Luận Văn Các phần tử quang điện trong thông tin quang

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

LỜI NÓI ĐẦU 4
6
6
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