Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 3

1.1 Giới thiệu chung 3

1.1.1 Mô hình hệ thống thông tin quang 3

1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin quang 4

1.1.3 Ưu điểm của hệ thống thông tin quang 5

1.2 Sự phát triển của kỹ thuật thông tin quang 6

1.3 Phân loại các phần tử quang điện trong thông tin quang 9

1.3.1 Các phần tử thụ động 10

1.3.2 Các phần tử tích cực 11

CHƯƠNG 2 12

CÁC PHẦN TỬ QUANG THỤ ĐỘNG 12

2.1 Cơ sở vật lý chung cho các phần tử thụ động 12

2.1.1 Bản chất của ánh sáng 12

2.1.1.1 Tính chất hạt 12

2.1.1.2 Tính chất sóng 13

2.1.2 Một số đặc trưng của ánh sáng 13

2.1.2.1 Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng 14

2.1.2.2 Định luật Snell 15

2.1.2.3 Nguyên lý phản xạ Bragg 16

2.1.3 Hệ phương trình Maxwell 17

2.1.3.1 Phương trình sóng trong điện môi 17

2.1.3.2 Phân cực ánh sáng 19

2.2 Sợi quang 21

2.2.1 Cấu trúc sợi quang 21

2.2.2 Phân loại sợi quang 21

2.2.2.1 Sợi đơn mode(SM) 22

2.2.2.2 Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc(MM-SI) 22

2.2.2.3 Sợi đa mode chiết suất biến đổi (MM - GI) 23

2.2.3 Các tham số ảnh hưởng tới truyền lan trong sợi quang 24

2.2.3.1 Suy hao 24

2.2.3.2 Tán sắc 27

2.3 Coupler quang 32

2.3.1 Coupler 2x2 32

2.3.1.1 Cấu tạo 32

2.3.1.2 Nguyên lý hoạt động 33

2.3.2 Coupler hình sao thụ động (PSC) 34

2.4 Bộ lọc quang 35

2.4.1 Chức năng của các bộ lọc 35

2.4.2 Đặc điểm, tham số của bộ lọc 35

2.4.2.1 Dải phổ tự do FSR 35

2.4.2.2 Độ mịn của bộ lọc F 36

2.4.2.3 Suy hao xen và độ phẳng dải thông 36

2.4.3 Các loại bộ lọc quang 37

2.4.3.1 Bộ lọc cách tử nhiễu xạ 37

2.4.3.2 Bộ lọc cách tử Bragg sợi 39

2.4.3.3 Bộ lọc màng mỏng nhiều lớp 40

2.4.3.4 Bộ lọc Fabry-Perot 41

2.5 Bộ phân cực và ngăn cách tín hiệu 42

2.5.1 Đặc điểm, nguyên lý hoạt động của bộ phân cực 42

2.5.2 Bộ ngăn cách tín hiệu 43

2.5.3 Bộ Isolator và Circulator 43

2.6 Bộ bù tán sắc 44

2.6.1 Kỹ thuật bù tán sắc 44

2.6.1.1 Kỹ thuật bù sau 44

2.6.1.2 Kỹ thuật bù trước 45

2.6.2 Các thiết bị bù tán sắc 45

2.6.2.1 Sợi bù tán sắc 45

2.6 .2.2 Bộ bù tán sắc bằng cách tử Bragg sợi chu kỳ biến đổi tuyến tính 47

CHƯƠNG 3 50

CÁC PHẦN TỬ TÍCH CỰC 50

3.1 Cơ sở vật lý chung của các phần tử tích cực 50

3.1.1 Các khái niệm vật lý bán dẫn 50

3.1.1.1 Các vùng năng lượng 50

3.1.1.2 Lớp tiếp giáp p-n 52

3.1.2 Các quá trình đặc trưng trong vật lý bán dẫn 54

3.1.2.1 Quá trình hấp thụ và phát xạ 54

3.1.2.2 Trạng thái đảo mật độ 55

3.2 Nguồn quang 56

3.2.1 Điốt phát quang. 57

3.2.1.1 Cấu trúc LED 57

3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của LED 57

3.2.1.3 Đặc tính của LED 59

3.2.1.4 Ứng dụng của LED 62

3.2.2 Laser bán dẫn 62

3.2.2.1 Cấu trúc Laser bán dẫn 62

3.2.2.2 Nguyên lý hoạt động của Laser bán dẫn 66

3.2.2.3 Đặc tính của Laser bán dẫn 69

3.2.3 Một số nguồn quang hiện đại 70

3.2.3.1 Laser hồi tiếp phân bố (DFB) và Laser phản hồi phân bố (DBR) 70

3.2.3.2 Laser với hốc cộng hưởng kép 71

3.2.3.3 Laser giếng lượng tử 73

3.2.3.4 Laser bán dẫn có thể điều chỉnh được 74

3.3 Bộ tách quang 75

3.3.1 Photodiode PIN 76

3.3.1.1 Cấu trúc của PIN 76

3.3.1.2 Nguyên lý hoạt động 76

3.3.1.3 Đặc tính của PIN 78

3.3.2 Photodiode quang thác APD 79

3.3.2.1 Cấu trúc của APD 79

3.3.2.2 Nguyên lý hoạt động 80

3.3.2.3 Đặc trưng của APD 81

3.3.3 Các bộ tách quang hiện đại 82

3.3.3.1 APD sử dụng giếng lượng tử 82

3.3.3.2 Detector sử dụng cấu trúc nhiều giếng lượng tử (MQW) 84

3.4 Bộ khuếch đại 85

3.4.1 Bộ khuếch đại quang bán dẫn. 85

3.4.1.1 Cấu trúc bộ SOA 85

3.4.1.2 Các thông số của bộ khuếch đại SOA 86

3.4.2 Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp đất hiếm 88

3.4.2.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của bộ EDFA 88

3.4.2.2 Đặc tính của bộ EDFA 90

3.5 Bộ chuyển đổi bước sóng 92

3.5.1 Bộ chuyển đổi bước sóng quang điện 92

3.5.2 Bộ chuyển đổi bước sóng dùng cách tử quang 93

3.5.3 Bộ chuyển đổi bước sóng dùng bộ trộn sóng 93

KẾT LUẬN 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95