Nguyen_yeu
New Member
LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀKỸTHUẬT THÔNG TIN QUANG . 1
Giới thiệu . 1
1.1. LỊCH SỬPHÁT TRIỂN HỆTHỐNG THÔNG TIN QUANG . 1
1.2. GIỚI THIỆU HỆTHỐNG THÔNG TIN QUANG ĐIỂN HÌNH. 2
1.2.1. Sơ đồkhối cơbản của hệthống thông tin quang . 2
1.2.2. Ưu nhược điểm của hệthống thông tin quang . 4
1.3. ỨNG DỤNG VÀ XU THẾPHÁT TRIỂN . 5
Tóm tắt . 7
Bài tập chương 1 . 8
CHƯƠNG 2 SỢI QUANG . 10
2.1. MỘT SỐVẤ ĐỀCƠBẢN VỀÁNH SÁNG . 10
2.1.1. Sóng điện từ. 10
2.1.2. Quang hình . 12
2.1.3. Lượng tử. 15
2.2. MÔ TẢQUANG HÌNH QUÁ TRÌNH TRUYỀN ÁNH SÁNG TRONG SỢI QUANG. 16
2.2.1. Cấu tạo cơbản của sợi quang. 16
2.2.2. Khẩu độsố. 17
2.2.3. Phân loại sợi quang . 19
2.3. TRUYỀN SÓNG ÁNH SÁNG TRONG SỢI QUANG . 23
2.3.1. Hệphương trình Maxwell . 23
2.3.2. Phương trình sóng đặc trưng của sóng EM trong môi trường suy hao . 27
2.3.3. Phương trình sóng đặc trưng trong ống dẫn sóng hình chữnhật . 28
2.3.4. Phương trình sóng đặc trưng cho sợi quang. 32
2.3.5. Hiểu thêm vềmode . 33
2.4. CÁC ĐẶC TÍNH TRUYỀN DẪN CỦA SỢI QUANG . 42
2.4.1. Suy hao . 43
2.4.2. Tán sắc . 47
2.4.3. Các hiệu ứng phi tuyến. 59
2.5. CÁC LOẠI SỢI QUANG MỚI . 60
2.6. CÁP SỢI QUANG . 65
2.6.1. Sản xuất sợi quang . 65
2.6.2. Cấu trúc cáp sợi quang . 76
Câu hỏi ôn tập chương 2 . 82
CHƯƠNG 3 BỘPHÁT QUANG .89
3.1. NGUYÊN LÝ CHUNG VỀBIẾN ĐỔI QUANG ĐIỆN . 89
3.1.1. Mức năng lượng . 89
3.1.2. Các nguyên lý vềbiến đổi quang điện. 91
3.1.3. Vùng năng lượng . 92
3.1.4. Nguồn quang bán dẫn. 93
3.2. LED . 96
3.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động . 96
3.2.2. Đặc tuyến P-I của LED . 97
3.2.3. Đặc tính phổcủa LED . 98
3.2.4. Cấu trúc của LED . 99
3.3. LASER . 101
3.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Laser. 101
3.3.2. Hốc cộng hưởng Fabry-Perot . 102
3.3.3. Độkhuếch đại quang . 103
3.3.4. Đặc tính phổcủa Laser Fabry-Perot . 104
3.3.5. Đặc tính của Laser . 105
3.3.6. Nhiễu trong Laser . 109
3.4. CÁC ĐẶC TÍNH KỸTHUẬT CỦA NGUỒN QUANG . 111
3.4.1. Đặc tuyến P-I của nguồn quang . 111
3.4.2. Góc phát quang . 112
3.4.3. Hiệu suất ghép quang . 113
3.4.4. Độrộng phổ. 114
3.4.5. Thời gian lên.114
3.4.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ. 115
3.5. CÁC NGUỒN LASER BÁN DẪN ĐƠN MODE . 116
3.5.1. Laser hồi tiếp phân bốDFB. 116
3.5.2. Laser phản xạBragg phân bốDBR . 117
3.5.3. Laser bán dẫn hốc cộng hưởng ghép . 117
3.6. BỘPHÁT QUANG . 119
3.6.1. Sơ đồkhối bộphát quang . 119
3.6.2. Mạch phát điều biến cường độtrực tiếp . 120
3.6.3. Bộ điều chếngoài . 123
Câu hỏi ôn tập chương 3. 125
CHƯƠNG 4 BỘTHU QUANG .127
4.1. KHÁI NIỆM CƠBẢN . 127
4.1.1. Nguyên lý chung . 127
4.1.2. Những thông sốcơbản của linh kiện tách sóng quang . 129
4.1.3. Sơ đồkhối bộthu quang . 134
4.1.4. Độ đáp ứng phần tửchuyển đổi quang - điện . 135
4.1.5. Thời gian đáp ứng phần tửchuyển đổi quang-điện. 136
4.2. LINH KIỆN BIẾN ĐỔI QUANG - ĐIỆN BÁN DẪN . 137
4.2.1. Photodiode P-N . 137
4.2.2. Photodiode PIN . 137
4.2.3. Photodiode APD. 142
4.3. ĐẶC TÍNH KỸTHUẬT CỦA PHOTODIODE . 144
4.3.1. Độnhạy . 144
4.3.2. Hiệu suất lượng tử. 144
4.3.3. Đáp ứng . 145
4.3.4. Dải động . 145
4.3.5. Dòng tối . 145
4.3.6. Độ ổn định . 145
4.3.7. Điện áp phân cực . 145
4.3.8. Tóm tắc. 146
4.4. CÁC BỘTIỀN KHUẾCH ĐẠI . 146
4.4.1. Bộtiền khuếch đại trởkháng thấp . 146
4.4.2. Bộtiền khuếch đại trởkháng cao . 146
4.4.3. Bộtiền khuếch đại hồi tiếp. 147
4.5. NHIỄU TRONG BỘTHU QUANG . 148
4.5.1. Nhiễu nỗ. 148
4.5.2. Nhiễu nhiệt . 149
4.5.3. Tỉsốtín hiệu trên nhiễu . 149
4.5.4. Công suất nhiễu tương đượng . 150
4.5.5. Một sốví dụ. 150
4.6. CÁC THAM SỐTRONG BỘTHU QUANG . 153
4.6.1. Tỉsốlỗi bit BER. 153
4.6.2. Mối quan hệgiữa BER và SNR . 155
4.6.3. Hàm xác suất lỗi . 155
4.6.4. Độnhạy của bộthu. 159
4.6.5. Một sốví dụ. 161
4.7. MỘT SỐVẤ ĐỀKHÁC TRONG THIẾT KẾBỘTHU . 163
4.7.1. Bộlọc . 163
4.7.2. Mạch quyết định. 165
Tóm tắt . 166
Câu hỏi ôn tập và bài tập chương 4 . 166
CHƯƠNG 5 HỆTHỐNG THÔNG TIN QUANG .171
5.1. CÁC KIẾN TRÚC HỆTHỐNG THÔNG TIN QUANG . 171
5.1.1. Tuyếnđiểm nối điểm. 171
5.1.2. Mạng quảng bá và phân bố. 172
5.1.3. Mạng cục bộLAN . 174
5.2. MỘT SỐVẤN ĐỀTRONG THIẾT KẾHỆTHỐNG THÔNG TIN QUANG . 176
5.2.1. Ảnh hưởng của suy hao . 176
5.2.2. Ảnh hưởng của tán sắc . 177
5.2.3. Quỹcông suất . 178
5.2.4. Quỹthời gian lên . 178
5.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG HỆTHỐNG
THÔNG TIN QUANG .180
5.3.1. Nhiễu mode . 180
5.3.2. Dãn xung do tán sắc . 182
5.3.3. Nhiễu phân chia mode . 182
5.3.4. Nhiễu phản xạ. 183
5.4. CÁC HỆTHỐNG THÔNG TIN QUANG . 183
5.4.1. Phân chia hệthống theo dạng tín hiệu . 183
5.4.2. Phân loại theo chuẩn ghép kênh . 185
5.4.3. Phân loại theo phương pháp điều chế. 192
Câu hỏi ôn tập và bài tập chương 5 . 194
Lôùp tích cöïc (active layer)
Lôùp phaûn xạ
coù heä soá phaûn xaï R1
Lôùp phaûn xạ
coù heä soá phaûn xaï R2
P(z) = P(0) exp[(g-α)z]
Hình 3.19. Công suất của ánh sáng khi lan truyền và phản xạ qua lại trong hốc cộng
hưởng Fabry-Perot
Trong quá trình lan truyền trong hốc cộng hưởng, năng lượng của sóng ánh sáng chịu
những ảnh hưởng như sau:
- Suy hao xảy ra trong hốc cộng hưởng do hiện tượng hấp thụ photon, hiện tưởng tán xạ
ánh sáng…, được biểu diễn bởi hệ số suy hao α
- Độ lợi trong hốc cộng hưởng do hiện tượng phát xạ kích thích, được biểu diễn bởi hệ
số khuếch đại g
- Suy hao xảy ra tại hai mặt phản xạ có hệ số phản xạ R1 và R2 (R1, R2 <1)
Nếu gọi P(0) là cộng suất của ánh sáng tại mặt phản xạ R1 thì cộng suất thu được sau khi
lan truyền được một chu kỳ trong hốc cộng hưởng (lan truyền dọc theo hốc cộng hưởng, phản xạ
tại mặt phản xạ R2, truyền ngược về và phản xạ tại mặt phản xạ R1) là:
Chương 3 Bộ phát quang
104
P’(0) = R1.R2.P(2L) = P(0).R1.R2.e(g-α).2L (3.13)
Điều kiện để một sóng ánh sáng được khuếch đại trong hốc cộng hưởng là: độ lợi khuếch
đại phải lớn hơn tổng các suy hao khi sóng ánh sáng thực hiện một chu kỳ phản xạ qua lại giữa
hai mặt phản xạ. Nói cách khác, cộng suất ánh sáng xét tại một điểm nào đó trong hốc cộng hưởng
sau khi ánh sáng thực hiện một chu kỳ phản xạ qua lại trong hốc cộng hưởng phải lớn công suất
ánh sáng trước khi truyền.
P’(0) ≥ P(0) (3.14)
Æ R1.R2.e(g-α).2L ≥ 1 (3.15)
Æ g ≥ α + (1/2L).ln(1/R1.R2) (3.16)
Như vậy, điều kiện để ánh sáng được khuếch đại trong quá trình lan truyền và phản xạ qua
lại giữa hai hốc cộng hưởng là độ lợi do phát xạ kích thích phải lớn hơn so với độ suy hao do hấp
thụ. Điều này có nghĩa là, số photon được tạo ra do phát xạ kích thích (và phát xạ tự phát) phải
nhiều hơn số photon bị hấp thụ:
Nspontaneous + Nstimulated > Nabsorption (3.17)
Trong đó, Nabsorption là số photon bị hấp thụ, Nspontaneous và Nstimulated là số photon được tạo ra do các
hiện tượng phát xạ tự phát và phát xạ kích thích.
Điều kiện (3.17) có thể đạt được khi số điện tử ở trạng thái năng lượng cao N2 (nằm ở
vùng dẫn), phải nhiều hơn số điện tử ở trạng thái năng lượng thấp N1 (nằm ở vùng hóa trị). Điều
kiện này được gọi là trạng thái nghịch đảo mật độ (population inversion) vì ở điều kiện bình
thường (ở trạng thái cân bằng về nhiệt), mật độ của các điện tử tại các mức năng lượng khác nhau
được phân bố theo hàm phân bố Boltzmann (số điện tử ở trạng thái năng lượng thấp N1 luôn cao
hơn so với số điện tử ở trạng thái năng lượng cao N2).
Do vậy, để có thể đạt được trạng thái nghịch đảo mật độ cần cung cấp năng lượng từ
bên ngoài đủ lớn để làm tăng số điện tử ở trạng thái năng lượng cao. Quá trình này được gọi là
quá trình “bơm” (pumping). Tùy theo loại vật liệu chế tạo nguồn quang hay khuếch đại quang, có
nhiều phương pháp bơm khác nhau như dùng ánh sáng, trường sóng vô tuyến tần số cao, dòng
điện …Đối với laser bán dẫn, nguồn bơm này được cung cấp dưới dạng dòng điện.
Dòng điện cung cấp cho laser càng lớn thì số điện tử ở vùng dẫn càng nhiều. Dòng điện
tối thiểu để đạt được trạng thái nghịch đảo nồng độ, điều kiện để có thể xảy ra quá trình khuếch
đại ánh sáng, được gọi là dòng ngưỡng.
Giá trị của dòng ngưỡng phụ thuộc vào tính chất khuếch đại và suy hao của vật liệu bán
dẫn và cấu trúc của hốc cộng hưởng.
3.3.4. Đặc tính phổ của Laser Fabry-Perot:
Phổ của Laser Fabry-Perot là tổng hợp của phổ độ lợi khuếch đại của quá trình phát xạ
kích thích xảy ra trong lớp tích cực của laser (phụ thuộc vào loại vật liệu chế tạo nguồn quang như
phổ của LED) và đặc tính chọn lọc tần số của hốc cộng hưởng.
Chương 3 Bộ phát quang
105
λ0
λ Ñaëc tuyeán khueách ñaïi
λ
Daûi thoâng
ñieàu cheá
λ
Hình 3.20. Phổ của Laser Fabry-Perot
Kết quả từ hình 3.20 cho thấy, ánh sáng ở ngõ ra của laser chỉ giới hạn trong các mode
nằm trong độ rộng phổ của đường cong khuếch đại. Ngoài ra, theo định nghĩa độ rộng phổ (3dB)
của nguồn quang, chỉ các mode sóng nằm trong giới hạn 3dB mới cần được quan tâm.
Do các tần số cộng hưởng (các mode sóng) có giá trị phụ thuộc vào chiều dài L của hốc
cộng hưởng (điều kiện 3.11) nằm theo trục dọc (longitudinal axis) của hốc cộng hưởng của laser
nên các mode này đựợc gọi là các mode dọc (longitudinal mode). Phổ của ánh sáng do laser
Fabry-Perot phát ra có nhiều mode nên loại laser này được gọi là laser đa mode MLM (Multi
Longitudinal Mode).
3.3.5- Đặc tính của laser
3.3.5.1 Phương trình tốc độ của laser:
Sự thay đổi theo thời gian của mật độ điện tử n (1/m3) và mật độ photon s (1/m3) trong
laser được biểu diễn bởi hệ các phương trình tốc độ (rate equations) sau [1]:
Dnsn
ed
J
dt
dn
sp
−−= τ (3.18)
phsp
snDns
dt
ds
ττ
ζ −+= (3.19)
Phương trình (3.18) cho thấy những yếu tố ảnh hưởng đến mật độ điện tử trong vùng tích
cực của laser như sau:
- Mật độ điện tử tăng khi có nhiều điện tử (do dòng điện cung cấp) được bơm vào vùng
tích cực. Quá trình này được biểu diễn bằng biểu thức (J/ed) với J(A/m2) là mật độ
dòng điện, e = 1,6 x 10-19 (C) là điện tích của điện tử, d là độ dày của vùng tích cực.
- Mật độ điện tử giảm khi có nhiều điện tử tái hợp với lỗ trống (chuyển trạng thái năng
lượng từ vùng dẫn xuống vùng hóa trị). Quá trình này xảy ra do hiện tượng phát xạ tự
Chương 3 Bộ phát quang
106
phát, biểu diễn bằng biểu thức (n/τsp) với τsp là thời gian sống của điện tử (khi xảy ra
hiện tượng phát xạ tự phát) và hiện tượng phát xạ kích thích, được biểu diễn bằng biểu
thức (Dns) với D là hằng số biểu diễn cho khả năng phát xạ kích thích, cũng như độ lợi
khuếch đại g, trong laser.
D = vg/n = (c/nri).g/n (3.20)
với v là vận tốc ánh sáng tryền trong lớp tích cực có chiết suất nri.
Qua đó cho thấy, khả năng phát xạ kích thích (tạo ra độ lợi trong laser) trong laser phụ
thuộc vào loại bán dẫn, mật độ điện tử và photon trong vùng tích cực.
Phương trình (3.19) cho thấy những yếu tố ảnh hưởng đến mật độ photon trong vùng tích
cực của laser như sau:
- Mật độ photon ở trạng thái phát xạ laser (lasing mode) tăng khi có nhiều photon phát xạ
do hiện tượng phát xạ kích thích. Quá trình nay biểu diễn bởi biểu thức (Dns).
- Mật độ photon cũng lên một lượng nhỏ do hiện tượng phát xạ tự phát. Quá trình nay
biểu diễn bởi biểu thức (ζn/τsp). Trong đó hệ số ζ rất nhỏ cho thấy rằng có rất ít photon
phát xạ tự phát di chuyển cùng hướng với các pho...
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀKỸTHUẬT THÔNG TIN QUANG . 1
Giới thiệu . 1
1.1. LỊCH SỬPHÁT TRIỂN HỆTHỐNG THÔNG TIN QUANG . 1
1.2. GIỚI THIỆU HỆTHỐNG THÔNG TIN QUANG ĐIỂN HÌNH. 2
1.2.1. Sơ đồkhối cơbản của hệthống thông tin quang . 2
1.2.2. Ưu nhược điểm của hệthống thông tin quang . 4
1.3. ỨNG DỤNG VÀ XU THẾPHÁT TRIỂN . 5
Tóm tắt . 7
Bài tập chương 1 . 8
CHƯƠNG 2 SỢI QUANG . 10
2.1. MỘT SỐVẤ ĐỀCƠBẢN VỀÁNH SÁNG . 10
2.1.1. Sóng điện từ. 10
2.1.2. Quang hình . 12
2.1.3. Lượng tử. 15
2.2. MÔ TẢQUANG HÌNH QUÁ TRÌNH TRUYỀN ÁNH SÁNG TRONG SỢI QUANG. 16
2.2.1. Cấu tạo cơbản của sợi quang. 16
2.2.2. Khẩu độsố. 17
2.2.3. Phân loại sợi quang . 19
2.3. TRUYỀN SÓNG ÁNH SÁNG TRONG SỢI QUANG . 23
2.3.1. Hệphương trình Maxwell . 23
2.3.2. Phương trình sóng đặc trưng của sóng EM trong môi trường suy hao . 27
2.3.3. Phương trình sóng đặc trưng trong ống dẫn sóng hình chữnhật . 28
2.3.4. Phương trình sóng đặc trưng cho sợi quang. 32
2.3.5. Hiểu thêm vềmode . 33
2.4. CÁC ĐẶC TÍNH TRUYỀN DẪN CỦA SỢI QUANG . 42
2.4.1. Suy hao . 43
2.4.2. Tán sắc . 47
2.4.3. Các hiệu ứng phi tuyến. 59
2.5. CÁC LOẠI SỢI QUANG MỚI . 60
2.6. CÁP SỢI QUANG . 65
2.6.1. Sản xuất sợi quang . 65
2.6.2. Cấu trúc cáp sợi quang . 76
Câu hỏi ôn tập chương 2 . 82
CHƯƠNG 3 BỘPHÁT QUANG .89
3.1. NGUYÊN LÝ CHUNG VỀBIẾN ĐỔI QUANG ĐIỆN . 89
3.1.1. Mức năng lượng . 89
3.1.2. Các nguyên lý vềbiến đổi quang điện. 91
3.1.3. Vùng năng lượng . 92
3.1.4. Nguồn quang bán dẫn. 93
3.2. LED . 96
3.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động . 96
3.2.2. Đặc tuyến P-I của LED . 97
3.2.3. Đặc tính phổcủa LED . 98
3.2.4. Cấu trúc của LED . 99
3.3. LASER . 101
3.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Laser. 101
3.3.2. Hốc cộng hưởng Fabry-Perot . 102
3.3.3. Độkhuếch đại quang . 103
3.3.4. Đặc tính phổcủa Laser Fabry-Perot . 104
3.3.5. Đặc tính của Laser . 105
3.3.6. Nhiễu trong Laser . 109
3.4. CÁC ĐẶC TÍNH KỸTHUẬT CỦA NGUỒN QUANG . 111
3.4.1. Đặc tuyến P-I của nguồn quang . 111
3.4.2. Góc phát quang . 112
3.4.3. Hiệu suất ghép quang . 113
3.4.4. Độrộng phổ. 114
3.4.5. Thời gian lên.114
3.4.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ. 115
3.5. CÁC NGUỒN LASER BÁN DẪN ĐƠN MODE . 116
3.5.1. Laser hồi tiếp phân bốDFB. 116
3.5.2. Laser phản xạBragg phân bốDBR . 117
3.5.3. Laser bán dẫn hốc cộng hưởng ghép . 117
3.6. BỘPHÁT QUANG . 119
3.6.1. Sơ đồkhối bộphát quang . 119
3.6.2. Mạch phát điều biến cường độtrực tiếp . 120
3.6.3. Bộ điều chếngoài . 123
Câu hỏi ôn tập chương 3. 125
CHƯƠNG 4 BỘTHU QUANG .127
4.1. KHÁI NIỆM CƠBẢN . 127
4.1.1. Nguyên lý chung . 127
4.1.2. Những thông sốcơbản của linh kiện tách sóng quang . 129
4.1.3. Sơ đồkhối bộthu quang . 134
4.1.4. Độ đáp ứng phần tửchuyển đổi quang - điện . 135
4.1.5. Thời gian đáp ứng phần tửchuyển đổi quang-điện. 136
4.2. LINH KIỆN BIẾN ĐỔI QUANG - ĐIỆN BÁN DẪN . 137
4.2.1. Photodiode P-N . 137
4.2.2. Photodiode PIN . 137
4.2.3. Photodiode APD. 142
4.3. ĐẶC TÍNH KỸTHUẬT CỦA PHOTODIODE . 144
4.3.1. Độnhạy . 144
4.3.2. Hiệu suất lượng tử. 144
4.3.3. Đáp ứng . 145
4.3.4. Dải động . 145
4.3.5. Dòng tối . 145
4.3.6. Độ ổn định . 145
4.3.7. Điện áp phân cực . 145
4.3.8. Tóm tắc. 146
4.4. CÁC BỘTIỀN KHUẾCH ĐẠI . 146
4.4.1. Bộtiền khuếch đại trởkháng thấp . 146
4.4.2. Bộtiền khuếch đại trởkháng cao . 146
4.4.3. Bộtiền khuếch đại hồi tiếp. 147
4.5. NHIỄU TRONG BỘTHU QUANG . 148
4.5.1. Nhiễu nỗ. 148
4.5.2. Nhiễu nhiệt . 149
4.5.3. Tỉsốtín hiệu trên nhiễu . 149
4.5.4. Công suất nhiễu tương đượng . 150
4.5.5. Một sốví dụ. 150
4.6. CÁC THAM SỐTRONG BỘTHU QUANG . 153
4.6.1. Tỉsốlỗi bit BER. 153
4.6.2. Mối quan hệgiữa BER và SNR . 155
4.6.3. Hàm xác suất lỗi . 155
4.6.4. Độnhạy của bộthu. 159
4.6.5. Một sốví dụ. 161
4.7. MỘT SỐVẤ ĐỀKHÁC TRONG THIẾT KẾBỘTHU . 163
4.7.1. Bộlọc . 163
4.7.2. Mạch quyết định. 165
Tóm tắt . 166
Câu hỏi ôn tập và bài tập chương 4 . 166
CHƯƠNG 5 HỆTHỐNG THÔNG TIN QUANG .171
5.1. CÁC KIẾN TRÚC HỆTHỐNG THÔNG TIN QUANG . 171
5.1.1. Tuyếnđiểm nối điểm. 171
5.1.2. Mạng quảng bá và phân bố. 172
5.1.3. Mạng cục bộLAN . 174
5.2. MỘT SỐVẤN ĐỀTRONG THIẾT KẾHỆTHỐNG THÔNG TIN QUANG . 176
5.2.1. Ảnh hưởng của suy hao . 176
5.2.2. Ảnh hưởng của tán sắc . 177
5.2.3. Quỹcông suất . 178
5.2.4. Quỹthời gian lên . 178
5.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG HỆTHỐNG
THÔNG TIN QUANG .180
5.3.1. Nhiễu mode . 180
5.3.2. Dãn xung do tán sắc . 182
5.3.3. Nhiễu phân chia mode . 182
5.3.4. Nhiễu phản xạ. 183
5.4. CÁC HỆTHỐNG THÔNG TIN QUANG . 183
5.4.1. Phân chia hệthống theo dạng tín hiệu . 183
5.4.2. Phân loại theo chuẩn ghép kênh . 185
5.4.3. Phân loại theo phương pháp điều chế. 192
Câu hỏi ôn tập và bài tập chương 5 . 194
Lôùp tích cöïc (active layer)
Lôùp phaûn xạ
coù heä soá phaûn xaï R1
Lôùp phaûn xạ
coù heä soá phaûn xaï R2
P(z) = P(0) exp[(g-α)z]
Hình 3.19. Công suất của ánh sáng khi lan truyền và phản xạ qua lại trong hốc cộng
hưởng Fabry-Perot
Trong quá trình lan truyền trong hốc cộng hưởng, năng lượng của sóng ánh sáng chịu
những ảnh hưởng như sau:
- Suy hao xảy ra trong hốc cộng hưởng do hiện tượng hấp thụ photon, hiện tưởng tán xạ
ánh sáng…, được biểu diễn bởi hệ số suy hao α
- Độ lợi trong hốc cộng hưởng do hiện tượng phát xạ kích thích, được biểu diễn bởi hệ
số khuếch đại g
- Suy hao xảy ra tại hai mặt phản xạ có hệ số phản xạ R1 và R2 (R1, R2 <1)
Nếu gọi P(0) là cộng suất của ánh sáng tại mặt phản xạ R1 thì cộng suất thu được sau khi
lan truyền được một chu kỳ trong hốc cộng hưởng (lan truyền dọc theo hốc cộng hưởng, phản xạ
tại mặt phản xạ R2, truyền ngược về và phản xạ tại mặt phản xạ R1) là:
Chương 3 Bộ phát quang
104
P’(0) = R1.R2.P(2L) = P(0).R1.R2.e(g-α).2L (3.13)
Điều kiện để một sóng ánh sáng được khuếch đại trong hốc cộng hưởng là: độ lợi khuếch
đại phải lớn hơn tổng các suy hao khi sóng ánh sáng thực hiện một chu kỳ phản xạ qua lại giữa
hai mặt phản xạ. Nói cách khác, cộng suất ánh sáng xét tại một điểm nào đó trong hốc cộng hưởng
sau khi ánh sáng thực hiện một chu kỳ phản xạ qua lại trong hốc cộng hưởng phải lớn công suất
ánh sáng trước khi truyền.
P’(0) ≥ P(0) (3.14)
Æ R1.R2.e(g-α).2L ≥ 1 (3.15)
Æ g ≥ α + (1/2L).ln(1/R1.R2) (3.16)
Như vậy, điều kiện để ánh sáng được khuếch đại trong quá trình lan truyền và phản xạ qua
lại giữa hai hốc cộng hưởng là độ lợi do phát xạ kích thích phải lớn hơn so với độ suy hao do hấp
thụ. Điều này có nghĩa là, số photon được tạo ra do phát xạ kích thích (và phát xạ tự phát) phải
nhiều hơn số photon bị hấp thụ:
Nspontaneous + Nstimulated > Nabsorption (3.17)
Trong đó, Nabsorption là số photon bị hấp thụ, Nspontaneous và Nstimulated là số photon được tạo ra do các
hiện tượng phát xạ tự phát và phát xạ kích thích.
Điều kiện (3.17) có thể đạt được khi số điện tử ở trạng thái năng lượng cao N2 (nằm ở
vùng dẫn), phải nhiều hơn số điện tử ở trạng thái năng lượng thấp N1 (nằm ở vùng hóa trị). Điều
kiện này được gọi là trạng thái nghịch đảo mật độ (population inversion) vì ở điều kiện bình
thường (ở trạng thái cân bằng về nhiệt), mật độ của các điện tử tại các mức năng lượng khác nhau
được phân bố theo hàm phân bố Boltzmann (số điện tử ở trạng thái năng lượng thấp N1 luôn cao
hơn so với số điện tử ở trạng thái năng lượng cao N2).
Do vậy, để có thể đạt được trạng thái nghịch đảo mật độ cần cung cấp năng lượng từ
bên ngoài đủ lớn để làm tăng số điện tử ở trạng thái năng lượng cao. Quá trình này được gọi là
quá trình “bơm” (pumping). Tùy theo loại vật liệu chế tạo nguồn quang hay khuếch đại quang, có
nhiều phương pháp bơm khác nhau như dùng ánh sáng, trường sóng vô tuyến tần số cao, dòng
điện …Đối với laser bán dẫn, nguồn bơm này được cung cấp dưới dạng dòng điện.
Dòng điện cung cấp cho laser càng lớn thì số điện tử ở vùng dẫn càng nhiều. Dòng điện
tối thiểu để đạt được trạng thái nghịch đảo nồng độ, điều kiện để có thể xảy ra quá trình khuếch
đại ánh sáng, được gọi là dòng ngưỡng.
Giá trị của dòng ngưỡng phụ thuộc vào tính chất khuếch đại và suy hao của vật liệu bán
dẫn và cấu trúc của hốc cộng hưởng.
3.3.4. Đặc tính phổ của Laser Fabry-Perot:
Phổ của Laser Fabry-Perot là tổng hợp của phổ độ lợi khuếch đại của quá trình phát xạ
kích thích xảy ra trong lớp tích cực của laser (phụ thuộc vào loại vật liệu chế tạo nguồn quang như
phổ của LED) và đặc tính chọn lọc tần số của hốc cộng hưởng.
Chương 3 Bộ phát quang
105
λ0
λ Ñaëc tuyeán khueách ñaïi
λ
Daûi thoâng
ñieàu cheá
λ
Hình 3.20. Phổ của Laser Fabry-Perot
Kết quả từ hình 3.20 cho thấy, ánh sáng ở ngõ ra của laser chỉ giới hạn trong các mode
nằm trong độ rộng phổ của đường cong khuếch đại. Ngoài ra, theo định nghĩa độ rộng phổ (3dB)
của nguồn quang, chỉ các mode sóng nằm trong giới hạn 3dB mới cần được quan tâm.
Do các tần số cộng hưởng (các mode sóng) có giá trị phụ thuộc vào chiều dài L của hốc
cộng hưởng (điều kiện 3.11) nằm theo trục dọc (longitudinal axis) của hốc cộng hưởng của laser
nên các mode này đựợc gọi là các mode dọc (longitudinal mode). Phổ của ánh sáng do laser
Fabry-Perot phát ra có nhiều mode nên loại laser này được gọi là laser đa mode MLM (Multi
Longitudinal Mode).
3.3.5- Đặc tính của laser
3.3.5.1 Phương trình tốc độ của laser:
Sự thay đổi theo thời gian của mật độ điện tử n (1/m3) và mật độ photon s (1/m3) trong
laser được biểu diễn bởi hệ các phương trình tốc độ (rate equations) sau [1]:
Dnsn
ed
J
dt
dn
sp
−−= τ (3.18)
phsp
snDns
dt
ds
ττ
ζ −+= (3.19)
Phương trình (3.18) cho thấy những yếu tố ảnh hưởng đến mật độ điện tử trong vùng tích
cực của laser như sau:
- Mật độ điện tử tăng khi có nhiều điện tử (do dòng điện cung cấp) được bơm vào vùng
tích cực. Quá trình này được biểu diễn bằng biểu thức (J/ed) với J(A/m2) là mật độ
dòng điện, e = 1,6 x 10-19 (C) là điện tích của điện tử, d là độ dày của vùng tích cực.
- Mật độ điện tử giảm khi có nhiều điện tử tái hợp với lỗ trống (chuyển trạng thái năng
lượng từ vùng dẫn xuống vùng hóa trị). Quá trình này xảy ra do hiện tượng phát xạ tự
Chương 3 Bộ phát quang
106
phát, biểu diễn bằng biểu thức (n/τsp) với τsp là thời gian sống của điện tử (khi xảy ra
hiện tượng phát xạ tự phát) và hiện tượng phát xạ kích thích, được biểu diễn bằng biểu
thức (Dns) với D là hằng số biểu diễn cho khả năng phát xạ kích thích, cũng như độ lợi
khuếch đại g, trong laser.
D = vg/n = (c/nri).g/n (3.20)
với v là vận tốc ánh sáng tryền trong lớp tích cực có chiết suất nri.
Qua đó cho thấy, khả năng phát xạ kích thích (tạo ra độ lợi trong laser) trong laser phụ
thuộc vào loại bán dẫn, mật độ điện tử và photon trong vùng tích cực.
Phương trình (3.19) cho thấy những yếu tố ảnh hưởng đến mật độ photon trong vùng tích
cực của laser như sau:
- Mật độ photon ở trạng thái phát xạ laser (lasing mode) tăng khi có nhiều photon phát xạ
do hiện tượng phát xạ kích thích. Quá trình nay biểu diễn bởi biểu thức (Dns).
- Mật độ photon cũng lên một lượng nhỏ do hiện tượng phát xạ tự phát. Quá trình nay
biểu diễn bởi biểu thức (ζn/τsp). Trong đó hệ số ζ rất nhỏ cho thấy rằng có rất ít photon
phát xạ tự phát di chuyển cùng hướng với các pho...
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: