KĨ THUẬT THÔNG TIN SỢI QUANG

KĨ THUẬT THÔNG TIN SỢI QUANG

(Fundamental of Optical Fiber Communications)

1. Thông tin chung về môn học

- Tên môn học: Kỹ thuật thông tin sợi quang

- Mã môn học: VTTQ1202

- Số đvht: 4

- Loại môn học: bắt buộc

- Các môn học tiên quyết: Vật lý, cấu kiện điện tử, Toán kỹ thuật, Lý thuyết trường điện từ, Lý thuyết thông tin, Xử lý tín hiệu số, Ghép kênh tín hiệu số

- Phân bổ giờ đối với các hoạt động:

Giảng lý thuyết : 45 tiết

Hướng dẫn bài tập trên lớp : 3 tiết

Thực hành, thí nghiệm : 12 tiết

Hoạt động theo nhóm : (12 tiết Thí nghiệm, thực hành)

Tự học : 120 giờ

- Khoa/Bộ môn phụ trách môn học: Bộ môn Thông tin quang – Khoa Viễn thông 1

2. Mục tiêu của môn học

- Kiến thức: Cung cấp cho SV những kiến thức về các phần tử cơ bản cấu thành hệ thống thông tin sợi quang; các tham số, nguyên lý vận hành và các cấu hình mạng ứng dụng. Thiết kế hệ thống được giới thiệu như một phần của kiến thức tổng hợp.

- Kỹ năng: Rèn luyện kỹ năng tự học, tự nghiên cứu lý thuyết. Rèn luyện các kỹ năng vận hành, đo thử, đo kiểm các phần tử, hệ thống và tổ chức mạng truyền dẫn quang trên trang thiết bị thực tế tại phòng thí nghiệm-thực hành.

- Thái độ, chuyên cần:

3. Tóm tắt nội dung môn học

Tổng quan về kỹ thuật thông tin sợi quang (TTQ), quá trình phát triển và mô hình cơ bản hệ thống TTQ, một số kiến thức vật lý cơ bản ứng dụng trong kỹ thuật TTQ.

Cấu trúc các loại sợi quang và cáp sợi quang, quá trình lan truyền ánh sáng trong sợi quang theo quan điểm quang hình và sóng; các tham số tán sắc, suy hao của sợi quang.

Cấu trúc và các đặc tính quan trọng của các nguồn phát quang bán dẫn bao gồm LED và laser diode, các vấn đề cơ bản trong thiết kế bộ phát quang điều biến cường độ dùng LED, dùng Laser.

Cấu trúc bộ thu tín hiệu quang và các phần tử chuyển đổi quang-điện quan trọng PIN PD và APD, nhiễu và các tham số quan trọng của bộ thu quang.

Kiến trúc, cách thức tổ chức cơ bản của một hệ thống thông tin quang điều biến cường độ/ tách sóng trực tiếp (IM-DD), quy trình và một số vấn đề trong việc thiết kế hệ thống thông tin quang cho tín hiệu số và tín hiệu tương tự.

4. Nội dung chi tiết môn học

Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật thông tin sợi quang

1.1. Lịch sử phát triển hệ thống thông tin sợi quang

1.2. Mô hình chung của hệ thống thông tin sợi quang

1.2.1. Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống thông tin sợi quang

Sơ đồ khối

Nguyên tắc truyền tin

1.2.2. Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin sợi quang

Bộ phát quang

Môi trường truyền dẫn (sợi quang)

Bộ thu quang

1.2.3. Ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang

1.3. Một số vấn đề cơ bản về quang vật lý trong kỹ thuật thông tin quang

1.3.1. Một số vấn đề cơ bản về ánh sáng

Các khái niệm chung (bước sóng, tần số ánh sáng và sóng điện từ trong các hệ thống thông tin)

Bản chất ánh sang

Một số định luật quang cơ bản

1.3.2. Một số vấn đề cơ bản trong vật lí bán dẫn

Quá trình hấp thụ và phát xạ photon

Quá trình tái hợp trong bán dẫn

Vật liệu bán dẫn quang

Tiếp giáp p-n

1.3.3. Các hiệu ứng cơ bản của vật liệu quang

Hiệu ứng điện quang

Hiệu ứng quang từ

Hiệu ứng quang âm

Chương 2: Sợi quang

2.1. Cấu trúc và phân loại sợi quang

2.1.1. Cấu tạo sợi quang

Vật liệu chế tạo

Cấu trúc và chức năng các lớp

2.1.2. Phân loại sợi quang

Phân loại theo vật liệu chế tạo

Phân loại theo chiết suất lõi sợi

Phân loại theo đặc tính truyền dẫn (mode)

2.2. Mô tả quang hình quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang

2.2.1. Khái niệm mode và tia sáng

2.2.2. Sợi đa mode chiết suất bậc

2.2.3. Sợi đa mode chiết suất biến đổi

2.3. Truyền sóng ánh sáng trong sợi quang

2.3.1. Tổng quan về mode truyền

2.3.2. Hệ phương trình Maxwell

2.3.3. Phương trình sóng đặc trưng cho sợi quang

2.3.4. Các mode trong sợi chiết suất bậc

2.3.5. Mode phân cực tuyến tính

2.3.6. Các mode trong sợi chiết suất biến đổi

2.3.7. Sợi đơn mode

Điều kiện đơn mode

Đường kính trường mode

2.4. Tán sắc trong sợi quang

2.4.1. Khái niệm cơ bản

Khái niệm, đơn vị, phân loại

Ảnh hưởng của tán sắc lên hệ thống thông tin sợi quang

2.4.2. Tán sắc mode

2.4.3. Tán sắc vật liệu

2.4.4. Tán sắc ống dẫn sóng

2.4.5. Tán sắc bậc cao

2.4.6. Tán sắc mode phân cực

2.5. Suy hao


Khái niệm, biểu thức, đơn vị

Ảnh hưởng của suy hao lên hệ thống thông tin sợi quang

2.5.2. Suy hao do hấp thụ

2.5.3. Suy hao do tán xạ

2.5.4. Suy hao do uốn cong

2.5.5. Đặc tuyến suy hao sợi quang

2.5.6. Các suy hao khác

2.6. Hiệu ứng phi tuyến


2.6.2. Tán xạ Raman kích thích

2.6.3. Tán xạ Brillouin kích thích

2.6.4. Tự điều chế pha

2.6.5 Điều chế pha chéo

2.6.6. Trộn bốn sóng

2.7. Một số loại sợi quang mới

2.8. Cáp sợi quang

2.8.1. Sản xuất sợi quang

2.8.2. Cấu trúc cáp sợi quang

2.8.3. Kết nối cáp sợi quang

Chương 3: Bộ phát quang

3.1. Tiếp giáp dị thể kép

3.2. LED

3.2.1 Cấu trúc của LED

3.2.2 Đặc tính P- I của LED

3.2.3 Đặc tính phổ của LED

3.2.4 Đặc tính điều chế của LED

3.3. Laser diode (LD)

3.3.1 Khoang cộng hưởng Fabry- Perot

3.3.2 Cấu tạo và nguyên lý cơ bản của LD

3.3.3 Độ khuếch đại quang

3.3.4 Điều kiện ngưỡng LD

3.3.5 Các cấu trúc LD

3.3.6 Đặc tính của LD

Phương trình tốc độ của LD

Trạng thái tĩnh của LD

Trạng thái động của LD

Đặc tính điều chế của LD

3.4. Các nguồn laser bán dẫn đơn mode

3.5. Bộ phát quang

3.5.1 Ghép nối nguồn quang và sợi

3.5.2 Mạch phát điều biến cường độ

Mạch phát sử dụng LED

Mạch phát sử dụng LD

Chương 4: Bộ thu quang

4.1. Các khái niệm cơ bản

4.1.1 Độ đáp ứng phần tử chuyển đổi quang- điện

4.1.2 Thời gian đáp ứng phần tử chuyển đổi quang- điện

4.2. Các phần tử chuyển đổi quang- điện bán dẫn

4.2.1 Photodiode p- n

Sơ đồ cấu trúc

Nguyên tắc hoạt động

4.2.2 Photodiode PIN



4.2.3 Photodiode APD



4.3. Các bộ tiền khuyếch đại

4.3.1 Bộ tiền khuyếch đại trở kháng thấp

4.3.2 Bộ tiền khuyếch đại trở kháng cao

4.3.3 Bộ tiền khuyếch đại chuyển trở kháng

4.3.4 Bộ tiền khuyếch đại tốc độ cao

4.4. Nhiễu trong bộ thu quang

4.4.1 Nhiễu nổ

4.4.2 Nhiễu nhiệt

4.4.3 Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

4.4.4 Công suất nhiễu tương đương (NEP)

4.5 Các tham số của bộ thu quang

4.5.1 Tỷ số lỗi bit

4.5.2 Độ nhạy bộ thu quang

4.5.3 Giới hạn lượng tử

4.5.4 Tỷ lệ phân biệt

4.6. Một số vấn đề khác trong thiết kế bộ thu

4.6.1 Bộ lọc

4.6.2 Mạch quyết định

Chương 5: Hệ thống thông tin quang

5.1. Hệ thống TTQ số

5.1.1 Tuyến điểm nối điểm

5.1.2 Một số vấn đề trong thiết kế hệ thống TTQ

Ảnh hưởng của suy hao đến hệ thống TTQ

Ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống TTQ

Quỹ công suất quang

Quỹ thời gian lên

5.1.3 Các nguồn bù công suất trong thiết kế hệ thống TTQ

Nhiễu mode

Dãn xung do tán sắc

Nhiễu phân chia mode

Chirping

Nhiễu phản xạ

5.2. Hệ thống TTQ tương tự

5.2.1 Tổng quan về tuyến TTQ tương tự

5.2.2 Tỉ số sóng mang/ nhiễu

5.3. Các kỹ thuật truyền dẫn đa kênh

5. Học liệu

- Học liệu bắt buộc:

o Bài giảng môn Kĩ thuật thông tin sợi quang (đang biên soạn)

o 1. G. Keiser, Optical Fiber Communications, 3rd edition, 2001

o G. P. Agrawal, Fiber Optic Communication System, 3rd edition, John Wiley & Sons, 2002

- Học liệu tham khảo

o Harry J.R. Dutton, Understanding Optical Communications, 1st edition, IBM,

International Technical Support Organization, 1998

o Cao Hồng Sơn, Cao Phán, Cơ sở kỹ thuật thông tin quang, Học viện CNBC VT, 2001

o Vũ Văn San, Hệ thống thông tin quang, NXB Bưu điện, 2004

o Hoàng Ứng Huyền, Kỹ thuật thông tin quang, NXB Bưu điện

o Trần Hồng Quân, Hệ thống thông tin sợi quang, NXB KHKT, 1993

o M. Ming & K. Liu, Principles and Applications of Optical Communications, 2rnd edition,

2001

o D. K. Mynbaev & L. L. Scheiner, Fiber- Optic Communications Technology, Prentice

Hall, 2001

- Học liệu bổ trợ

Học liệu ghi theo thứ tự ưu tiên (tên tác giả, tên sách, nhà xuất bản, năm xuất bản, nơi có tài liệu này, website ...)

6. Hình thức tổ chức dạy học:

Lịch trình dạy-học

Thời gian

Nội dung

Hình thức tổ chức dạy-học

Yêu cầu sinh viên chuẩn bị trước khi lên lớp

Ghi chú

Giờ lên lớp Thực hành,

thí nghiệm (đã quy

đổi)

Tự học, tự nghiên

cứu (Giờ)

Lý thuyết

Hướng dẫn Bài

tập

Thảo luận

Tuần 1:Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật thông tin sợi quang

4Đọc

Quyển 1, tr

Tuần 2:

Chương 2: Sợi quang 2.1 Cấu trúc và phân loại sợi quang

2.2 Mô tả quang hình quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang

2.3 Truyền sóng ánh sáng trong sợi quang

4 4Đọc

Quyển 1, trang .

Tuần 3:

2.4 Tán sắc trong sợi quang

2.5 Suy hao

3 1 4Đọc

Quyển 1, trang

Tuần 4:

2.6 Hiệu ứng phi tuyến

2.7 Một số loại sợi quang mới

2.8 Cáp sợi quang

Chương 3: Bộ phát quang

3.1 Tiếp giáp dị thể kép

2 2Đọc

Quyển 1, trang

Tuần 5: 3.2 LED 4 4Đọc

Quyển 1, trang

Tuần 6: 3.3 Laser diode (LD) 4 Đọc Quyển 1,

trang

Tuần 7:

3.4 Các nguồn laser bán dẫn đơn mode

3.5 Bộ phát quang

Chương 4: Bộ thu quang

4.1 Các khái niệm cơ bản

4Đọc

Quyển 1, trang

Tuần 8:4.2 Các phần tử chuyển đổi quang- điện bán dẫn (Photodiode)

4 4Đọc

Quyển 1, trang

Tuần 9:

4.3 Các bộ tiền khuyếch đại

4.4 Nhiễu trong bộ thu quang

4Đọc

Quyển 1, trang

Tuần 10:

4.5 Các tham số của bộ thu quang

4.6 Một số vấn đề khác trong thiết kế bộ thu

Chương 5: Hệ thống thông tin quang

5.1 Hệ thống TTQ số

4 4Đọc

Quyển 1, trang

Tuần 11:5.1 Hệ thống TTQ số

2 2 4Đọc

Quyển 1, trang

Tuần 12:5.2 Hệ thống TTQ tương tự

2 2Đọc

Quyển 1, trang

Ghi chú: Thống nhất toàn bộ các môn học sẽ thực hiện kiểm tra giữa kỳ vào tuần thứ 8

7. Thang điểm đánh giá: từ 0 đến 10

8. Phương pháp, hình thức kiểm tra - đánh giá kết quả học tập môn học: bao gồm các phần sau (hình thức kiểm tra cuối kỳ, trọng số các nội dung cần phải thông qua Trưởng Bộ môn).

8.1 Các loại điểm kiểm tra và hình thức đánh giá:

- Tham gia học tập trên lớp: (đi học đầy đủ, chuẩn bị bài tốt và tích cực thảo luận,…);

- Phần tự học, tự nghiên cứu có hướng dẫn của giảng viên: (hoàn thành tốt nội dung, nhiệm vụ mà giảng viên giao cho cá nhân: thực hành; thí nghiệm; bài tập nhóm/tháng; bài tập cá nhân/học kì,…);

- Hoạt động theo nhóm:

- Kiểm tra - đánh giá giữa kì:

- Kiểm tra - đánh giá cuối kì: thi viết

8.2 Trọng số các loại điểm kiểm tra:

- Tham gia học tập trên lớp: 10 %

- Thực hành/Thí nghiệm/Bài tập/Thảo luận: 15 %

- Kiểm tra giữa kỳ: 15 %

- Kiểm tra cuối kỳ: 60 %

Documents

KĨ THUẬT THÔNG TIN SỢI QUANG