- NGUYỄN VĂN VINH BỘ CHIA CÔNG SUẤT QUANG ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG TỚI HỘ GIA ĐÌNH FTTH Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội – Năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - NGUYỄN VĂN VINH BỘ CHIA CÔNG SUẤT QUANG ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG TỚI HỘ GIA ĐÌNH FTTH Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. - HOÀNG PHƢƠNG CHI Hà Nội – Năm 2016 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: NGUYỄN VĂN VINH Đề tài luận văn: Bộ chia công suất quang ứng dụng cho hệ thống thông tin quang tới hộ gia đình FTTH Chuyên ngành: Điện Tử Viễn Thông Mã số SV : CA140090 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày. - v DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG .2 1.1 Lịch sử phát triển mạng quang . - Giới thiệu về mạng quang thụ động . - Bộ chia công suất quang thụ động (Splitter. - 76 CHƢƠNG IV: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG BỘ CHIA CÔNG SUẤT QUANG SỬ DỤNG CẤU TRÚC PHC DÙNG PHƢƠNG PHÁP FDTD. - Cơ bản về bộ chia công suất quang sử dụng cấu trúc PhC. - Bộ chia hình chữ Y (1:2. - Bộ chia công suất sử dụng ghép định hướng. - Bộ chia công suất trên nhiều miền đa mode. - Cấu trúc các bộ chia công suất quang sử dụng cấu trúc PhC. - 81 4.2.1 Cấu trúc bộ chia hình Y. - Thiết kế bộ chia công suất 1:4 hình Y. - Cấu trúc bộ chia công suất 1:4. - 66 Hình 1.1: Topo hình cây Hình1.2: Topo dạng Bus Hình 1.3: Topo dạng vòng Hình 1.4: Topo hình cây kết hợp đường tải phụ Hình 1.5: Topo hình cây kết hợp topo dạng vòng Hình 1.6: Topo dạng vòng kết hợp Hình 1.7: Mạng quang tích cực AON. - 10 Hình 1.8: Mạng quang thụ động PON. - 10 Hình 1.9: Cấu trúc chung của mạng quang thụ động (PON. - 11 Hình 1.10: Sơ đồ các khối chức năng của OLT. - 12 Hình 1.11: Sơ đồ các khối chức năng của ONU. - 13 Hình 1.12: Cấu tạo chung của Splitter 1:N. - 16 Hình 1.13: Một số loại Splitter. - 17 Hình 1.14: Cấu trúc chung của chuẩn ABON/BPON. - 18 Hình 1.15: Cấu trúc chung E-PON. - 20 Hình 1.16: Cấu trúc chung WDM-PON. - 21 Hình 2.1: Màng điện môi đa lớp (tinh thể PhC 1 D. - 28 Hình 2.2: Cấu trúc vùng tương ứng cho 3 trường hợp. - 29 Hình 2.3: Mô tả sự phân bố năng l ượng điện trường trong cấu trúc v ùng cho vùng 1 và vùng 2 theo lý thuyết biến phân đã chỉ ra. - 30 Hình 2.4: Mô tả sự tập trung năng lượng điện trường của 2 vùng 1 và 2 có độ chênh lệch cao. - 31 Hình 2.5: Cấu trúc vùng tinh thể PhC 1D. - 32 viii Hình 2.6: Sai hỏng là một màng có hằng số điện môi khác so với tinh thể PhC 1D. - 33 Hình 2.7: Sai hỏng là dạng kép của màng có hằng số điện môi thấp. - 33 Hình 2.8: Mô tả phân bố mật độ trạng thái theo cấu trúc vùng có sai hỏng. - 34 Hình 2.9: Mạng vuông của các cột điện môi tinh thể PhC 2D, được cắm trên đế bán dẫn. - 35 Hình 2.10: Cấu trúc vùng mạng vuông của các cột điện môi. - 37 Hình 2.11: Mô tả sự dịch chuyển điện trường cho mode TM, TE ở điểm X. - 39 Hình 2.12: Mạng vuông của các vein điện môi. - 39 Hình 2.13: Cấu trúc vùng cho mạng vuông các vein điện môi. - 40 Hình 2.14: Mô tả sự dịch chuyển điện trường của mode TM ở điểm X. - 40 Hình 2.15: Mô tả dịch chuyển điện trường của mode TE ở điểm X. - 41 Hình 2.16: Cấu trúc tinh thể PhC là mạng tam giác của các lỗ không khí. - 42 Hình 2.17: Cấu trúc vùng cấm cho mạng tam giác của các lỗ không khí. - 42 Hình 2.18: Mô hình các sai hỏng được tạo ra trong mạng vuông của các cột điện môi. - 43 Hình 2.19: Trạng thái sai hỏng tồn tại trong vùng cấm cho phép định vị ánh sáng . - 44 Hình 2.20: Cấu trúc được đề nghị bởi yabnolovite. - 45 Hình 2.21: Cấu trúc dạng woodpile được đề nghị bởi Ho (1994) và 2 nhà khoa học khác. - 45 Hình 2.22: Cấu trúc dạng tổ hợp loại mạng đó là mạng lỗ và cột. - 46 Hình 2.23: Cấu trúc vùng cho tinh thể PhC 3d. - 46 Hình 2.24: Mô tả sai hỏng điểm bao gồm sai hỏng không khí và sai h ỏng điện môi. - 47 Hình 2.25: Sai hỏng điểm do thiếu cột điện môi. - 48 Hình 2.26: Sai hỏng điểm do có cột điện môi kích thước lớn hơn bình thường. - 48 Hình 2.27: Sai hỏng điểm do lỗ lớn hơn bình thường. - 49 Hình 2.28: Trạng thái sai hỏng điểm định vị trong vùng cấm Mô hình Sai hỏng đường. - 49 Hình 2.29: Sai hỏng đường dạng thiếu cột điện môi. - 50 Hình 2.30: Cấu trúc vùng mô tả trạng thái sai hỏng đường trong cấu trúc vùng cấm. - 50 Hình 3.17: Ống dẫn sóng phẳng. - 60 ix Hình 3.2: Điện ngang (TE) và Từ ngang (TM. - 60 Hình 3.3: Vector sóng dọc (β) và vector sóng ngang (k. - 61 Hình 3.4: Phân bố điện trường ngang trong ống dẫn phẳng. - 62 Hình 3.5: Ống dẫn sóng đối xứng. - 64 Hình 3.6: Mô tả phương pháp chỉ số hiệu quả. - 65 Hình 3.7: Ống dẫn sóng đa mốt chỉ số bước. - 71 Hình 3.8: Ví dụ về chuẩn hóa biên độ của trường ngang. - 72 Hình 3.9: Mô tả trường đầu vào của ống dẫn sóng đa mốt. - 74 Hình 4.1: (a) Cấu trúc LDWG, (b) cấu trúc dải của PC LDW. - 77 Hình 4.2: Truyền ánh sáng trong ống dẫn sóng uốn cong 900. - 78 Hình 4.3: (a) Bộ chia công suất cơ bản hình chữ Y(1:2), (b) phổ truyền(các tham số và mô phỏng )tại hai đầu ra #1 và #2 ở bước sóng từ 1350nm đến 1600nm. - 78 Hình 4.4: Sơ đồ bộ chia công suất quang sử dụng cấu trúc PC dùng ghép định hướng. - 79 Hình 4.5: Phổ truyền công suất ra theo phương pháp FDTD. - 79 Hình 4.6: (a) Cấu trúc bộ chia dùng hai hốc cộng hưởng, (b) cấu trúc bộ chia dùng hai hốc cộng hưởng có tối ưu. - 80 Hình 4.7: Phổ công suất đầu ra. - 80 Hình 4.8: Mô hình 3D FDTD cho cấu trúc Y. - Mặt cắt bộ chia Y cấu trúc hình Hexagonal. - 81 Hình 4.10: Kết quả mô phỏng phân bố trường dạng vector Poynting. - 82 Hình 4.11: Kết quả mô phỏng phân bố trường dạng EY. - 82 Hình 4.12: Kết quả mô phỏng phổ truyền tại hai cổng ra của bộ chia Y. - 83 Hình 4.13: Bộ chia công suất 1:4 sử dụng hai tần bộ chia Y. - 84 Hình 4.14: Phân bố trường dưới dạng vector Poynting. - 84 Hình 4.15: Phân bố trường dưới dạng EY. - 85 Hình 4.16: Phổ công suất ra bộ chia Y 1:4 tại cổng ra số 1. - 85 Hình 4.17: Phổ công suất ra bộ chia Y 1:4 tại cổng ra số 2. - 86 x Hình 4.18: Phổ công suất ra bộ chia Y 1:4 tại cổng ra số 3. - 86 Hình 4.19: Phổ công suất ra bộ chia Y 1:4 tại cổng ra số 4. - 86 Hình 4.20: Bộ chia công suất 1:4. - 87 Hình 4.21: Phân bố trường dưới dang EY. - 87 Hình 4.22: Phân bố trường dưới dạng Poynting Vector. - 88 Hình 4.23. - Phổ công suất ra tại cổng 1 và cổng 4. - 88 Hình 4.24. - Phổ công suất ra tại cổng 2 và cổng 3. - Để đáp ứng nhu cầu truyền tải lớn do sự bùng nổ thông tin, mạng truyền dẫn đòi hỏi phải có sự phát triển mạnh về cả quy mô và trình độ công nghệ nhằm tạo ra các cấu trúc mạng hiện đại để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng. - Mạng quang đã đáp ứng các nhu cầu về: băng thông lớn, tốc độ truyền dữ liệu cao, chất lượng tốt, bảo mật thông tin…,do đó số lượng người dùng mạng ngày càng cao. - Để làm giảm chi phí cho kênh truyền và chống tắc nghẽn trong hệ thống đòi hỏi phải có những thay đổi về cấu trúc mạng. - Cấu trúc kết nối “điểm - điểm” trước kia không giải quyết được vấn đề trên nữa, các nhà khoa học đã đề xuất ra cấu trúc mạng kết nối “điểm - đa điểm’’ đó chính là cấu trúc của mạng công nghệ PON hiện nay. - Mạng quang thụ động (PON: Passive Optical Network) là mạng điểm đến đa điểm và không có các thành phần tích cực trong tuyến truyền dẫn từ nguồn đến đích, về cơ bản mạng PON bao gồm sợi quang và các thiết bị thụ động. - Thành phần chủ yếu được nhắc đến trong mạng PON là bộ chia công suất quang (Splitter). - Với luận văn này, mục đích của tôi là tìm hiểu về công nghệ PON và tập trung nghiên cứu “Bộ chia công suất quang ứng dụng cho hệ thống thông tin quang tới hộ gia đình FTTH ” dựa trên phương pháp sai phân hữu hạn trong miền thời gian (FDTD). - Em xin chân thành cảm ơn ! 2 CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG QUANG THỤ ĐỘNG Trong chương này tôi trình bày cơ bản về lịch sử hình thành, phát triển của mạng cáp quang và tập trung đi sâu nghiên cứu về kiến trúc hạ tầng mạng quang dựa trên công nghệ PON, các thành phần chính của mạng PON và các loại mạng PON. - Giới thiệu về mạng quang thụ động 1.2.1. - Với các thiết bị chủ động này, thường phải cung cấp nguồn cho một số thành phần như: bộ xử lý, các chíp nhớ… Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là công nghệ truy nhập quang giúp tăng cường kết nối giữa các nút mạng truy nhập của nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt