Giới thiệu tới bạn đọc cuốn sách Vật Lý Thông Tin Quang – Học Liệu Số Ebooks PDF
Chương 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CỦA THÔNG TIN QUANG
Để truyền tin, dù bằng cách nào cũng cần phải có 3 điều kiện: (yếu tố).
1. Nguồn phát tín hiệu (máy phát).
2. Môi trường để truyền tín hiệu.
3. Máy thu nhận tín hiệu (nguồn thu).
Xưa kia người ta cũng đã sử dụng “quang học” để thông tin: như đã sử dụng tín hiệu bằng lửa, khói hay tín hiệu bằng cờ truyền tin cho những khoảng cách xa một cách nhanh chóng. Ở đây khí quyển được sử dụng như môi trường truyền tín hiệu. Tuy nhiên việc thông tin bằng các cách như vậy có thể bị gián đoạn do thời tiết, hơn nữa do mắt người là một máy thu tương đối chậm theo quan điểm hiện nay nên những phương pháp truyền tin này đã không được phát triển. Khi kỹ thuật điện đã đạt được những thành tựu để thực hiện tốt ba yếu tố của hệ thống thông tin thì những phương pháp truyền tin “quang học” đã không còn được chú ý và những kỹ thuật viễn thông bằng điện như điện tín, điện thoại, vô tuyến, truyền hình,… đã trở nên rất quan trọng.
Trong quá trình phát triển này, luôn có yêu cầu độ rộng dải tần cao hơn và tần số mang cao hơn nữa. Điều đó có nghĩa là ánh sáng giống như sóng vô tuyến là một loại sóng điện từ, nhưng với tần số cao hơn rất nhiều (1014 + 10’5Hz) và là sóng mang thích hợp đặc biệt cho những tín hiệu độ rộng dải cao. Những cơ sở cho kỹ thuật viễn thông quang học hiện đại mới được tạo ra trong thời gian tương đối gần đây. Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bán dẫn (từ năm 1950) đã tạo nên những bóng bán dẫn, mạch tổ hợp, những photodiode nhạy và nhanh cho những máy thu quang học. Nhờ sự phát triển của laser (từ năm 1960) nên đã có những nguồn sáng cho cường độ cao và rất đơn sắc (đặc biệt là những đi ốt laser bán dẫn có kích thước rất nhỏ) có thể sử dụng để tạo nên những tín hiệu trong vùng quang học. laser cùng với những điốt phát quang (LED) được phát triển gần đây là đặc biệt thích hợp dùng làm nguồn phát quang học cho những hệ thống thông tin một cách tiết kiệm và đơn giản: Để mang ánh sáng từ nguồn phát đến máy thu, ngày nay người ta dùng sợi thuỷ tỉnh thay cho không khí: Những nguyên lý của sự truyền sáng của quang sợi đã biết từ rất lâu nhưng chỉ từ những năm 1970 người ta mới chế tạo được sợi quang có độ suy giảm rất nhỏ để mở rộng khoảng cách truyền tin. Trong thực tế, đã sử dụng những sợi thuỷ tinh với độ dày chỉ 0,1mm được gắn chắc vào (những) cáp chất dẻo để bảo vệ chúng khỏi những va chạm cơ học hay những hư hại khác.
Từ những yếu tố chính được nêu trên (như máy phát quang học, sợi quang và máy thu quang) được bổ sung thêm những thành phần phụ ví dụ như: đầu nối quang học, những yếu tố liên kết quang, đường dây viễn thông quang học thực nghiệm đã được xây dựng và thử nghiệm chỉ từ năm 1976 trong một số nước như: Nhật Bản, Mỹ, Anh và những nước châu Âu khác. Những thử nghiệm này đã xác nhận: rằng những đường viễn thông quang học như vậy là ưu việt về nhiều phương diện so với những đường truyền tin thông thường sử dụng cáp điện, chúng có thể thay thế những cáp này và sự sản xuất một số lượng lớn có tính kinh tế là khả thi. Nó sẽ được sử dụng rộng rãi trong tương lai gần.
1.1. Những ưu điểm chính của hệ thông tin quang sợi
a) Trong sợi quang, có thể truyền những tín hiệu có độ rộng dải rất cao (trong một số trường hợp nhiều hơn 1 GHz). Do đó chúng có thể thoả mãn cả những yêu cầu trong tương lai của kỹ thuật thông tin.
b) Thêm vào đó là những khoảng cách hàng chục đến hàng trăm km có thể được mở rộng không cần sự khuếch đại lặp lại. Do đó sự khuếch đại lặp lại chỉ cần thiết ít hơn nhiều so với những đường truyền tin sử dụng cáp điện dải rộng.
c) Cáp sợi quang chỉ dày cỡ milimét, chúng rất nhẹ và thuận tiện so với cáp thông tin bằng điện. Do đó có thể sản xuất cáp quang với chi phí vật liệu thấp và dễ dàng tiện lợi trong việc lắp đặt và sử dụng.
d) Sự truyền tín hiệu trong sợi quang không bị ảnh hưởng của những nhiễu của điện công nghiệp thông thường (ví dụ, trong sự lắp đặt trong những cơ sở công nghiệp). Do đó nó không cần đòi hỏi phải chống nhiễu hay bảo vệ đặc biệt.
e) Trong cáp quang học, không có những nhiễu loạn chồng chéo giữa các sợi và không gây nhiễu cho các thiết bị khác.
f) Bởi vì thuỷ tinh là một chất cách điện do đó đầu vào và đầu ra của đường truyền tin là độc lập với nhau về mặt điện nên những vấn đề khác nhau về điện thế đã không xảy ra.
Do những ưu điểm chính này, về cơ bản là do những tính chất có ích của sợi quang tạo nên, những thành phần còn lại của đường truyền quang học phải thích hợp với những yêu cầu của sợi quang (trong những điều kiện về kích thước và những thông số hoạt động của nó).
Những áp dụng thực tế của viễn thông quang học sử dụng quang sợi trong những lĩnh vực sử dụng được một hay đồng thời nhiều ưu điểm nêu trên. Ví dụ như:
– Trong mạng điện thoại (a, b, c)
– Cho sự truyền hình cáp quang học (a, c, d)
Trong hệ máy tính (a, d, e, f)
Cho sự truyền dữ liệu (d, e, f)
Cho tàu thuỷ và máy bay (c, d, e, f)
Cho những cáp ngầm dưới nước (a, b)
