Nội dung môn học thông tin quang nâng cao - Phần 1.pdf (CN BCVT)

Néi dung m«n häc Th«ng tin quang n©ng cao PhÇn 1: Tæng quan vÒ kü thuËt th«ng tin quang Gi¶ng viªn: Hoµng V¨n Vâ PhÇn 2: C¸c phÇn tö c¬ b¶n trong kü thuËt th«ng tin quang Gi¶ng viªn: Hoµng V¨n Vâ PhÇn 3: C¬ së kü thuËt th«ng tin quang Gi¶ng viªn: Hoµng V¨n Vâ PhÇn 4: HÖ thèng th«ng tin quang Gi¶ng viªn: Vò TuÊn L©m PhÇn 5: Mét sè c«ng nghÖ quang tiªn tiÕn Gi¶ng viªn: Vò TuÊn L©m 1 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TTQ 1.1. Lịch sử phát triển hệ thống thông tin quang 1.2. Mô hình chung của hệ thống thông tin quang – Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống thông tin quang – Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang – Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang 1.3. Một số vấn đề vật lý cơ bản trong kỹ thuật thông tin quang – Một số vấn đề cơ bản về ánh sáng – Một số vấn đề cơ bản trong vật lý bán dẫn – Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang 1.4. Các công nghệ trong kỹ thuật TTQ 2 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.1.1. M« h×nh hÖ thèng th«ng tin quang 1.1.2. Mét sè hÖ thèng th«ng tin quang cña ng-êi cæ x-a 1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin quang hiện đại 1.1.4. Một số hệ thống cáp quang trên thế giới và ở Việt Nam 3 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.1.1. M« h×nh hÖ thèng th«ng tin quang VÒ c¬ b¶n, m« h×nh hệ thống th«ng tin quang ®-îc chØ ra ë h×nh sau: T/h ¸nh s¸ng T/h ph¸t Bé ph¸t quang M«i tr-êng truyÒn dÉn Bé thu quang T/h thu H×nh 1.1. M« h×nh hệ thống th«ng tin quang 4 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.1.2. Mét sè hÖ thèng th«ng tin quang cña ng-êi cæ x-a Tõ xa x-a con ng-êi ®· biÕt sö dông kỹ thuật thông tin quang để truyền tin. M« h×nh hệ thống th«ng tin quang của người cổ xưa gåm: TÝn hiÖu ph¸t: - TÝn hiÖu löa hay tÝn hiÖu khãi ®-îc m· hãa Bé ph¸t quang: - TÝn hiÖu löa, - TÝn hiÖu khãi TÝn hiÖu truyÒn dÉn: - ¸nh s¸ng M«i tr-êng truyÒn dÉn: - KhÝ quyÓn Bé ph¸t quang: - M¾t ng-êi. 5 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.1.2. Mét sè hÖ thèng th«ng tin quang cña ng-êi cæ x-a - Thêi kú ®Õ quèc La m· vµ Hy l¹p cæ ®¹i: Ng-êi ta sö dông c¸c tÝn hiÖu löa truyÒn qua c¸c ngän nói hay qua c¸c th¸p ®Ó truyÒn th«ng tin vÒ c¸c mÖnh lÖnh, phèi hîp t¸c chiÕn còng nh- kÕt qu¶ cña c¸c trËn ®¸nh. - C¸ch ®©y 2500 n¨m, ng-êi ta ®· ph¸t minh ra th«ng tin dïng ®uèc ®Ó m· ho¸ th«ng tin vµ truyÒn dÉn th«ng tin. C¸c tr¹m ph¸t vµ thu ®-îc x©y dùng nh- hai bøc t-êng trªn c¸c ®Ønh cao. Trªn mçi bøc t-êng cã nhiÒu lç, trong c¸c lç ®Æt c¸c ngän ®uèc. Tïy thuéc vµo sè l-îng ®uèc ®-îc ®èt lªn t¹i t-êng bªn ph¶i vµ bªn tr¸i (m· ho¸ th«ng tin), th«ng tin ®-îc ®-îc truyÒn ®i vµ gi¶i m·. - Tõ n¨m 150 sau c«ng nguyªn, ng-êi La m· ®· cã mét m¹ng th«ng tin tÝn hiÖu khãi, víi tæng chiÒu dµi kho¶ng 4500 km. §©y lµ m¹ng tÝn hiÖu quang víi c¸c ký hiÖu khãi ®· ®-îc quy ®Þnh tr-íc. M¹ng th«ng tin nµy gåm c¸c th¸p n»m trong tÇm nh×n cña nhau. Hµng tr¨m ngän th¸p nh- vËy sö dông cho th«ng b¸o c¸c tÝn hiÖu qu©n sù cÇn thiÕt mét c¸ch nhanh chãng. 6 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.1.2. Mét sè hÖ thèng th«ng tin quang cña ng-êi cæ x-a Năm 1790: Claude Chappe, kỹ sư người Pháp, đã xây dựng một hệ thống điện báo quang (optical telegraph). Hệ thống này gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiệu trên đó. Hệ thống đã truyền được tín hiệu qua khoảng cách 200 km trong vòng 15 phút. Hình 1.2 7 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin quang hiện đại  Cã 3 h-íng nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn:  Nghiªn cøu chÕ t¹o sîi quang,  Nghiªn cøu chÕ t¹o nguån ph¸t ¸nh s¸ng,  Nghiªn cøu ph¸t triÓn hÖ thèng. (h-íng 1 vµ 2 cã thÓ tiÕn hµnh ®éc lËp vµ ®ång thêi, cßn h-íng thø 3 ®-îc thùc hiÖn trªn c¬ së cña 2 h-íng trªn)  Các thế hệ truyền dẫn quang trong lịch sử phát triển 8 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin quang hiện đại  Một số mốc trong lịch sử phát triển sợi quang - Năm1870: Thí nghiệm của John Tyndall đã chứng minh được ánh sáng có thể dẫn được theo một vòi nước uốn cong dựa vào nguyên lý phản xạ toàn phần - Năm 1934: Norman R.French, kỹ sư người Mỹ, nhận được bằng sáng chế về hệ thống thông tin quang. Phương tiện truyền dẫn của ông là thanh thủy tinh. - Vào những năm 1950: Brian O’Brien, Harry Hopkins và Nariorger Kapany đã phát triển sợi quang có hai lớp, bao gồm lớp lõi bên trong để ánh sáng lan truyền trong lớp này và lớp vỏ bao xung quanh bên ngoài lớp lõi, nhằm giam giữ ánh sáng chỉ truyền ở trong lớp lõi. - 1966: Sîi quang ®Çu tiªn, suy hao: 1000dB/km (Corning Glass) - 1970: Sîi quang, suy hao: 20dB/km (Corning Glass): Kao vµ Hockham 9 1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.1.3. Một số mốc trong lịch sử phát triển kỹ thuật thông tin quang hiện đại  Một số mốc trong lịch sử phát triển sợi quang (tiếp theo) - 1975: Sîi quang, suy hao: 2dB/km (Corning Glass) - 1976: Sîi quang, suy hao: 0,5dB/km ë =1,3m (NhËt B¶n) - 1979: Sîi quang, suy hao: 0,2dB/km ë =1,55m (NhËt B¶n) - 1982: Sîi SM, suy hao 0,16 dB/km ( giíi h¹n lý thuyÕt) (Corning Glass) 10