›
›

Bài Giảng Kĩ thuật thông tin quang - Chương 3: Bộ phát quang - Đỗ Văn Việt Em

pdf 51 trang huongle 6510
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài Giảng Kĩ thuật thông tin quang - Chương 3: Bộ phát quang - Đỗ Văn Việt Em", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ki_thuat_thong_tin_quang_chuong_3_bo_phat_quang_do.pdf

Nội dung text: Bài Giảng Kĩ thuật thông tin quang - Chương 3: Bộ phát quang - Đỗ Văn Việt Em

  1. HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Fundamental of Optical Fiber Communications Giảng viên: Th.S Đỗ Văn Việt Em – Th.S Phạm Quốc Hợp Bộ môn: ThônggQg Tin Quang –Khoa Viễn thông 2 Email: emdvv@ptit.edu.vn, pqhop@ptithcm.edu.vn
  2. KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 3 BỘ PHÁT QUANG GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 2 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  3. NỘI DUNG CHƯƠNG 3 • Nguyên lý chung v ề biến đổi quang điện • LED • Laser diode (LD) • Các đặc tính kỹ thuật của nguồn quang • Các nguồn laser bán dẫn đơn mode • Bộ phát quang GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 3 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  4. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mứcnăng lượng (Energy Level): ƒ Tính chấthạtcủa ánh sáng: -34 • Eph = hf h: hằng số Plank (h= 6,625x10 J.s) f : tầnsố của photon ánh sáng • Eánh sáng = Nph x Eph Nph: số photon ƒ Tính lượng tử của vật chất: • Hat nhân: điệntíchdương • Các điệntử: điệntíchâm – QQyuay quanh hạt nhân theo các quỹ đạo ổn định – Mang mộtmứcnăng lượng nhất định GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 4 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  5. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mứcnăng lượng (Energy Level): ƒ Biểu đồ mứcnăng lượng (energy level diagram): Năng lượng E(eV) E4 E3 E2 Dải cấm năng luợng (energy gap) E1 ΔEij=Ej - Ei Trạng thái nền (ground state) E0 • Biểudiễntrạng thái năng lượng của điệntử trong mộtnguyêntử • Các mứcnăng lượng này không liên tục Æ rờirạc nhau GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 5 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  6. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mứcnăng lượng (Energy Level): ƒ Hàm phân bố Boltzmann: Năng lượng E exp(-ΔEi/kBT) −[ΔEi / k BT ] Ni = N0 × e Ei ΔEi: độ chênh lệch năng lượng giữa Ei và E0; -23 o kB: hằng số Boltzmann (1,38.10 (J/ K)) T: nhiệt độ tuyệt đối(oK). E0 Ni N0 Mật độ điện tử • Phân bố mật độ điệntửở các trạng thái năng lượng khác nhau • Khi “cân bằng về nhiệt” GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 6 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  7. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Mứcnăng lượng (Energy Level): ƒ Nhậnxét: • Ni > Nj (vớii 0oK: điệntử hấp thụ năng lượng nhiệt Æ thay đổitrạng thái năng lượng Æ chuyểntừ E0 lên các mứcnăng lượng cao hơn • Sốđiệntửở các mứcnăng lượng kích thích tăng lên khi To tăng • Trạng thái nền là trạng thái năng lượng bền vững của điện tử – Xu hướng chuyểnvề các trạng thái năng lượng thấp – Thờigiansống (lifetime) của điệntử • Khi điện tử chuyển từ EjÆEi (với i<j): giải phóng một phần năng lượng bằng đúng độ chênh lệch giữahaimứcnăng lượng GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 7 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  8. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguyên lý biến đổi quang điện: Haáp thuï Phaùt xaï töï phaùt Phaùt xaï kích thích (Absortion) (Spontaneous emission) (Stimulated emission) Bieán ñoåi quang -ñieän Bieán ñoåi ñieän - quang Bieán ñoåi ñieän - quang LED Linh kieän thu quang Laser (Light Emitting Diode) (Photo detector) (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 8 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  9. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguyên lý biến đổi quang điện: a. Hiện tượng hấp thụ và phát xạ tự phát b. Hiện tượng phát xạ kích thích GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 9 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  10. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Ánh sáng kết hợp (Coherent Light) ƒ Các photon do hiện tượng phát xạ kích thích phát ra có: • Cùng pha • Cùng tần số • Cùnggp phân cực • Cùng hướng truyền Æ Ánh sáng laser có tính kết hợp (coherent) ƒ Các photon ánh sáng do hiện tượng phát xạ tự phát tạo ra mộtcáchngt cách ngẫu nhiên theo th ời gian và không gian Æ Ánh sáng LED không có tính kết hợp GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 10 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  11. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn(Semiconductor Light Source) ƒ Nguồn quang: là linh kiệnbiến đổitínhiệu điện thành tín hiệu áhánh sáng có công suấttỷ lệ với dòng điệnchạyqua nó. ƒ Có hai loại nguồn quang được sử dụng trong thông tin quang: • Diode phát quang LED (Light Emitting Diode) • Laser (Li ght A mplifi cati on b y Sti mul at ed E mi ssi on of R adi ati on) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 11 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  12. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn(Semiconductor Light Source) ƒ Đượcsử dụng trong thông tin quang vì có thểđáp ứng đượccácyêucầu: • Kích thuớcnhỏ tương ứng vớisợi quang • Thu nhậntínhiệu điệnngõvàomột cách chính xác • Bướcsóngphùhợpvới vùng bướcsónghoạt động củasợi quang • Điềuchế tín hiệumộtcáchđơngiảntrêndảitầnrộng trảidàitừ tần số âm thanh tới dải tần gigahezt. • Hiệusuất ghép quang cao • Độ rộng phổ hẹp • Duy tìtrì mứccông suất ngõ ra ổn định • Giá thành thấpvàcóđộ tin cậycao GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 12 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  13. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn (Semiconductor Light Source) ƒ Chấtbándẫn đượcsử dụng cầnphảicó • Dảicấmnăng lượng trựctiếp • Độ rộng củadảicấmnăng lượng phù hợp để tạo ra ánh sáng có bướcsóngnằm trong vùng bướcsónghoạt động củaTTQ Æ Vậtliệu nhóm IV (Si, Ge, ) không thỏa điềukiện ƒ Bướcsóngcủa ánh sáng do nguồn quang phát ra chỉ phụ thuộc vào vật liệu chế tạo nguồn quang. GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 13 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  14. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn (Semiconductor Light Source) (a). Dảiic cấmnm năng lượng tr ựccti tiếpp(b)D (b). Dảiic cấmnm năng lượng gián tiếp GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 14 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  15. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Nguồn quang bán dẫn(Semiconductor Light Source) ƒ Kếthợpvậtliệu nhóm III (Ga, Al, ) và nhóm V (As, P, I)In, ) InGaAsP GaAs/InP AlGaAs GaAsP GaAs 0,5 0,6 0,7 0,85 1,0 1,3 1,55 λ(μm) Bước sóng ánh sáng phát xạ của một số loại bán dẫn nhóm III kếtth hợppv với nhóm V GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 15 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  16. Nguyên Lý Chung Về Biến Đổi Quang Điện • Vùng năng lượng (Energy Band): E Vuøng daãn (Conduction band) Dải cấm năng lượng (Energy band gap) Vuønggò hoaù trò (Valence band) ƒ Trong chất bán dẫn: • Các mứcnăng lượng rấtgần nhau Æ vùng năng lượng • Hai vùng năng lượng tách biệt nhau: vùng hóa trị (valence band) và vùng dẫn (dibd)(conduction band). GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 16 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  17. LED • Cấutạovànguyênlýhoạt động: ƒ Hoạt động dựatrêntiếpgiáppnphâncựcthuậnvàhiện tượng phátxạ tự phát I V + - Vuøng hieám p (Depletion region) n - - + Phaùt xaïïïp töï phaùt - + - + V>VD - + + - - + - - + - + - + photon - + - + - + - VD + Ec - + Loã troáng E = E - E Eph = hν E g c v - Ñieän töû Ev + GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 17 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  18. LED • ĐặctínhP-I của LED: ƒ Mốiquanhệ giữacôngsuất phát quang và dòng điện: • Công suất quang: P = E/t = Nph.Eph /t= (Ne.ηint.Eph)/t • Hiệusuấtlượng tử nội: P(mW) ηint = Nph / Ne 10 • Dòng điện: I=I = Ne.e/t 5 Æ P = [(ηint.Eph)/e].I I(mA) 0 100 200 • NếuEph đượctínhbằng đv (()eV): P( mW))[( = [(ηint.Eph(eV)].I( mA) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 18 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  19. LED • Đặctínhphổ của LED: E Vuøng daãn Công suất (()Conduction band) ccuhuẩn hóa 1 λ1 λ2 λ3 λ4 0.5 Δλ Vuøng hoaù trò λp λ(nm) (Valence band) 1, 24 λμij ()m = Với Eij = Ej -Ei EVEij ()eV GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 19 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  20. LED • Đặctínhphổ của LED: ƒ Nguồn quang bán dẫn: vùng năng lượng ƒ Các photon đượctạoracóbướcsóng: 1, 24 λμij ()m = Với Eij = Ej -Ei EVEij ()eV ƒ NhiềumứcNL Æ nhiềubướcsóngásđượctạora. ƒ Công suất phát quang tại các bước sóng khác nhau không đều nhau ƒ Bước sóng trung tâm: • Công suấtlớnnhất • Thay đổi theo nhiệt độ GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 20 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  21. LED • Cấu trúc của LED: Ánh sáng phát xạ Ánh sáng phát xạ bán dẫn p n điện cực tiếp xúc p bán dẫn n điện cực tiếp xúc Cấu trúc LED planar Cấu trúc LED dome GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 21 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  22. LED • Cấu trúc của LED: Cấu trúc LED Burrus GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 22 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  23. LED • Cấu trúc của LED: LED phát xạ cạnh (ELED) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 23 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  24. LASER • Cấu tạo laser Fabry – Perot: GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 24 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  25. LASER • Cấutạo laser Fabry – Perot: ƒ Cấu trúc nhiềulớpbándẫnp, n ƒ Lớptíchcực (active layer): • Rấtmỏng • Có chiết suất lớn kẹp giữa hai lớp P và N có chiết suất nhỏ hơn. Æ ống dẫnsóng. ƒ Ánh sáng phát ra và đượcgiữ trong lớptíchcực ƒ Ánh sáng của laser phát ra ở phía cạnh, giống như ELED ƒ Hai lớpphảnxạở hai đầulớptíchcựccóhspxR<1 Æ hốc cộng hưởng FbFabry-PtPerot ƒ Anh sáng được đưa ra ngoài qua mộtphần đượccắt nhẵn của một mặt phản xạ GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 25 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  26. LASER • Nguyên lý hoạt động: ƒ Hiệntượng phát xạ kích thích: • Tạorasự khuếch đại ánh sáng trong Laser • Ánh sáng kếthợp ƒ Hiện tượng cộng hưởng của sóng ánh khi lan truyền trong laser: • Quá trình chọnlọctầnsố (hay bước sóng) ánh sáng. • Chỉ những sóng áhánh sáng có tầnsố thỏa điều kiệnvề phacủa hốccộng hưởng thì mớicóthể lan truyềnvàcộng hưởng trong hốccộng hưởng được. Æ số sóng áhánh sáng dldo laser FbFabry-PtPerot phát xạ bị giới hạn Æ giảm độ rộng phổ củalaser so vớiLED. GIẢNG VIÊ www.ptit.edu.vn N: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP Trang 26 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  27. LASER • Hốccộng hưởng Fabry-Perot: a) Hoác coäng höôûng b) Khoâng coäng höôûng c) Coäng höôûng Fabry-Perot ƒ Sóng ánh sáng có thể tồntạivàkhuếch đại đượctrong hốccộng hưởng củalaser Fabry-Perot nếu: q λ q c L = ⋅ f = ⋅ n 2 2L n Với n: chiết suất của lớp tích cực, q=q = 1,2,3, GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 27 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  28. LASER • Độ khuếch đại quang: Lôùp phaûn xạ Lôùp phaûn xạ coù heä soá phaphanûnxaR xaï R1 coùhù he äso áph ha ûn xaï R2 Lôùp tích cöïc (active layer) R1 (1-R1)P(2L) R2R1P(2L) R1P(2L) R1P(()L) (1-R1))()P(L) P(0) P(L) P(()z) = P( ()0) exp[(g -α))]z] z 0 L ’ (g-α).2L • P (0) = R1.R2.P(2L) = P(0).R1.R2.e • P’(0) ≥ P(0) (g-α).2L Æ R1.R2.e ≥ 1 Æ g ≥α+ (1/2L))(.ln(1/R/ 1.R2) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 28 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  29. LASER • Độ khuếch đại quang: ƒ Điều kiện để ánh sáng được khuếch đại trong quá trình lan truyền vàhà phản xạ qua lạiii giữa hihhai hốc cộng hưởng: • g ≥α+ (1/2L).ln(1/R1.R2) • Nspontaneous +N+ Nstimulated >N> Nabsorption Ætrạng thái nghịch đảo mật độ (population inversion) Æ bơm (Pumping) ƒ Laser bán dẫn: nguồn bơm là dòng điện ƒ Dòng ngưỡng: dòng điện tối thiểu để đạt được trạng thái nghịch đảo nồng độ GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 29 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  30. LASER • Đặc tính phổ của Laser Fabry-Perot: Daûi thoâng ñieñieuàuche cheá λ Ñaëc tuyeááán khueách ñaïi λ 0 Đặc tính chọn lọc tần số của hốc cộng hưởng λ λ Phổ của Laser Fabry-Perot Æ laser đa mode MLM ((gMulti Longitudinal Mode ) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 30 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  31. LASER • Phương trình tốc độ của laser (rate equations): dn J n = − − Dns dt ed τ sp ds ζn s = Dns + − dt τ sp τ ph ƒ Biểudiễnsự thay đổitheothờigiancủamật độ điệntử và mật độ photon ƒ Tính chấtvàđáp ứng của laser theo thờigiancóthể được xác định: • Trạng thái tĩnh (steady-state): dn/dt=0 và ds/dt=0 • Trạng thái động (dynamic-state): dòng điệnkíchthíchthayđổi theo thời gian GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 31 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  32. LASER • Đặctínhđiềuchế củalaser: (a). Điều chế tín hiệu số (b). Điều chế tín hiệu tương tự GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 32 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  33. LASER • Nhiễu trong Laser: ƒ Xảyrakhitínhiệu quang phát ra không ổn định (khi điều kiện hoạt động của laser không thay đổi) về: • Công suất phát quang • Bướcsóng phát qqguang • Độ rộng phổ ƒ Phânloại: • Nhiễulượng tử (quantum noise) • Sự khôôgng ổn định của nguồn quang • Sự phảnxạ của ánh sáng vào nguồn quang • Nhiễu thành phần (partition noise) trong các nguồn quang đa mode GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 33 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  34. CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • ĐặctuyếnP-I củanguồn quang: ƒ Công suất phát quang: công suấttổng cộng mà nguồn quang phátra ƒ ĐặctuyếnP-I của SLED, ELED và Laser: P(mW) LASER 10 SLED ELED 5 I(mA) 0 Ith 100 200 GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 34 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  35. CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • Góc phát quang: ƒ Đượcxácđịnh ở mức công suất quang giảm mộtnữa(3dB) so với mứccực đại SLED LASER ELED GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 35 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  36. CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • Hiệusuất ghép quang: ƒ Tỷ số giữacôngsuất quang ghép vào sợi quang Popt trên công suấtphát quang củanguồn quang Ps P η = opt Ps ƒ Hiệusuất ghép quang củamộtsố loạinguồn quang: • SLED: 1-5% • ELED: 5-15% • Laser: + 60% đốivớisợi quang đơnmode (SMF) + 90% đối với sợi quang đa mode (MMF) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 36 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  37. CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • Hiệusuất ghép quang: ƒ Hiệusuất ghép quang phụ thuộc: • Kích thước vùng phát quang • Góc phát quang củanguồn quang • Góc thu nhận ((yhay NA) củasợi qqguang • Vị trí tương đốigiữanguồn quang và sợi quang • Bước sóng ánh sáng GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 37 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  38. CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • Độ rộng phổ: ƒ Là khoảng bước sóng mà công suất quang không nhỏ hơnphânnữamứccông suất đỉnh Công suất chuẩn hóa 1 0.5 Δλ λp λ(nm) ƒ Độ rộng phổ củamộtsố loạinguồn quang • LED: 50-60nm • Laser Fabry Perot (MLM laser): 2-4nm • Nguồn quang bán dẫn đơn mode (SLM): < 0.1 nm GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 38 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  39. CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • Thời gian lên (rise time): ƒ là thờigianđể công suất quang ở ngõ ra củanguồn quang tăng từ 10% đến 90% mứccông suất ổn định Coâng suaát töông ñoái 1 0.9 010.1 t tr ƒ ảnh hưởng đếntốc độ bit củatínhiệu điềuchế. ƒ Thờigianlêncủa Laser (không quá 1 ns) rất nhanh so với LED (2–50 ns tùy loại) Æ Sử dụng trong các hệ thống thông tin quang tốc độ cao GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 39 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  40. CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA NGUỒN QUANG • Ảnh hưởng của nhiệt độ: ƒ Làm thay đổicáctínhchấtcủanguồn quang: • Bước sóng phát quang • Công suất phát quang. ƒ Xảy ra nhiều hơn với laser hơn là LED Công suất quang (mW) Nhiệt độ tăng o o o Ith (20 C) Ith (50 C) Ith (80 C) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 40 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  41. LASER Bán Dẫn Đơn Mode • Laser hồitiếpphânbố (DFB): ƒ Distributed Feedback Laser (DFB laser) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 41 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  42. LASER Bán Dẫn Đơn Mode • Laser hồitiếpphânbố (DFB): ƒ Quá trình cộng hưởng và chọnlọctầnsốđượcthựchiện nhờ cấutrúccáhách tử Bragg đặt ở bêncạnh, dọctheo vùng tích cựccủalaser. ƒ Chỉ phát xạ ánh sáng có bước sóng λB thỏa đk Bragg: λB = 2.Λ.neff Với Λ:chukỳ củacáchtử Bragg, neff = n.sinθ, n: chiếtsuấtcủa cáhách tử, θ: gócphảnxạ của áhánh sáng Ælaser DFB chỉ phát ra một mode sóng có độ rộng phổ rất hẹpso vớilaser FP GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 42 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  43. LASER Bán Dẫn Đơn Mode • Laser phảnxạ Bragg phân bố (DBR) ƒ Distributed Bragg Reflector Laser (DBR laser) ƒ Cách tử Bragg được đặt ở hai đầu vùng tích cực, đóng vai trò như gương phảnxạ củahốccộng hưởng ƒ Chỉ có mộtbướcsóngthỏa điềuBraggmớicóthể phản xạ lạivàcộng hưởng trong vùng tích GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 43 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  44. LASER Bán Dẫn Đơn Mode • Laser bán dẫnhốccộng hưởng ghép (Coupled Cavity Semiconductor Laser) (a) Laser hốc cộng hưởng ngoài (external cavity laser) (b) Hệ số phản xạ phụ thuộc bước sóng (c) Phổ của laser GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 44 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  45. LASER Bán Dẫn Đơn Mode • Laser bán dẫnhốccộng hưởng ghép (Coupled Cavity Semiconductor Laser) Laser hốc cộng ngoài Laser hốc cộng hưởng cắt (external cavity laser) (cleaved-cavity laser) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 45 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  46. Bộ Phát Quang • Các thành phầncủamộtbộ phát quang: ƒ Nguồn quang ƒ Bộ ghép tín hiệu quang ƒ Mạch điềuchế tín hiệu ƒ Mạch điều khiểncông suất GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 46 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  47. Bộ Phát Quang • Sơ đồ khối bộ phát quang: GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 47 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  48. Bộ Phát Quang • Mạch phát điềubiếncường độ: ƒ Kếthợpcủamạch điềukhiểnvàmạch điềuchế tín hiệu GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 48 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  49. Bộ Phát Quang • Mạch phát điều biến cường độ: Mạch điều khiểnMạch điều chế tín hiệu GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 49 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  50. Bộ Phát Quang • Bộđiềubiến ngoài: ƒ Điềuchế tín hiệu quang đượcthựchiệnbởibộđiềuchế ngòiòai (external modldulator). ƒ Ánh sáng do laser phát ra dướidạng sóng liên tụcCW (continuous wave) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 50 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2
  51. Bộ Phát Quang • Bộđiềubiến ngoài: ƒ Khắcphục đượccácnhược điểmcủakỹ thuật điềuchế trựctiếp: • Băng thông điềuchế không bị giớihạnbởitầnsố dao động tắt dầncủa laser diode • Không xảyrahiệntượng chirp đốivớitínhiệu quang vì laser đượckíchthíchbởidòngđiện ổn định • Không bị giớihạnbởicông suất phát qqguang ƒ Phân loại: • Mach-Zehnder Modulator (MZM) • Elect roab sorpti on MdltModulator (EA) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP www.ptit.edu.vn Trang 51 BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2