ể ễ ộ ầ ử ắ ạ ướ ề
b c sóng có th k t h p ho c phân chia v i lo i linh ki n này.ướ ể ế ợ ặ ớ ạ ệ
•
Khi linh ki n s d ng nh m t b ph n kênh, ánh sáng t s i quang i ệ ử ụ ư ộ ộ ậ ừ ợ đ
ra c chu n tr c b ng th u kính L1 (g i là th u kính chu n tr c) đượ ẩ ự ằ ấ ọ ấ ẩ ự
và i qua ph n t tán s c c nh và nó c phân chia thành các kênh có đ ầ ử ắ ạ đượ
b c sóng i vào các chùm tia có nh h ng không gian khác nhau. Th u ướ đ đị ướ ấ
kính L2 (th u kính h i t ) s h i t các tia u ra vào các s i quang thu ấ ộ ụ ẽ ộ ụ đầ ợ
thích h p ho c các b tách quang thích h p.ợ ặ ộ ợ

Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng
quang (WDM)
Ghép/tách tín hi uệ
Hình 6.10. S ch c n ng h th ng WDMơ đồ ứ ă ệ ố


Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng
quang (WDM)
–
Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn
sáng khác nhau thành một luồng tín hiệu ánh
sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang. Tách
tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng
hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại
mỗi cổng đầu ra bộ tách. Hiện tại đã có các bộ
tách/ghép tín hiệu WDM như: bộ lọc màng mỏng
điện môi, cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, linh
kiện quang tổ hợp AWG, bộ lọc Fabry-Perot
–
Khi dùng bộ tách/ghép WDM, ta phải xét các tham
số như: khoảng cách giữa các kênh, độ rộng băng
tần của các kênh bước sóng, bước sóng trung
tâm của kênh, mức xuyên âm giữa các kênh, tính
đồng đều của kênh, suy hao xen, suy hao phản xạ,
xuyên âm đầu gần đầu xa

Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng
quang (WDM)
Truy n d n tín hi uề ẫ ệ
•
Quá trình truy n d n tín hi u trong s i quang ch u s ề ẫ ệ ợ ị ự
nh h ng c a nhi u y u t : suy hao s i quang, tán ả ưở ủ ề ế ố ợ
s c, các hi u ng phi tuy n, v n liên quan n ắ ệ ứ ế ấ đề đế
khu ch i tín hi u M i v n k trên u ph ế đạ ệ ỗ ấ đề ể đề ụ
thu c r t nhi u vào y u t s i quang (lo i s i quang, ộ ấ ề ế ố ợ ạ ợ

ch t l ng s i ) ấ ượ ợ
•
Khu ch i tín hi uế đạ ệ
•
Có ba ch khu ch i: khu ch i công su t, ế độ ế đạ ế đạ ấ
khu ch i ng và ti n khu ch i. ế đạ đườ ề ế đạ
•
Thu tín hi u ệ
•
Thu tín hi u trong các h th ng WDM c ng s d ng các ệ ệ ố ũ ử ụ
b tách sóng quang nh trong h th ng thông tin quang ộ ư ệ ố
thông th ng: PIN, APD.ườ

Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng
quang (WDM)
Phân lo i h th ng WDMạ ệ ố


Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng
quang (WDM)
u nh c i m c a 2 h th ng trênƯ ượ đ ể ủ ệ ố
•
H th ng WDM v c b n chia làm hai lo i: h th ng ệ ố ề ơ ả ạ ệ ố
n h ng và song h ng. H th ng n h ng ch đơ ướ ướ ệ ố đơ ướ ỉ
truy n theo m t chi u trên s i quang. Do v y, truy n ề ộ ề ợ ậ để ề
thông tin gi a hai i m c n hai s i quang. H th ng ữ đ ể ầ ợ ệ ố
WDM song h ng, ng c l i, truy n hai chi u trên m t ướ ượ ạ ề ề ộ
s i quang nên ch c n 1 s i quang có th trao i ợ ỉ ầ ợ để ể đổ
thông tin gi a 2 i m.ữ đ ể
•

Xét v dung l ng, h th ng n h ng có kh n ng ề ượ ệ ố đơ ướ ả ă
cung c p dung l ng cao g p ôi so v i h th ng song ấ ượ ấ đ ớ ệ ố
h ng. Ng c l i, s s i quang c n dùng g p ôi so ướ ượ ạ ố ợ ầ ấ đ
v i h th ng song h ng.ớ ệ ố ướ
•
Khi s c t cáp x y ra, h th ng song h ng không ự ố đứ ả ệ ố ướ
c n n c ch chuy n m ch b o v t ng APS ầ đế ơ ế ể ạ ả ệ ự độ
(Automatic Protection-Switching) vì c hai u c a liên ả đầ ủ
k t u có kh n ng nh n bi t s c m t cách t c th i.ế đề ả ă ậ ế ự ố ộ ứ ờ

Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng
quang (WDM)
Các linh ki n trong ki n trong h th ng WDMệ ệ ệ ố
•
Các linh ki n c s d ng trong các m ng quang hi n ệ đượ ử ụ ạ ệ
i bao g m đạ ồ
•
các b ghép/tách (couplers)ộ
•
b phát laser (lasers)ộ
•
b tách quang (photodetectors)ộ
•
b khu ch i quang (optical amplifiers)ộ ế đạ
•
b chuy n m ch quang (optical switches)ộ ể ạ
•
b l c (filters) ộ ọ
•
b ghép/tách kênh (multiplexers). ộ


Bộ ghép/tách tín hiệu (Coupler)
nh ngh aĐị ĩ
B ghép/tách tín hi u (Coupler) là thi t b quang dùng k t ộ ệ ế ị để ế
h p các tín hi u truy n n t các s i quang khác nhau. ợ ệ ề đế ừ ợ
N u coupler ch cho phép ánh sáng truy n qua nó theo m t ế ỉ ề ộ
chi u, ta g i là coupler có h ng (directional coupler). N u ề ọ ướ ế
nó cho phép ánh sáng i theo 2 chi u, ta g i là coupler song đ ề ọ
h ng (bidirectional coupler).ướ
Hình 6.13. C u t o coupler FBT 2 x 2ấ ạ Hình 6.14. Coupler hình sao v i 8 ngõ ớ
vào và 8 ngõ ra

Bộ ghép/tách tín hiệu (Coupler)
•
Nguyên lý ho t ngạ độ
Khi hai s i quang c t c nh nhau, ánh sáng s c ghép t ợ đượ đặ ạ ẽ đượ ừ
s i này sang s i kia và ng c l i. Ðó là do quá trình truy n m t ánh sáng ợ ợ ượ ạ ề ố
trên s i quang qua vùng ghép s khác so v i truy n trên s i quang n. ợ ẽ ớ ề ợ đơ
Khi ó, toàn b ánh sáng thu c m t s i quang s c ghép hoàn toàn đ ộ ộ ộ ợ ẽ đượ
sang s i quang ghép v i nó, ph n ánh sáng này l i ti p t c c ghép ợ ớ ầ ạ ế ụ đượ
ng c tr l i sang s i quang ban u theo m t chu k tu n hoàn ượ ở ạ ợ đầ ộ ỳ ầ
khép kín. K t qu ta có c ng tr ng i n t u ra c a ế ả ườ độ ườ đ ệ ừ ở đầ ủ
b ghépộ
•
ng d ngỨ ụ
- B coupler v i t s ghép 1 c dùng trích m t ph n nh ộ ớ ỉ ố α ≈ đượ để ộ ầ ỏ
tín hi u quang, ph c v cho m c ích giám sát.ệ ụ ụ ụ đ
- Coupler còn là b ph n c b n t o nên các thành ph n quang khác, ộ ậ ơ ả để ạ ầ
ch ng h n nh : các b chuy n m ch t nh, các b i u ch , b ẳ ạ ư ộ ể ạ ĩ ộ đ ề ế ộ
giao thoa

- Th c hi n ghép/tách b c sóng trên s i quang. Coupler 2 x 2 ghép ự ệ ướ ợ
50:50 phân b công su t ánh sáng t m t u vào ra làm 2 ph n b ng ố ấ ừ ộ đầ ầ ằ
nhau 2 ngõ ra. Coupler này còn c g i là coupler 3 dB, ng d ng ở đượ ọ ứ ụ
ph bi n nh t. ổ ế ấ

Bộ isolator/circulator
•
Isolator là thi t b không thu n ng c (nonreciprocal). Nó ế ị ậ ượ
ch truy n ánh sáng qua nó theo m t chi u và ng n không cho ỉ ề ộ ề ă
truy n theo chi u ng c l i. Nó c dùng t i u ra c a ề ề ượ ạ đượ ạ đầ ủ
các thi t b quang (b khu ch i, ngu n phát laser) ế ị ộ ế đạ ồ để
ng n quá trình ph n x ng c tr l i các thi t b ó, gây ă ả ạ ượ ở ạ ế ị đ
nhi u và h h i thi t b . Hai tham s chính c a Isolator là ễ ư ạ ế ị ố ủ
suy hao xen và cách ly.độ
•
Circulator c ng th c hi n ch c n ng t ng t nh b ũ ự ệ ứ ă ươ ự ư ộ
Isolator nh ng nó th ng có nhi u c ng, th ng là 3 ho c ư ườ ề ổ ườ ặ
4 c a. Chính vì s t ng ng gi a hai lo i thi t b , ta ử ự ươ đồ ữ ạ ế ị
s ch trình bày ho t ng c a b Isolator mà thôiẽ ỉ ạ độ ủ ộ .

Bộ isolator/circulator
S kh i c a bơ đồ ố ủ ộ isolator/circulator
Hình 6.15.
(a) S kh i c a b Circulator 3 c a. ơ đồ ố ủ ộ ử
(b) S kh i c a b Circulator 4 c a.ơ đồ ố ủ ộ ử
(c) S kh i c a b Isolator.ơ đồ ố ủ ộ

Bộ isolator/circulator
Nguyên lý ho t ngạ độ
Hình 6.16.

(a) C u t o b Isolator khi ánh sáng vào phân c c d c.ấ ạ ộ ự ọ
(b) C u t o b Isolator khi ánh sáng vào phân c c b t k .ấ ạ ộ ự ấ ỳ

Bộ isolator/circulator
Nguyên lý ho t ngạ độ
Ánh sáng truy n trong s i quang v i tr ng thái phân c c b t ề ợ ớ ạ ự ấ
kì c a n b tách/ghép tr ng thái phân c c SWP đượ đư đế ộ ạ ự
(Spatial Walk-off Polarizer), tách thành hai dòng tín hi u phân ệ
c c d c và ngang theo hai ng c l p nhau. Ti p theo, ự ọ đườ độ ậ ế
n b quay pha Faraday, quay pha 45o theo chi u kim đế ộ ề
ng h . M t ph ng đồ ồ ặ ẳ λ/2 (Half-wave plate) th c hi n ự ệ
quay pha 45o theo chi u kim ng h i v i tín hi u ề đồ ồ đố ớ ệ
truy n t trái sang ph i, quay pha 45o theo chi u ng c ề ừ ả ề ượ
kim ng h theo chi u truy n ng c l i. Cu i cùng, tín đồ ồ ề ề ượ ạ ố
hi u hai nhánh c k t h p l i nh b SWP th hai. ệ ở đượ ế ợ ạ ờ ộ ứ
N u theo chi u ng c l i, hai b SWP s kh l n nhau. ế ề ượ ạ ộ ẽ ử ẫ
Ánh sáng truy n qua b SWP th hai, qua b quay pha ề ộ ứ ộ
Faraday s không th k t h p l i c t i b SWP th ẽ ể ế ợ ạ đượ ạ ộ ứ
nh t nh minh ho trên Hình 6.16. ấ ư ạ

Bộ isolator/circulator
ng d ngỨ ụ
•
B Isolator và Circulator có nh ng ng d ng sau:ộ ữ ứ ụ
•
B Isolator th ng ng tr c u ra b khu ch i ộ ườ đứ ướ đầ ộ ế đạ
quang ho c ngu n phát laser ng n ánh sáng ph n x ặ ồ để ă ả ạ
ng c tr l i thi t b gây nhi u và có th làm h thi t b .ượ ở ạ ế ị ễ ể ư ế ị
•
B Circulator c dùng nh m t b ph n ch t o ộ đượ ư ộ ộ ậ để ế ạ

ph n t xen r t quang OADM.ầ ử ớ

THUY T TRÌNH QUANG I N TẾ Đ Ệ Ử
KH O SÁTẢ
GHÉP QUANG VÀ KHU CH I QUANGẾ ĐẠ
GVHD: Th yầ giáo Hoàng Phú An
Phó trư ngở khoa iĐ nệ - iĐ nệ t ử
SVTH:
1. V V n Tài ũ ă 4. Nguy nễ Th Kiị uề
2. Nguy n Duy Thìn ễ 5. Ngô Ti nế Huân
3. Nguy n V nTrungễ ă

Các vấn đề cơ bản
•
Ghép quang
•
B ghép quang v i photothyristor và phototriac,….ộ ớ
•
Khu ch i quangế đạ
•
B khu ch i quang bán d n (SOA)ộ ế đạ ẫ
•
B khu ch i quang s i pha t p Erbium ộ ế đạ ợ ạ
(EDFA)
•
B khu ch i quang RAMAN (RA)ộ ế đạ

Bộ ghép quang
•
C ch ho t ngơ ế ạ độ

Hình 7.1. Opto-Couplers

Bộ ghép quang và cơ chế hoạt động
1. Ghép quang
B ghép quang còn g i là Photo coupled isolator, Photo-ộ ọ
couplers, Photo-coupled pairs và Optically Coupled pairs.T ừ
thông th ng nh t cho linh ki n này là Opto-Couplers. B ườ ấ ệ ộ
ghép quang dùng truy n t tín hi u và ng th i t o s để ề đạ ệ đồ ờ ạ ự
cách i n gi a nh ng m ch i n. Ngoài ra nó còn dùng tránh đ ệ ữ ữ ạ đ ệ
các vòng t (ground circuit circuit terrestre) gây nhi u trong đấ ễ
m ch i n. S truy n t tín hi u c th c hi n qua ạ đ ệ ự ề đạ ệ đượ ự ệ
ánh sáng.
2. C ch ho t ngơ ế ạ độ
Thông th ng b ghép quang g m 1 diot v i v t li u bán d n ườ ộ ồ ớ ậ ệ ẫ
lo i III/V (v.d.GaAs) phát ra tia h ng ngo i và 1 ạ ồ ạ
phototransitor v i v t li u silic.V i dòng i n thu n, diot ớ ậ ệ ớ đ ệ ậ
phát ra b c x h ng ngo i v i chi u dài sóng kho ng 650-ứ ạ ồ ạ ớ ề ả
950nm. Dòng i n thu n IF có c ng kho ng 1-30mA.đ ệ ậ ườ độ ả

Cơ chế hoạt động của bộ ghép quang

Năng lượng bức xạ này được chiếu lên
trên bề mặt của phototransitor (face to
face) hay chiếu gián tiếp qua một môi
trường dẫn quang. Bộ ghép quang face
to face thường được dùng nhất.
Đầu tin tín hiệu được phần phát (LED
hồng ngoại) trong bộ ghép quang
biến thành tín hiệu ánh sáng. Sau đó
tín hiệu ánh sáng được phần nhận

(photodiot, phototransitor, IC có tổ hợp
diot) biến lại thành tín hiệu điện
Hình 7.2. Nguyên lý
làm việc của Opto-
Couplers

Các tính chất quan trọng của
bộ ghép quang
•
Tính cách i nđ ệ
B ghép quang th ng c dùng cách i n gi a 2 ộ ườ đượ để đ ệ ữ
m ch i n có i n th cách bi t khá l n. B ghép quang có ạ đ ệ đ ệ ế ệ ớ ộ
th làm vi c v i dòng i n 1 chi u hay tín hi u i n có ể ệ ớ đ ệ ề ệ đ ệ
t n s khá cao. ầ ố
•
i n tr cách i nĐ ệ ở đ ệ
ó là i n tr v i dòng i n 1 chi u gi a ngõ vào và ngõ ra Đ đ ệ ở ớ đ ệ ề ữ
c a b ghép quang. Nó có tr s bé nh t là , nh th ủ ộ ị ố ấ ư ế đủ
áp ng yêu c u thông th ngđ ứ ầ ườ
•
i n dung ghép n iĐ ệ ố
C u trúc c a b ghép quang g m có phototransitor, LED, ấ ủ ộ ồ
ph n c . Gi a các ph n t này có th t o ra 1 i n dung t ầ ơ ữ ầ ử ể ạ đ ệ ừ
0.3…2pF. i n dung này c o khi chân ngõ vào c ng Đ ệ đượ đ ở ũ
nh chân ngõ ra c n i t t.ư ở đượ ố ắ

Các tính chất quan trọng của
bộ ghép quang
•
i n th cách lyĐ ệ ế

i n th cách ly là i n th cao nh t gi a ngõ vào và ra mà b Đ ệ ế đ ệ ế ấ ữ ộ
ghép quang có th ch u ng n i. i n th cách ly còn tu ể ị đự ổ Đ ệ ế ỳ
thu c vào c u trúc c a b ghép quang, không khí…ộ ấ ủ ộ
•
Hi u ng tr ngệ ứ ườ
D i 1 m t th khá cao gi a LED và phototransitor có ướ ộ ế ữ
kho ng cách khá g n, ta có 1 i n tr ng khá l n. N u b ả ầ đ ệ ườ ớ ế ộ
ghép quang làm vi c v i i u ki n nh th liên t c vài ngày, các ệ ớ đ ề ệ ư ế ụ
thông s c a b ghép quang ( c bi t là phototransitor) b ố ủ ộ đặ ệ ị
thay i.đổ
•
S lão hoáự
V i th i gian, công su t phát sáng c a LED b gi m i, do ó ớ ờ ấ ủ ị ả đ đ
ta có h s truy n t c a 1 b ghép quang bé i. cho ệ ố ề đạ ủ ộ đ Để
b ghép quang làm vi c lâu dài không b lão hoá nhanh, nhi t ộ ệ ị ệ độ
xung quanh và dòng i n làm vi c càng th p càng t t.đ ệ ệ ấ ố