Nghiên cứu đánh giá hiện trạng hàm lượng asen trong nước ngầm tại một số tỉnh thành thuộc đồng bằng sông hồng

  • 66 trang
  • file .doc
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, cho phép em được gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô trong Khoa
Điện-Điện tử nói chung, bộ môn Điện tử viễn thông nói riêng đã tận tình chỉ dạy
chúng em trong suốt những năm học vừa qua. Đặc biệt cho em gửi lời cảm ơn
chân thành nhất tới cô Th.S Nguyễn Thanh Vân đã giúp đỡ, để em hoàn thành
đồ án tốt nghiệp một cách tốt nhất.
Trong thời gian làm đồ án vì thời gian có giới hạn và trình độ kiến thức
còn nhiều hạn chế nên có những vấn đề trong đồ án còn nhiều thiếu sót .Vì vậy
em mong được sự nhận xét, góp ý của các thầy cô để giúp em hoàn thiện đồ án
một cách tốt nhất. Em xin chân thành cám ơn!
1
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan tất cả các nội dung mà em trình bày trong đồ án tốt
nghiệp là thành quả em tự làm và không là bản sao chép của bất kỳ của bài đồ
án, công trình nghiên cứu khoa học nào. Trong quá trình làm đồ án em tiến hành
tham khảo một số sách giáo trình và tham khảo một số tài liệu được coi là đáng
tin cậy được em liệt kê ở phần tài liệu tham khảo. Nếu lời cam đoan của em là
không chính xác em xin tự chịu mọi hình thức kỷ luật của Khoa.
2
BẢNG DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ADM Add/Drop Multiplexing Bộ tách ghép kênh
ADP Avalance Diode Photo Diot quang thác
BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit
BPF Bandpass filter Bộ lọc thông dải
Chirped Fiber Bragg Cách tử Bragg sợi quang
CFBG
Grating chu kỳ biến đổi
Dispersion Sợi bù tán sắc
DCF
Compensating Fiber
DEMUX Demultiplexer Bộ giải ghép kênh
DFB Distributed Feedback Hồi tiếp phân tán
Ghép kênh mật độ cao
Dense Wavelength
DWDM phân chia theo bước
Division Multiplex
sóng
Erbium Doped Fiber Bộ khuếch đại quang sợi
EDFA
Amplifier pha tạp Erbium
FBG Fiber Bragg Grating Cách tử Bragg sợi quang
Light Amplified and
Khuếch đại ánh sáng bức
LASER Stimulated Emission of
xạ kích thích
Radiation
MUX Multiplexer Bộ ghép kênh
Mach-Zehnder Bộ giao thoa kế
MZ
Interferometer Mach-Zehner
Positive Intrinstic
PIN Tích cực âm nội tại
Negative
3
NRZ Non Return to Zero Nghịch đảo
Uniform Fiber Bragg Cách tử Bragg sợi quang
UFBG
Grating chu kỳ đều
Cách tử Bragg sợi quang
Linear Chirped Fiber
LCFBG chu kỳ biến đổi tuyến
Bragg Grating
tính
MUX Multiplexing Bộ ghép kênh
Optical Add/Drop Bộ ghép tách kênh
OADM
Multiplexing quang
OFA Optical Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi
Uniform Chirped Fiber Cách tử Bragg sợi quang
UFBG
Bragg Grating chu kỳ đều
UV Ultra Violet Tia cực tím
Wavelength Division Ghép kênh phân chia
WDM
Multiplex theo bước sóng
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT Tên Bảng Trang
Bảng 3.1 Kết quả mô phỏng cho việc bù tán sắc cách tử Bragg sợi 53
4
quang cho PIN receiver
Bảng 3.2 Kết quả mô phỏng cho việc bù tán sắc cách tử Bragg sợi 54
quang cho APD receiver
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình Tên hình Trang
5
1.1 Sơ đồ chức năng hệ thống WDM 4
1.2 Hệ thống WDM đơn hướng 7
1.3 Hệ thống WDM song hướng 7
1.4 Cấu trúc tổng quát của LASER 9
1.5 Cấu hình của bộ thu quang số tiêu biểu 11
1.6 Cấu trúc sợi quang 12
Bộ tách/ghép kênh bước sóng quang.
(a) Sơ đồ khối bộ ghép kênh bước sóng (MUX).
1.7 15
(b) Sơ đồ khối bộ tách kênh bước sóng (DEMUX).
(c) Các thông số đặc trưng của bộ MUX/DEMUX.
1.8 Cấu trúc song song 16
1.9 Cấu trúc song song theo băng 16
1.10 Cấu trúc nối tiếp 17
1.11 Cấu trúc xen rớt theo băng sóng 17
1.12 Ma trận chuyển mạch OXC 18
2.1 Minh họa sự mở rộng xung do tán sắc 21
2.2 Tán sắc gây ra tăng BER 22
Ảnh hưởng của tán sắc lên tín hiệu digital (a) và
2.3 analo(b).S chỉ tín hiệu phát, E chỉ tín hiệu thu. a) 23
Dãn xung. b) Sụt biên độ
Chỉ số chiết suất n và chỉ số nhóm ng thay đổi theo
2.4 26
bước sóng ở sợi thủy tinh
Cách thức các luồng sáng tương ứng với các mode
2.5 27
đi trong sợi quang
Công suất quang được mang bởi các mode
2.6 28
truyền trong sợi quang và gây tán sắc
6
2.7 Tán sắc mode trong sợi SI 29
2.8 Tán sắc mode trong sợi GI 29
Tham số b và các vi phân của nó d(Vb)/dV và
2.9 30
V[d2(Vb)/dV2] thay đổi theo tham số V
Tán sắc tổng D và các tán sắc vật liệu DM, DW cho
2.10 31
sợi đơn mode thông dụng
Bước sóng phụ thuộc vào tham số tán sắc D đối
2.11 với các sợi tiêu chuẩn, sợi dịch tán sắc, và sợi tán 32
sắc phẳng
2.12 Hiện tượng tán sắc mode phân cực PMD 33
3.1 Cấu tạo và chiết suất của FBG 38
3.2 Nguyên lý hoạt động của cách tử Bragg 40
3.3 Cách tử Bragg chu kỳ đều 41
3.4 Cấu trúc cách tử Bragg quang chu kỳ thay đổi 44
Phổ phản xạ của cách tử Bragg dạng cách tử đều, độ
3.5 46
dài cách tử 1cm, λB=1550 nm, Λ=0. 8 nm
Sự thay đổi của vận tốc nhóm theo bước sóng
3.6 49
trong quang sợi đơn mode thông thường
Hậu quả của tán sắc đối với tốc độ truyền của
3.7 50
mạng
Nguyên lý bù tán sắc của quang sợi cách tử Bagg
3.8 51
chu kỳ biến đổi
Mô hình cơ bản của thiết bị bù tán sắc dùng cách tử
3.9 51
Bragg chu kỳ thay đổi tuyến tính
Mô phỏng việc bù tán sắc bằng cách tử Bragg sợi
3.10 52
quang
7
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN.....................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................2
BẢNG DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.................................................................3
8
DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................5
DANH MỤC CÁC HÌNH...................................................................................6
LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................10
CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM...........................12
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG......12
1.2. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG WDM..................................................12
1.2.1. Định nghĩa..........................................................................................12
1.2.2. Sơ đồ khối tổng quát...........................................................................13
1.2.3. Mục đích.............................................................................................15
1.2.4. Phân loại hệ thống truyền dẫn WDM.................................................15
1.3. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM...........17
1.3.1. Nguồn phát quang..............................................................................17
1.3.2. Bộ thu quang......................................................................................19
1.3.3. Sợi quang............................................................................................20
1.3.4. Bộ tách / ghép bước sóng (OMUX / ODEMUX)................................23
1.3.5. Bộ xen/ rẽ bước sóng (OADM):.........................................................24
1.3.6. Bộ nối chéo quang (OXC)..................................................................26
1.3.7. Bộ khuếch đại quang..........................................................................28
1.3.8. Bộ chuyển đổi bước sóng...................................................................29
CHƯƠNG 2 : TÁN SẮC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC ĐỐI VỚI HỆ
THỐNG WDM..................................................................................................30
2.1. TÁN SẮC.................................................................................................30
2.1.1. Khái niệm...........................................................................................30
2.1.2. Nguyên nhân gây ra hiện tượng tán sắc.............................................31
2.1.3. Phân loại tán sắc................................................................................33
2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC.............................................................45
CHƯƠNG 3: CÁCH TỬ BRAGG VÀ BIỆN PHÁP BÙ TÁN SẮC BẰNG
CÁCH TỬ BRAGG TRONG HỆ THỐNG WDM........................................47
3.1. Cấu tạo về cách tử Bragg trong sợi quang FBG..................................47
9
3.2. Nguyên lý hoạt động...............................................................................48
3.3. Cấu trúc và tính chất của các dạng cách tử.........................................50
3.3.1. Cách tử Bragg đều (Uniform Fiber Bragg Grating)..........................50
3.3.2. Cách tử Bragg quang chu kỳ thay đổi................................................53
3.3.3. Cách tử Bragg điều biến chiết suất....................................................55
3.4. Các biện pháp bù tán sắc bằng cách tử Bragg trong hệ thống WDM57
3.4.1. Giới thiệu............................................................................................57
3.4.2. Hiện tượng tán sắc trong sợi quang...................................................57
3.4.3. Bù tán sắc bằng quang sợi cách tử Bragg chu kỳ biến đổi tuyến tính59
3.4.4.Thí nghiệm và kết quả.........................................................................61
KẾT LUẬN........................................................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................65
LỜI MỞ ĐẦU
Từ khi ra đời cho đến nay mạng thông tin đóng một vai trò hết sức quan
trọng trong cuộc sống của chúng ta. Nhờ có mạng thông tin mà mọi người có thể
biết nhau, trao đổi mọi thứ một cách dễ dàng mà không cần gặp trực tiếp. Từ
hình thức ban đầu là qua thư tay đến trao đổi qua mạng di động ngày nay. Hiện
10
nay với sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin liên lạc nhu cầu về
băng thông ngày càng cao. Hệ thống truyền dẫn quang băng thông rộng đang
được triển khai rộng rãi trên toàn cầu.
Với băng thông lớn, chất lượng tín hiệu được đảm bảo hệ thống truyền dẫn
sợi quang đã đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng dịch vụ viễn thông.Với
sự phát triển này, ngày nay các hệ thống truyền dẫn quang băng rộng trở thành
mạng đường trục tốc độ cao với nhiều công nghệ WDM, EDFA... phục vụ
mạng. Công nghệ chế tạo các thiết bị ngày càng phát triển,các thiết bị này ngày
càng được cải tiến khắc phục nhiều nhược điểm của mạng cáp quang như suy
hao, tán sắc, khuếch đại công suất truyền,..
Một trong những công nghệ tiêu biểu của hệ thống truyền dẫn quang là cách
tử Bragg quang.Từ khi ra đời đến nay cách tử Bragg sợi quang đã có nhiều phát
triển khắc phục được nhiều nhược điểm cố hữu trong đó nhất là hiện tượng bù
tán sắc và trở thành tiêu chuẩn để chế tạo sợi quang. Với rất nhiều ứng dụng bên
cạnh ứng dụng trong mạng truyền dẫn quang như ứng dụng trong lazer ,cảm
biến quang.
Xuất phát từ đó em lựa chọn đề tài đồ án của mình là “ Biện pháp bù tán sắc
trong hệ thống WDM bằng cách sử dụng cách tử Bragg”.
Trong đồ án tốt nghiệp này em chia thành 3 chương và nội dung của ba
chương là :
CHƯƠNG 1 : HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM.
CHƯƠNG 2 : TÁN SẮC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC ĐỐI VỚI HỆ
THỐNG WDM.
CHƯƠNG 3 : CÁCH TỬ BRAGG VÀ CÁC BIỆN PHÁP BÙ TÁN SẮC
BẰNG CÁCH TỬ BRAGG TRONG HỆ THỐNG WDM.
11
CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM
12
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
Hệ thống thông tin quang là hệ thống truyền thông tin thông qua sợi
quang.Thông tin cần truyền đi được chuyển thành ánh sáng, truyền qua sợi
quang, sau đó, nó được biến đổi trở lại thành thông tin ban đầu tại nơi nhận.
Hiện nay, lượng thông tin trao đổi trong các hệ thống thông tin tăng lên
rất nhanh. Sự phát triển nhảy vọt của mạng máy tính toàn cầu Internet, kéo theo
đó là sự ra đời của các ứng dụng và dịch vụ mới trên nền tảng Internet. Số người
sử dụng Internet càng ngày càng đông, chính vì thế nhu cầu truyền tải dữ liệu
cũng càng ngày càng tăng lên. Vì vậy, yêu cầu được đặt ra là phải tạo ra được
một mạng lưới có băng thông lớn với chi phí hợp lý, có tốc độ đường truyền cao
và đáng tin cậy.
Trong khi đó, mạng thông tin quang ra đời đã đáp ứng được các yêu cầu
trên. Những ưu điểm nổi bật của mạng thông tin quang như là tốc độ truyền tải
nhanh, dung lượng truyền dẫn lớn, hoạt động ổn định và có chi phí hợp lý, đã
dần dần thay thế cho các mạng lưới thông tin truyền thống. Tuy nhiên, có một
vấn đề là băng thông quang rất lớn (khoảng 100 Ghz-Km) nên sẽ rất tốn kém
nếu chỉ dùng cho một ứng dụng đơn lẻ. Vì thế yêu cầu đặt ra là phải ghép nhiều
kênh trên cùng một đường truyền quang. Những kĩ thuật ghép kênh được quan
tâm nhất trong thời kì hiện nay là : “Kĩ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian
(Time Division Multiplexing – TDM)” và “ Kĩ thuật ghép kênh phân chia theo
bước sóng (Wavelength Division Multiplexing – WDM)”. Trong tương lai, kĩ
thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng sẽ được ưa chuộng hơn vì chi phí kĩ
thuật và các thiết bị để lắp đặt hệ thống TDM vẫn còn khá cao.
1.2. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG WDM
1.2.1. Định nghĩa
“WDM (Wavelength Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo
bước sóng) là công nghệ trong một sợi quang truyền dẫn đồng thời nhiều tín
hiệu quang với nhiều bước sóng khác nhau. Ở đầu phát, nhiều tín hiệu quang có
bước sóng khác nhau được tổ hợp lại (ghép kênh) để truyền tín hiệu đi trên cùng
13
một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu tổ hợp đó được phân giải ra (tách kênh), khôi
phục lại các tín hiệu gốc rồi sau đó đưa vào các đầu cuối khác nhau.” (Đỗ Văn
Việt Em, Hệ thống thông tin quang 2, 2007, 3)
1.2.2. Sơ đồ khối tổng quát
Rx1
Tx1
MUX Truyền tín hiệu
trên sợi quang DE-
Tx2 Rx2
MUX
. .
. .
. Khuếch đại
.
Khuếch đại
Txn tín hiệu tín hiệu Rxn
Phát tín hiệu Ghép tín hiệu Tách tín hiệu Thu tín hiệu
Hình 1.1: Sơ đồ chức năng hệ thống WDM
Như sơ đồ trên, để đảm nhiệm việc truyền và nhận nhiều bước sóng trên
sợi quang thì hệ thống WDM phải thực hiện các chức năng sau :
- Phát tín hiệu : Nguồn phát quang mà hệ thống WDM sử dụng là diode
phát quang (LED – Light Emitting Diode) hay Laser. Hiện nay đã có một
số loại nguồn phát như : laser đa bước sóng (Multiwavelenghth laser),
laser điều chỉnh bước sóng (Tunable Laser). Nguồn phát laser đạt yêu cầu
là phải có bước sóng phát ổn định, độ rộng phổ hẹp, mức công suất phát
đỉnh, độ rộng phổ, bước sóng trung tâm, độ rộng chirp phải nằm trong
mức giới hạn cho phép.
- Ghép/tách tín hiệu : Ghép tín hiệu WDM là sự tạo thành một luồng tín
hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền trong sợi quang từ sự kết hợp của một
vài nguồn sóng khác nhau. Còn tách tín hiệu WDM là phân chia luồng
ánh sáng được tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại từng
đầu cổng ra của bộ tách. Hiện nay có các bộ ghép tách tín hiệu WDM ví
dụ như : cách tử Bragg sợi, cách tử nhiễu xạ, bộ lọc màng mỏng điện môi,
14
bộ lọc Fabry-Perot, linh kiện quang tổ hợp AWG... Các tham số cần quan
tâm của bộ tách ghép kênh là : độ rộng băng tần của mỗi kênh, khoảng
cách giữa các kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh, tính đồng
đều của kênh, mức xuyên âm giữa các kênh, suy hao phản xạ Bragg, suy
hao xen, xuyên âm đầu gần - đầu xa,...
- Truyền dẫn tín hiệu : Thực tế thì việc tính toán truyền dẫn trong thông tin
quang rất là phức tạp bởi có nhiều yếu tố ảnh hưởng ví dụ như : các hiệu
ứng phi tuyến, suy hao đường truyền, tán sắc... Không những thế, các yếu
tố này cũng khác nhau ở tùy từng loại sợi quang khác nhau.
- Khuếch đại tín hiệu : Trong quá trình truyền dẫn, tín hiệu quang sẽ bị suy
hao khi lan truyền qua sợi. Các thiết bị trong hệ thống như bộ ghép kênh,
xen rẽ kênh cũng gây nên suy hao. Ngoài ra còn vì các nguyên nhân khác
như suy hao ghép nối, suy hao do sợi bị uốn cong. Do vậy mà đến một lúc
nào đó, tín hiệu quang sẽ suy yếu đến mức không thể tách sóng được. Vì
thế các thiết bị khuếch đại tín hiệu sẽ khôi phục lại cường độ tín hiệu.
Hiện nay, chủ yếu sử dụng bộ khuếch đại quang sợi EDFA trong hệ thống
WDM. EDFA có ứng dụng chính là : khuếch đại đường truyền (LA –
Line Amplifier) , khuếch đại công suất (BA – Booster Amplifier) và tiền
khuếch đại (PA – Pre Amplifier).
“Khi dùng khuếch đại EDFA cho hệ thống WDM cần phải đảm bảo
được một số yêu cầu sau:
Mức công suất đầu ra của các kênh không được bị ảnh hưởng bởi
sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc.
Độ lệch khuếch đại đồng đều với tất cả các kênh bước sóng (mức
chênh lệch không quá 1 dB).
Để điều chỉnh lại các hệ số khuếch đại cần phải có khả năng phát
hiện ra được chênh lệch mức công suất đầu vào, nhằm mục đích cho tất cả
các kênh đều được đảm bảo đặc tuyến khuếch đại bằng phẳng.”
15
- Thu tín hiệu : Hệ thống WDM cũng sử dụng các loại bộ tách sóng quang
giống như trong hệ thống thông tin quang thông thường để thu tín hiệu, ví
dụ như : PIN, APD.
1.2.3. Mục đích
Do băng thông quang rất lớn (khoảng 100 Ghz-Km) nên sẽ rất lãng phí
nếu chỉ sử dụng cho một mục đích đơn lẻ. Vì vậy, sử dụng công nghệ WDM
nhằm mục đích tận dụng hết mức băng tần truyền dẫn của sợi quang bằng cách
truyền đồng thời nhiều kênh bước sóng trên cùng một sợi quang. Tuy nhiên,
giữa các kênh phải có khoảng cách nhất định để tránh việc nhiễu xuyên kênh.
Qua nghiên cứu ITU-T đã đưa ra cụ thể các kênh bước sóng và khoảng cách
giữa các kênh này có thể chọn ở các cấp độ 200Ghz, 100Ghz, 50Ghz.
1.2.4. Phân loại hệ thống truyền dẫn WDM
Hệ thống truyền dẫn là những hệ thống có tính năng tương tác, có nghĩa là
tại mỗi đầu sẽ thực hiện chức năng phát tín hiệu đi (hướng đi) và đầu còn lại sẽ
nhận tín hiệu về (hướng về). Trong hệ thống WDM, sợi quang là môi trường mà
ở đó tính năng tương tác được thực hiện. Hệ thống WDM về cơ bản được chia
thành hai kiểu là : “Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng” và “Hệ thống ghép
bước sóng song hướng”.
a. Hệ thống ghép bước sóng đơn hướng
Hệ thống này chỉ thực hiện truyền theo một chiều trên sợi quang. Vì thế,
nếu ta muốn truyền đi thông tin giữa hai điểm thì ta cần hai sợi quang.
Tx1 Rx1
λ1, λ2, λ3,...,λn
Tx2 Rx2
MUX DE-
. .
MUX
. 16
.
MUX
EDFA λ1, λ2, λ3,…,λn EDFA
Txn Rxn
Phát tín hiệu Ghép tín hiệu Tách tín hiệu Thu tín hiệu
Hình 1.2: Hệ thống WDM đơn hướng
b. Hệ thống ghép bước sóng song hướng
Có thể truyền thông tin đi hai chiều trên một sợi quang nên ta chỉ cần duy
nhất một sợi quang là đã có thể trao đổi thông tin giữa hai điểm.
Rx1
Tx1
λ1, λ2, λ3,…,λn DE -
Tx2 Rx2
MUX
. .
. .
λ1, λ2, λ3,…,λn
EDFA EDFA
Txn Rxn
Phát tín hiệu Ghép tín hiệu Tách tín hiệu Thu tín hiệu
Hình 1.3: Hệ thống WDM song hướng
Cả hai hệ thống này đều có ưu điểm và nhược điểm riêng: Ta giả sử công
nghệ hiện tại chỉ cho phép trên một sợi quang truyền N bước sóng , so sánh hai
hệ thống này với nhau ta thấy được:
- “Về mặt dung lượng : Hệ thống WDM đơn hướng cung cấp được dung
lượng cao gấp hai lần so với hệ thống WDM song hướng. Tuy vậy, số
lượng sợi quang cần dùng lại gấp hai lần so với hệ thống WDM song
hướng.”
- “Khi có sự cố đứt cáp, gần như tức thời cả hai đầu của liên kết đều có
khả năng nhận biết sự cố, vậy nên hệ thống WDM song hướng không
cần đến cơ chế chuyển mạch tự động APS (Automatic Protection
Swithching).”
17
- “Xét về thiết kế mạng : Hệ thống WDM song hướng khó thiết kế hơn vì
để thiết kế hệ thống cần phải xem xét thêm các yếu tố như : vấn đề
xuyên nhiễu do trên một sợi quang có nhiều bước sóng hơn, cần phải
đảm bảo định tuyến và phân bố bước sóng để cho cả hai chiều trên sợi
quang không dùng chung một bước sóng.”
- “Trong hệ thống đơn hướng, các bộ khuếch đại thường có cấu trúc đơn
giản hơn hơn trong hệ thống song hướng. Tuy nhiên, ở hệ thống song
hướng, các bộ khuếch đại sẽ cho công suất quang ngõ ra lớn hơn so với
hệ thống đơn hướng do số bước sóng khuếch đại trong hệ thống song
hướng giảm đi ½ theo mỗi chiều.”
1.3. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM
Tương ứng với các chức năng đã nêu ở phần 1.2.2, hệ thống thông tin
quang WDM có các thành phần tương ứng như sau :
1.3.1. Nguồn phát quang
Nhiệm vụ của nguồn phát quang là chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu
quang. Ánh sáng của nguồn này được ghép vào sợi quang để truyền đi. Hiện nay
2 loại linh kiện được sử dụng phổ biến để làm nguồn phát quang là:
- Diode phát quang ( LED – Light Emitting Diode)
- LASER (Light Amplification by Simulated Emission of Radiation)
Một trong những đóng góp quan trọng của các thiết bị phát quang giúp
cho việc thương mại hóa các hệ thống WDM là việc chế tạo thành công các
LASER phổ hẹp. Các LASER phổ hẹp có tác dụng giảm thiểu tối đa ảnh hưởng
lẫn nhau của các bước sóng khi lan truyền trên cùng một sợi quang.
Để xây dựng được các hệ thống thông tin quang, các nguồn phát quang
phải thỏa mãn một số điều kiện như :
- Phù hợp với kích thước sợi quang.
- Phát ra ánh sáng ở các bước sóng làm tối thiểu hóa suy hao và tán xạ.
Các nguồn quang nên có một bề rộng phổ nhỏ để giảm thiểu được tán
xạ.
18
- Phát ra công suất đủ lớn để có thể khắc phục một phần suy hao tín hiệu,
giúp tín hiệu được truyền đến phía thu.
- Hoạt động ổn định trong điều kiện môi trường có thay đổi ( nhiệt độ, độ
ẩm,...).
- Cho phép điều chế trực tiếp công suất quang đầu ra.
- Có giá thành thấp và độ tin cậy cao hơn các thiết bị điện tử, cho phép các
hệ thống thông tin quang có thể cạnh tranh được với các hệ thống thông
tin khác.
a) LASER
Thiết bị kích
Dòng ánh
Môi trường phát xạ
sáng phát ra
Gương phản xạ Gương phát
Hình 1.4: Cấu trúc tổng quát của LASER
LASER được phát minh vào năn 1958 bởi Schalow và Townes. Hình 1.4
thể hiện cấu trúc tổng quát của một LASER. Về cơ bản thì cấu trúc của một
LASER gồm 2 tấm gương ( 1 tấm phản xạ, 1 tấm vừa phản xạ vừa cho một phần
ánh sáng đi qua – gương phát). Chúng tạo nên một lỗ hốc. Các gương này có độ
phản xạ rất cao, tới 99% để làm giảm độ rộng phổ. Ở giữa 2 tấm gương là một
môi trường phát xạ và một thiết bị kích thích. Thiết bị kích thích này đưa dòng
điện vào môi trường phát xạ, được làm bằng một loại vật chất gần như ổn định.
Dòng điện này sẽ tạo ra một điện trường, điện trường này kích thích các nguyên
tử có sẵn trong môi trường và làm cho các nguyên tử này chuyển lên các trạng
thái dừng có mức năng lượng cao hơn. Khi các nguyên tử chuyển về các trạng
thái dừng có mức năng lượng thấp, chúng sẽ phát ra các photon ánh sáng.
Photon ánh sáng sẽ bị phản xạ lại bởi 2 tấm gương ở 2 đầu hốc.
19
Hiện tượng phát xạ kích thích sẽ lại xảy ra nếu một photon lại gần một
nguyên tử. Do đó, quá trình cứ lặp lại như vậy sẽ tạo ra nhiều photon ánh sáng
có cùng pha và hướng với photon đang kích thích. Sự phản chiếu làm cho các
phát xạ kích thích xảy ra nhiều hơn, vì thế mà có thể tạo ra cường độ ánh sáng
cao. Tấm gương phát sẽ truyền dẫn một phần ánh sáng nhất định, vì thế một số
photon sẽ thoát ra khỏi lỗ hốc dưới dạng một tia sáng hội tụ. Hốc Laser có thể có
nhiều tần số cộng hưởng. Để thay đổi tần số của ánh sáng phát ra, ta có thể điều
chỉnh độ dài của hốc.
b) LED
Với những ứng dụng không cần yêu cầu cao về tốc độ dữ liệu và cự ly
truyền dẫn ngắn thì việc sử dụng diode phát quang (LED) là hợp lý về mặt kinh
tế.
LED được phát triển dựa trên cơ sở của diode bán dẫn, về cơ bản thì nó là
một tiếp giáp của bán dẫn loại P và bán dẫn loại N. Tuy nhiên, do ánh sáng của
LED phát ra trong toàn băng thông nên ánh sáng phát ra từ LED có phổ rộng
(không giống với LASER có chùm sáng hội tụ).
Đối với LED, việc tăng cường độ ánh sáng đơn giản là tăng sự tự phát xạ,
do đó không xảy ra hiện tượng phát xạ kích thích vì tính kém phản xạ của bề
mặt. Vì lý do này mà LED không có khả năng tạo công suất đầu ra cao. Công
suất ra tiêu biểu của LED khoảng -20 dB.
1.3.2. Bộ thu quang
Thiết bị thu quang là một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ
thống. Nằm ở vị trí cuối cùng của hệ thống, bộ thu quang phải tiếp nhận và xử lý
mọi tác động trên toàn tuyến đưa tới, do đó mà sự chính xác của hệ thống phụ
thuộc rất nhiều vào nó. Một số yêu cầu đặt ra với bộ thu quang là phải có độ
nhạy cao, giá thành hợp lý, can nhiễu thấp và độ tin cậy cao. Hình 1.5 giới thiệu
cấu hình tiêu biểu của bộ thu quang sử dụng photo diode. Nó bao gồm các thành
phần : bộ tách sóng quang, bộ khuếch đại điện và mạch xử lý tín hiệu.
20