Đồ án Các phần tử quang điện trong thông tin quang

LỜI NÓI ĐẦU 1CHƯƠNG 1 3TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 31.1 Giới thiệu chung 31.1.1 Mô hình hệ thống thông tin quang 31.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin quang 41.1.3 Ưu điểm của hệ thống thông tin quang 51.2 Sự phát triển của kỹ thuật thông tin quang 61.3 Phân loại các phần tử quang điện trong thông tin quang 91.3.1 Các phần tử thụ động 101.3.2 Các phần tử tích cực 11CHƯƠNG 2 12CÁC PHẦN TỬ QUANG THỤ ĐỘNG 122.1 Cơ sở vật lý chung cho các phần tử thụ động 122.1.1 Bản chất của ánh sáng 122.1.1.1 Tính chất hạt 122.1.1.2 Tính chất sóng 132.1.2 Một số đặc trưng của ánh sáng 132.1.2.1 Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng 142.1.2.2 Định luật Snell 152.1.2.3 Nguyên lý phản xạ Bragg 162.1.3 Hệ phương trình Maxwell 172.1.3.1 Phương trình sóng trong điện môi 172.1.3.2 Phân cực ánh sáng 192.2 Sợi quang 212.2.1 Cấu trúc sợi quang 212.2.2 Phân loại sợi quang 212.2.2.1 Sợi đơn mode(SM) 222.2.2.2 Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc(MM-SI) 222.2.2.3 Sợi đa mode chiết suất biến đổi (MM - GI) 232.2.3 Các tham số ảnh hưởng tới truyền lan trong sợi quang 242.2.3.1 Suy hao 242.2.3.2 Tán sắc 272.3 Coupler quang 322.3.1 Coupler 2x2 322.3.1.1 Cấu tạo 322.3.1.2 Nguyên lý hoạt động 332.3.2 Coupler hình sao thụ động (PSC) 342.4 Bộ lọc quang 352.4.1 Chức năng của các bộ lọc 352.4.2 Đặc điểm, tham số của bộ lọc 352.4.2.1 Dải phổ tự do FSR 352.4.2.2 Độ mịn của bộ lọc F 362.4.2.3 Suy hao xen và độ phẳng dải thông 362.4.3 Các loại bộ lọc quang 372.4.3.1 Bộ lọc cách tử nhiễu xạ 372.4.3.2 Bộ lọc cách tử Bragg sợi 392.4.3.3 Bộ lọc màng mỏng nhiều lớp 402.4.3.4 Bộ lọc Fabry-Perot 412.5 Bộ phân cực và ngăn cách tín hiệu 422.5.1 Đặc điểm, nguyên lý hoạt động của bộ phân cực 422.5.2 Bộ ngăn cách tín hiệu 432.5.3 Bộ Isolator và Circulator 432.6 Bộ bù tán sắc 442.6.1 Kỹ thuật bù tán sắc 442.6.1.1 Kỹ thuật bù sau 442.6.1.2 Kỹ thuật bù trước 452.6.2 Các thiết bị bù tán sắc 452.6.2.1 Sợi bù tán sắc 452.6 .2.2 Bộ bù tán sắc bằng cách tử Bragg sợi chu kỳ biến đổi tuyến tính 47CHƯƠNG 3 50CÁC PHẦN TỬ TÍCH CỰC 503.1 Cơ sở vật lý chung của các phần tử tích cực 503.1.1 Các khái niệm vật lý bán dẫn 503.1.1.1 Các vùng năng lượng 503.1.1.2 Lớp tiếp giáp p-n 523.1.2 Các quá trình đặc trưng trong vật lý bán dẫn 543.1.2.1 Quá trình hấp thụ và phát xạ 543.1.2.2 Trạng thái đảo mật độ 553.2 Nguồn quang 563.2.1 Điốt phát quang. 573.2.1.1 Cấu trúc LED 573.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của LED 573.2.1.3 Đặc tính của LED 593.2.1.4 Ứng dụng của LED 623.2.2 Laser bán dẫn 623.2.2.1 Cấu trúc Laser bán dẫn 623.2.2.2 Nguyên lý hoạt động của Laser bán dẫn 663.2.2.3 Đặc tính của Laser bán dẫn 693.2.3 Một số nguồn quang hiện đại 703.2.3.1 Laser hồi tiếp phân bố (DFB) và Laser phản hồi phân bố (DBR) 703.2.3.2 Laser với hốc cộng hưởng kép 713.2.3.3 Laser giếng lượng tử 733.2.3.4 Laser bán dẫn có thể điều chỉnh được 743.3 Bộ tách quang 753.3.1 Photodiode PIN 763.3.1.1 Cấu trúc của PIN 763.3.1.2 Nguyên lý hoạt động 763.3.1.3 Đặc tính của PIN 783.3.2 Photodiode quang thác APD 793.3.2.1 Cấu trúc của APD 793.3.2.2 Nguyên lý hoạt động 803.3.2.3 Đặc trưng của APD 813.3.3 Các bộ tách quang hiện đại 823.3.3.1 APD sử dụng giếng lượng tử 823.3.3.2 Detector sử dụng cấu trúc nhiều giếng lượng tử (MQW) 843.4 Bộ khuếch đại 853.4.1 Bộ khuếch đại quang bán dẫn. 853.4.1.1 Cấu trúc bộ SOA 853.4.1.2 Các thông số của bộ khuếch đại SOA 863.4.2 Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp đất hiếm 883.4.2.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của bộ EDFA 883.4.2.2 Đặc tính của bộ EDFA 903.5 Bộ chuyển đổi bước sóng 923.5.1 Bộ chuyển đổi bước sóng quang điện 923.5.2 Bộ chuyển đổi bước sóng dùng cách tử quang 933.5.3 Bộ chuyển đổi bước sóng dùng bộ trộn sóng 93KẾT LUẬN 94TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

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

TÀI LIỆU LUẬN VĂN CÙNG DANH MỤC

TIN KHUYẾN MÃI

  • Thư viện tài liệu Phong Phú

    Hỗ trợ download nhiều Website

  • Nạp thẻ & Download nhanh

    Hỗ trợ nạp thẻ qua Momo & Zalo Pay

  • Nhận nhiều khuyến mãi

    Khi đăng ký & nạp thẻ ngay Hôm Nay

NẠP THẺ NGAY