Đồ án Thông tin quang - Đề tài: Cáp sợi quang

Chia sẻ: Nguyen Van Minh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:79

3
677
lượt xem
370
download

Đồ án Thông tin quang - Đề tài: Cáp sợi quang

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện này các hệ thống thông tin quang đó chiếm hầu hết cỏc tuyến truyền dẫn quan trọng trên mạng lưới viễn thông quốc tế, và được coi là phương thức truyền dẫn có hiệu quả nhất trên các tuyến vượt biển và xuyên lục địa.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án Thông tin quang - Đề tài: Cáp sợi quang

  1. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang I H C KTCN THÁI NGUYÊN ----- ----- ÁN T T NGHI P tài: “CÁP S I QUANG” GVHD: ào Huy Du SVTH: Lương Xuân Trư ng Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com1
  2. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang M cl c Trang L I NÓI U………………………………………………………………...6 Chương 1 CƠ S THÔNG TIN QUANG……………………………………7 1.1. L ch s phát tri n…………………………………………………………7 1.2. C u trúc m t h th ng thông tin quang ơn gi n…………………………9 1.3. Ưu i m c a thông tin quang………………………………………........11 Chương2 S I QUANG……………………………………………………....12 2.1. Nh ng ng d ng c a s i quang………………………………………….12 2.2. Ưu i m c a thông tin s i quang………………………………………..13 2.3. Lý thuy t chung v s i d n quang………………………………………14 2.3.1. Ph c a sóng i n t ………………………………………………14 2.3.2. Chi t su t c a môi trư ng…………………………………………17 2.3.3. Hi n tư ng ph n x ánh sáng toàn ph n…………………………..17 2.4. S truy n d n ánh sáng trong s i quang…………………………………18 2.4.1.Nguyên lý truy n d n chung……………………………………….18 2.4.2 S lan truy n các mode trong s i quang…………………………...20 2.5. Phân lo i s i quang……………………………………………………...23 2.5.1. S i có chi t su t nh y b c(SI) và s i có chi t su t bi n i u (GI)…………………………………………………………………………...24 2.5.1.1.S i quang có chi t su t nh y b c (s i SI: Step- Index)………24 2.5.1.2.S i quang có chi t su t gi m d n (s i GI: Graded- Index)…..25 2.5.2. Các d ng chi t su t khác:…………………………………………..26 2.5.3. S i a mode và ơn mode………………………………………….27 2.5.3.1.S i a mode (MM: Multi Mode):…………………………….27 2.5.2.2.S i ơn mode ( SM: SingleMode ):…………………………...28 2.6.Các thông s c a s i quang………………………………………………29 2.6.1. Suy hao c a s i quang:……………………………………………..29 2.6.2.Các nguyên nhân gây suy hao trên s i quang:……………………...31 2.6.2.1. Suy hao do h p th :…………………………………………..31 2.6.2.2.Suy hao do tán x :…………………………………………….32 Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com2
  3. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang 2.6.2.3.Suy hao do s i b u n cong…………………………………...33 2.6.2.4.M t s suy hao khác………………………………………….34 2.6.2.5. c tuy n suy hao…………………………………………....35 2.6.3.Tán s c (Dispersion)………………………………………………..36 2.6.4. Các nguyên nhân gây ra tán s c……………………………………38 2.6.4.1.Tán s c mode (Mode Despersion)……………………………38 2.6.4.2.Tán s c v t li u……………………………………………….40 2.6.4.3. Tán s c do tác d ng c a ng d n sóng:……………………...41 2.6.4.4.. tán s c t ng c ng………………………………………...42 2.6.4.5. Tán s c b c cao…………………………………………….…43 2.6.4.6.Tán s c mode phân c c………………………………………..43 2.6.4.7. tán s c c a m t vài lo i s i c bi t……………………….45 2.6.5.D i thông c a s i quang……………………………………………..46 2.6.6. Bư c sóng c t……………………………………………………….48 2.6.7. ư ng kính trư ng mode (MFD:Mode Field Diameter)…………...48 2.7.C u trúc s i quang……………………………………………………….49 2.7.1. C u trúc c a s i quang………………………………………………49 2.7.1.1.L p ph ………………………………………………………...50 2.7.1.2.L p v ………………………………………………………….50 2.7.2. Yêu c u i v i s i quang…………………………………………...52 2.8. Các phương pháp ch t o s i quang……………………………………..53 2.8.1.V t li u ch t o s i…………………………………………………...53 2.8.2.Các phương pháp ch t o s i quang………………………………….54 2.8.3.Các phương pháp ch t o phôi s i……………………………………54 2.8.3.1.Phương pháp thanh ng c i n………………………………….54 2.8.3.2.Phương pháp n i n u ôi (Double Orucible)…………………….55 2.8.3.3.Phương pháp ng hơi hóa ch t………………………………….56 2.8.3.3.1.Phương pháp ng hơi hóa ch t: (chemical vapour deposition- CVD)……………………………………………………..56 2.8.3.3.2.Phương pháp ng hơi hóa ch t nh Plasma (Plasma chemical vapour Deposition- PCVD)…………………………………58 Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com3
  4. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang 2.8.3.3.3.Phương pháp ng hơi hóa ch t b n ngoài ( Outside Chemical Vapour Deposition- OCVD)……………………………….59 2.8.3.3.4.Phương pháp ng hơi hóa ch t theo tr c ( Vapour Axial Deposition- VAD)…………………………………………………….59 2.8.4.Qu tr nh k o s i…………………………………………………...59 2.8.5. Nguyên t c t o ra s i quang m i…………………………………...60 2.9. Hàn n i s i quang……………………………………………………….61 2.9.1. Yêu c u k thu t ……………………………………………………61 2.9.2.Các phương pháp hàn n i s i quang…………………………………62 2.9.2.1. Phương pháp dùng keo dính………………………………...…62 2.9.2.2.Phương pháp dùng h quang…………………………………...63 2.9.3.B o v m i n i………………………………………………………..65 Chương 3 CÁP QUANG…………………………………………………...67 3.1. T ng quan……………………………………………………………….67 3.1.1. c i m, yêu c u i v i cáp quang ……………………………...67 3.1.2. Kh năng c a s i và cáp quang……………………………………...67 3.2. C u trúc cáp quang…………………………………………………...….68 3.2.1.C u trúc t ng quát c a cáp quang……………………………………69 3.2.1.1.Ph n lõi………………………………………………………...70 3.2.1.2.V cáp……………………………………………………….…73 3.3.Phân lo i cáp quang:…………………………………………………..…74 3.3.1. Phân lo i theo c u trúc:……………………………………………...74 3.3.2. Phân lo i theo m c ích s d ng……………………………………75 3.3.3. Phân lo i theo i u ki n l p t……………………………………..75 3.3.3.1.Cáp treo………………………………………………………...76 3.3.3.2.Cáp t trong c ng…………………………………………..…76 3.3.3.3. Cáp chôn tr c ti p……………………………………………..77 3.3.3.4.Cáp t trong nhà………………………………………………78 3.3.3.5. Cáp ng p nư c và th bi n…………………………………….78 3.4. Mã màu trong cáp…………………………………………………….…79 3.5. o th cáp quang và o b o dư ng……………………………………...81 Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com4
  5. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang 3.5.1.Khái quát……………………………………………………………..81 3.5.2. M c ích c a o th …………………………………………………82 3.5.3. o th b o dư ng………………………………………………….…83 3.6.Các bi n pháp b o v cáp quang…………………………………………84 3.6.1. chôn sâu cáp……………………………………………………..84 3.6.2. Ch ng m i và ch ng chu t………………………………………….86 3.6.3. Ch ng nh hư ng c a sét……………………………………………86 Tài Li u Tham Kh o…………………………………………………….…87 Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com5
  6. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang L I NÓI U Hi n này các h th ng thông tin quang ó chi m h u h t các tuy n truy n d n quan tr ng trên m ng lư i vi n thông qu c t , và ư c coi là phương th c truy n d n có hi u qu nh t trên các tuy n vư t bi n và xuyên l c a. áp ng nhu c u truy n t i l n do s bùng n thông tin, m ng truy n d n òi h i ph i có s phát tri n m nh v c quy mô và trình công ngh nh m t o ra các c u trúc m ng hi n i bao g m c các h th ng thông tin quang. Các h th ng thông tin quang trong th i gian t i ph i m b o có t c cao, c ly xa, tin c y cao… Trong toàn b h th ng thông tin quang ph n không th thi u ư c chính là Cáp S i Quang. H th ng thông tin quang có nhi u ưu i m hơn các h th ng khác m t ph n chính là nh môi trư ng truy n d n là cáp s i quang. V v y, em ó ch n tài Cáp S i Quang làm án nghiên c u giúp em tìm hi u sâu hơn . Do th i gian h n h p và ki n th c c a b n thân còn h n ch nh v v y án c a em không th tránh ư c nh ng thi u sót. Nên em mong các th y cô trong b môn và các b n trong l p ánh giá và óng góp nhi u ý ki n tài sâu hơn và phát tri n án m c cao hơn n a. Trong qu tr nh làm bài, em ó ư c nh n ư c s hư ng d n chi ti t c a th y ào Huy Du và góp ý c a c c b n trong l p. Em xin g i l i c m ơn n th y và các b n. Em xin chân thành c m ơn ! Sinh Viên Lương Xuân Trư ng Chương 1 CƠ S THÔNG TIN QUANG Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com6
  7. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang GI I THI U T NG QUAN H th ng thông tin ư c hi u m t cách ơn gi n là h th ng truy n thông tin t nơi này n nơi khác.Kho ng cách truy n tin có th là hàng trăm Km, hàng tr c ngàn Km ho c xuyên qua các i dương.Thông tin có th truy n qua các sóng i n v i các d i t n s khác nhau. H th ng thông tin quang s i là h th ng thông tin b ng sóng ánh sáng và s d ng các s i quang truy n tin. Nó phát tri n nhanh và còn ti m tàng kh năng r t l n trong vi c hi n i hoá các m ng lư i vi n thông trên th gi i. 1.1. L ch s phát tri n Trong ti n trình l ch s phát tri n c a nhân lo i vi c trao i thông tin gi a con ngư i v i con ngư i ã tr thành m t nhu c u quan tr ng, m t y u t quy t nh góp ph n thúc y s l n m nh ti n b c a m i qu c gia, cũng như n n văn minh c a nhân lo i . Cùng v i s phát tri n c a h th ng thông tin h u tuy n và vô tuy n s d ng môi trư ng truy n d n là dây d n kim lo i c i n (cáp ng ) và không gian.Thì vi c s d ng ánh sáng như m t phương ti n trao i thông tin cũng ư c khai thác có hi u qu . Cùng v i th i gian thông tin quang ã phát tri n và ngày càng hoàn thi n v i nh ng m c l ch s như sau: -1790 : CLAU DE CHAPPE , kĩ sư ngư i Pháp, ã xây d ng m t h th ng i n báo g m m t chu i các tháp v i các èn báo hiêu trên ó . Tin t c vư t qua ch ng ư ng 200km trong vòng 15 phút . -1870 : JOHN TYNDALL nhà v t lý ngư i Anh ã ch ng t ánh sáng có th d n ư c theo vòi nư c u n cong v i nguyên lý ph n x toàn ph n . i u v n ư c áp d ng trong thông tin quang hi n nay . -1880 : ALEXANDER GRAHAM BELL , ngư i M gi i thi u h th ng thông tin Photophone. Ti ng nói ư c truy n i b ng ánh sáng trong môi trư ng không khí . Nhưng chưa ư c áp d ng trong th c t vì quá nhi u ngu n nhi u. - 1934: NORMAN R.FRENCH, ngư i M , nh n b ng sáng ch h th ng thông tin quang. S d ng các thanh thu tinh truy n d n. - 1958: ARTHUR SCHAWLOUR và CHARLES H TOUNES, xây d ng và phát tri n Laser Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com7
  8. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang - 1960: THEODOR H MAIMAN ưa laser vào ho t ng thành công. - 1962: Laser bán d n và Photodiode bán d n ư c th a nh n v n còn l i là ph i tìm môi trư ng truy n d n quang thích h p. - 1966: CHARLES H KAO và GEORCE A HOCKHAM, hai kĩ sư phòng thí nghi m Stanrdard Telecommunications c a Anh , xu t dùng s i thu tinh d n ánh sáng. Nhưng do công ngh ch t o s i quang th i ó còn h n ch nên suy hao quá l n ( kho ng 1000dB/Km) - 1970: Hãng Corning Glass Work ch tto thành công s i quang lo i SI có suy hao nh hơn 20 [dB/km] bư c sóng 1310nm. - 1972: Lo i s i GI ư c ch t o v i suy hao 4 [dB/km]. - 1983: S i ơn mode(SM) ư c xu t xư ng t i M . Ngày nay lo i s i ơn mode ư c s d ng r ng rãi v i suy hao ch còn kho ng 0,2 [dB/km] bư c sóng 1550nm. 1.2. C u trúc m t h th ng thông tin quang ơn gi n Tr m l p Nguôn Ph n E O Ph n tín t O E t hi u. đi n. đi n. O E O E Bi n đ i Bi n đ i S i quang đi n-quang s i quang Hình 1.1. C u trúc h th ng thông tin quang ơn gi n Theo sơ h th ng ta có: - Ngu n tín hi u thông tin: là d ng thông tin thông thư ng là hình nh , ti ng nói , fax...hay còn là tín hi u u vào. - Ph n t i n: là ph n chung c a h th ng, x lý ngu n tin t o ra tín hi u i n ưa vào h th ng truy n d n, có th là tín hi u Alalog ho c Digtal Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com8
  9. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang - B bi n i E/O: Có nhi m v bi n i tín hi u t tín hi u i n thành tín hi u quang v i các m c tín hi u i n ư c bi n i thành cư ng quang, các tín hi u i n ‘0’và ‘1’ ư c bi n i ra ánh sáng tương ng d ng ‘không’ và ‘có’. Sau ó tín hi u quang ư c ưa vào s i quang truy n i. B bi n i i n quang th c ch t là các linh ki n phát quang như LED,Laser diode... - S i quang: truy n d n ánh sáng c a ngu n b c x (E/O) ã ư c i u bi n, nó có vai trò như kênh truy n d n. - B bi n i O/E: là b thu quang, ti p nh n ánh sáng t s i quang ưa vào và bi n i tr l i thành tín hi u i n như tín hi u ã phát i, nó có vai trò như b gi i i u ch . -Tr m l p : Khi truy n d n trên tuy n truy n d n, công su t b gi m i, tín hi trên ư ng truy n b tiêu hao, d ng sóng ( r ng xung) b giãn ra do nhi u nguyên nhân khác nhau. Vì v y, truy n ư c i xa c n có tr m l p. Hi n nay chưa th c hi n ư c khu ch i hay tái sinh tr c ti p tín hi u quang nên các tr m l p ph i th c hi n 3 bư c sau: + Chuy n i t tín hi u quang sang tín hi u i n +S a i d ng tín hi u ã b méo ho c tái sinh tín hi u i n. + Chuy n i tín hi u i n ã ư c khu ch i ho c tái sinh thành tín hi u quang ti p t c phát i. - T i tin: Trong h th ng thông tin i n thì t i tin là các sóng i n t cao t n, trong h th ng quang là ánh sáng cũnh là sóng i n t song có t n s r t cao (1014-1015Hz) do v y t i tin quang r t thu n l i cho t i các tín hi u băng r t r ng. - Năng l c truy n d n: năng l c truy n d n c a h th ng ư c ánh giá qua hai i lư ng: + r ng băng t n có th truy n d n ư c + C ly tr m l p ho c dài chuy n ti p Xu th c a các h th ng truy n d n quang là truy n d n d i r t r ng và c ly tr m l p r t l n. Th c t các h th ng quang hi n nay ã vư t qua các h th ng i n c 2 yêu c u trên. Các i lư ng trên ư c xác nh b i nhi u y u t liên quan như: + Tiêu hao và tán x truy n d n c a s i quang Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com9
  10. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang + Công su t b c x và kh năng i u bi n linh ho t c a s i quang + nh y c a máy thu quang + Tiêu hao ph khi x lý các ph n t toàn tuy n 1.3. Ưu i m c a thông tin quang So v i h th ng thông tin i n t thì h th ng thông tin quang có nh ng ưu i m hơn h n ó là nh ng ưu i m cơ b n như sau: 1. Suy hao truy n d n th p: d n t i gi m ư c tr m l p , kéo dài ư c c ly truy n d n, cho phép truy n d n băng r ng, truy n ư c t c l n hơn cáp kim lo i khi cùng chi phí xây d ng m ng nên 2. Băng t n truy n d n l n , áp ng ư c thuê bao d ch v d i r ng . 3. S i quang: ư c ch t o t nh ng nguyên li u chính là th ch anh hay nh a t ng h p nên ngu n nguyên li u r t d i dào r ti n. S i có ư ng kính nh , tr ng lư ng nh , không có xuyên âm r t d l p t và u n cong . 4. Dùng cáp s i quang: r t kinh t trong c vi c s n xu t cũng như l p t và b o dư ng. Không b nh hư ng c a nhi u i n t , không d n i n, không gây ch p, cháy. 5. Tín hi u tuy n trong s i quang: không ch u nh hư ng c a nhi u t trư ng bên ngoài (như sóng vô tuy n i n, truy n hình, nh hư ng c a cáp i n cao th ...) d n n tính b o m t thông tin cao, không b nghe tr m. Nó ư c s d ng t i nh ng nơi có nhi u i n t m nh như trong các nhà máy, nàh máy i n…mà không c n ph i che ch n i n t . 6. M t cáp s i quang: có cùng kích c v i cáp kim lo i thì có th ch a ư c m t s lư ng l n lõi s i quang l n hơn s lư ng kim lo i. 7. S i quang: có tính b o m t cao, vì v y vi c ánh c p thông tin trên s i quang là r t khó khăn. Tuy nhiên h th ng thông tin quang có m t s h n ch như: + Khó khăn trong vi c ghép n i, + Không s d ng ư c trong vùng b chi u x Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com10
  11. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang Chính vì có nh ng ưu i m trên mà các h th ng thông tin quang ư c s d ng r ng rãi trên m ng lư i vi n thông c a nhi u qu c gia. Chúng ư c xây d ng làm các tuy n ư ng tr c, trung k , liên t nh. T i Vi t Nam cáp quang ã và ang l p t v i tuy n truy n d n ư ng dài liên t nh dùng cáp ng m. T c các h th ng thông tin quang s là mũi t phá v , c ly truy n d n và c u hình linh ho t cho các d ch v vi n thông c p cao trong m ng lư i vi n thông. Chương2 S I QUANG 2.1. Nh ng ng d ng c a s i quang Cùng v i s phát tri n không ng ng v thông tin vi n thông, h th ng truy n d n quang – truy n tín hi u trên s i quang ã và ang phát tri n m nh m nhi u nư c trên th gi i. Do có nhi u ưu i m hơn h n các hình th c thông tin khác v dung lư ng kênh truy n, tính kinh t ,…mà thông tin quang gi vai trò chính trong vi c truy n tín hi u các tuy n xuyên ư ng tr c avf các tuy n xuyên l c a, xuyên i tây dương. Công ngh nagỳ nay ã t o ra thông tin quang phát tri n và thay i theo xu hư ng hi n i và kinh t nh t. c bi t công ngh s i quang ơn mode có suy hao nh ã làm ơn gi n vi c tăng chi u dài c a toàn tuy n thông tin quang, k t h p v i công ngh khu ch i quang ra is làm tăng chi u dài g p ôi ho c g p n l n. Ch t lư ng c a tín hi u thu ư c trên h th ng này s ư c c i thi n m t cách áng k . nư c ta thông tin s i quang ang ngày cành chi m v trí quan tr ng, các tuy n cáp quang ư c hình thành, c bi t là tuy n cáp quang Hà N i – H Chí Minh chi m m t v trí quan tr ng trong thông tin toàn qu c. Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com11
  12. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang Trong tương lai m ng cáp quang s ư c xây d ng r ng kh p. Tuy n ư ng tr c cáp quang s ư c r nhánh t i các t nh, huy n, và xây d ng tuy n cáp quang n i h t. * V trí c a s i quang trong m ng thông tin giai o n hi n nay: - M ng ư ng tr c xuyên qu c gia. - M ng riêng c a các công ty ư ng s t, i n l c. - ư ng trung k - ư ng cáp th bi n liên qu c gia - ư ng truy n s li u, m ng LAN - M ng truy n hình 2.2. Ưu i m c a thông tin s i quang So v i dây kim lo i s i quang có nhi u ưu i m áng chú ý là: - Suy hao th p: cho phép kéo dài kho ng cách ti p v n do ó gi m ư c s tr m ti p v n - D i thông r t r ng: có th thi t l p h th ng truy n d n s t c cao - Tr ng lư ng nh , kích thư c nh - Hoàn toàn cách i n không ch u nh hư ng c a s m sét - Không b can nhi u b i trư ng i n t - Xuyên âm gi các s i dây không áng k - V t li u ch t o có r t nhi u trong thiên nhiên - Dùng h th ng thông tin s i quang kinh t hơn so v i s i kim lo i cùng dung lư ng và c ly. 2.3. Lý thuy t chung v s i d n quang Trong h th ng thông tin quang, thông tin ư c truy n t i b ng ánh sáng. Trong ph n này, chúng ta s nghiên c u t i các c tính c a ánh sáng vì r t c n thi t hi u ư c s lan truy n c a ánh sáng trong s i quang và nguyên lý c a dao ng laser. Ba v n sau s là cơ s lý thuy t cho vi c hình thành h th ng thông tin quang: 1. Ph c a sóng i n t 2. Chi t su t c a môi trư ng Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com12
  13. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang 3. Hi n tư ng ph n x toàn ph n 2.3.1. Ph c a sóng i n t Các b c x i n t nói chung có cùng b n ch t t nhiên và có th xem như sóng ho c h t (photon). Tính ch t sóng ho c h t n i b t trong t ng vùng. c trưng cơ b n c a các ngu n b c x i n t là d i ph b c x c a nó, t c là m t d i t n s c a các dao ng i n t hay còn g i là sóng i n t ư c sinh ra, ho c là d i bư c sóng tương ng. Hai i lư ng t n s và bư c sóng t l v i nhau theo công th c: C(m/s)=λ(m).f(Hz) ho c E(ev) = h.f Trong ó : C là v n t c ánh sáng trong chân không [ C=3.108 m/s ] H là h ng s Planck [ h=6,25.10-34J/s ] Ánh sáng dùng trong thông tin quang trong vùng c n h ng ngo i v i bư c sóng t 800nm n 1600nm. c bi t có ba bư c sóng thông d ng là 850nm, 1300nm và 1550nm. Hình 2.1: Các bư c sóng trong thông tin quang Tia v « T ia hång Tia tö Tia Tia Tia tuyÕ n ngo¹i ngo¹i R¬nghe n Gamma Vò trô 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 900 800 700 600 500 400µm ¸nh s¸ng nh×n thÊy ®−îc ¸nh s¸nh trong th«ng tin quang §á TÝm Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com13
  14. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang Hình 2.2. T n s và bư c sóng dùng trong Thông tin quang Ta bi t n u bư c sóng càng nh thì t n s càng l n mà khi t n s càng l n thì suy hao càng l n. Song qua c tuy n suy hao c a s i quang (hình 2-7) và c bi t bư c sóng 1550nm thì suy hao là dư i 0,2dB/km. Như v y là v n suy hao ư c gi i quy t nên ba bư c sóng ó hi n nay ang ư c dùng r ng rãi mà c bi t là bư c sóng 1550nm. Cùng ó ta ã khai thác thêm ư c các vùng t n s khác m r ng d i t n s ng th i khai thác ư c các ưu i m c a cáp s i quang. 2.3.2. Chi t su t c a môi trư ng Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com14
  15. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang Chi t su t c a môi trư ng ư c xác nh b i t s c a v n t c ánh sáng trong chân không và v n t c ánh sáng trong môi trư ng y. C n= trong ó : n : Chi t su t c a môi trư ng V V : V n t c ánh sáng trong môi trư ng Mà C ≥ V nên n ≥ 1. Chi t su t c a môi trư ng ph thu c vào bư c sóng c a ánh sáng truy n cho nó. 2.3.3. Hi n tư ng ph n x ánh sáng toàn ph n Cho m t tia sáng ơn s c i t môi trư ng có chi t su t n1 sang môi trư ng th hai có chi t su t n2 (n1
  16. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang Góc αt ư c g i là góc t i h n, l n c a góc t i h n ph thu c vào chênh l ch chi t su t gi a hai môi trư ng và khi tia t i v i góc α >αt thì tia ph n x t i m t phân cách tr l i môi trư ng 1. Như v y, i u ki n x y ra hi n tư ng toàn ph n là: - Các tia sáng ph i i t môi trư ng chi t quang hơn (n1) sang môi trư ng kém chi t quang hơn (n2) .Hay là Chi t su t n1 > n2 - Góc t i c a tia sáng ph i l n hơn góc t i h n. 2.4. S truy n d n ánh sáng trong s i quang 2.4.1.Nguyên lý truy n d n chung ng d ng hi n tư ng ph n x toàn ph n, s i quang ư c ch t o g m m t lõi (core) b ng thu tinh có chi t su t n1 và m t l p b c (cladding) b ng thu tinh có chi t su t n2 v i n1 > n2 ánh sáng truy n trong lõi s i quang s ph n x nhi u l n (ph n x toàn ph n) trên m t ti p giáp gi a lõi và l p v b c. Ta ã bi t i u ki n x y ra hi tư ng tàn ph n là: + Chi t su t n1 > n2 + Góc t i l n hơn góc t i h n. Do c i m c u t o c a s i quang ã có i u ki n là n1 > n2. V y ch còn i u ki n là góc t i αt ph i l n hơn góc t i h n αth (αt >αth). Nên ngư i ta ưa ra khái ni m g i là kh u s NA (Numerical Aperture) nghĩa là kh năng ghép lu ng b c x quang vào s i. Áp d ng công th c : Snelious tính N: n2 n0 αt β αth n1 Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com16
  17. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang n0Sinαth=n1.Sinβ. (n0=1 : chi t su t c a không khí) ⇒ 1.Sinαth=n1.Sinβ=n1Cosα1. (Sinβ=Sin(900-αt)=Cosαt) n2 Cosα t = 1 − Sin 2 α t = 1 − 2 2 n1 n2 ⇒ Sinα th = n 1 . 1 − 2 2 = n 2 − n1 2 2 n1 ⇒ NA = Sinα th = n 2 − n 1 = n 1 . 2 ∆ 2 2 n1 − n 2 2 V i ∆= 2 2 g i là l ch chi t su t tương i 2 .n 1 V y i u ki n t ư c hi n tư ng ph n x toàn ph n trong lõi là khi ưa ngu n sáng vào lõi cáp ph i n m trong m t hình nón có góc m α th = arcsin n 1 . 2 ∆ . 2.4.2 S lan truy n các mode trong s i quang Theo quan i m truy n d n sóng i n t mu n bi t ư c b n ch t th c c a các quá trình truy n d n ánh sáng, c n ph i gi i phương trình sóng. M t mode ư c hi u là m t tr ng thái dao ng i n t ng v i nghi m c a phương trình sóng và s lư ng các mode có quan h v i các sóng i n t ơn tho mãn các phương trình Maxwell và i u ki n b t s i quang. Các mode c a các sóng i n t có th chia ra mode v i t n hao th p. Mode v v i t n hao cao và các mode rò có c tính c a c hai lo i mode trên. Dĩ nhiên khi ưa ánh sáng vào s i quang thì ph n l n năng lư ng t p trung trong ru t s i, còn ph n năng lư ng rò ra v t o ra mode v và mode rò b d p t t ngay. Ngư i ta chú ý n các mode ư c truy n d n trong ru t s i và các mode lan truy n có nh ng c tính sau : - Các mode hoàn toàn c l p v i nhau. - M i mode có m t t c lan truy n r ng. - M i mode ch t n t i cho m t bư c sóng xác nh c a ngu n sáng. Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com17
  18. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang Th c t ph i t n t i m t bư c sóng gi i h n λg sao cho các bư c sóng c a các mode u ph i tuân theo i u ki n λ > λg. S lư ng các mode lan truy n trong s i quang ph thu c vào t s dk/λ nên dk l n hơn λ nhi u thì s i cho vô s mode truy n qua, còn khi dk r t nh thì ch có m t mode cơ b n ư c truy n qua (s i ơn mode). Ngư i ta nh nghĩa tham s c u trúc V hay còn g i là t n s chu n hoá: π.d k .n 1 V= . 2.∆ α V i s i SI, n u V
  19. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang nhau và có m t mode ch y song song tr c có quãng ư ng i ng n nh t (c). Ánh sáng lan truy n trong lõi ph i tho mãn i u ki n ph n x toàn ph n có nghĩa là ánh sáng ưa vào s i ph i n m trong m t hình nón có n a góc m αth M.d k .n 1 S i SI có α th = arcsin 2.∆ . n 1 − n 2 2 2 2,405 r S i GI có α th = arcsin n 1 . 2.∆ . 1 − ( ) 2 a Mà như ta bi t kh u s NA = Sinαth Như v y s i SI có NA = n 1 − n 2 = n 1 . 2.∆ 2 2 Giá tr c a NA n m trong gi i h n t 0,2÷0,37. r Còn s i GI có NA = n 1 . 1 − ( ) 2 a m c a s i GI luôn luôn thay i tuỳ giá tr ưa ra ánh sáng vào t i tâm lõi có m là l n nh t, còn ra n ch m t phân cách lõi thì m b ng 0. Mu n tăng hi u su t ánh sáng vào s i c n có m l n song lý thuy t ã ch ng minh là khi tăng m thì xung ánh sáng lan truy n b tán x l n, băng t n truy n d n c a s i b thu h p l i. Theo hình 2-5 ta không th mô t c trưng c a các mode vì th c t không ph i t t c các tia sáng i vào lõi trong ph m vi góc m cho phép u ư c lan truy n n cu i s i. Do b n thân ánh sáng có tính sóng, gi a các tia có hi n tư ng giao thoa. Hai tia sóng s tri t tiêu nhau n u nh c a m t sóng g p b ng c a m t sóng khác, ho c hai sóng l ch pha nhau m t n a bư c sóng, còn n u hai bư c sóng có nh g p nh thì s càng tăng cư ng ch y n cu i ư ng s i mà ta g i là các mode. V phương ti n truy n sóng, có th nói mode ư c c trưng b i s phân b cư ng ánh sáng trên m t c t ngang c a s i và ư c lan truy n v i t c xác nh. Xa hơn n a, xét v phương di n truy n d n thì mode s tr thành t i tin khi i u bi n, như th trên s i ơn mode có m t t i tin còn trên s i a mode thì có r t nhi u t i tin, m i t i tin ng v i m t bư c sóng nh t nh. Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com19
  20. Tr−êng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang 2.5. Phân lo i s i quang phân bi t s i quang, ngư i ta d a vào các y u t c a s i quang mà phân bi t thành các l i s i khác nhau. Danh m c Lo i s i - S i có ch s chi t su t phân b c Phân lo i s i theo ch s chi t su t - S i có ch s chi t su t Gradien - S i ơn mode Phân lo i theo mode truy n d n - S i a mode - S i thu tinh Phân lo i theo c u trúc v t li u - S i ch t d o - S i thu tinh a thành ph n Phân lo i d a theo các ch c năng c - S i l không khí bi t - S i duy trì phân c c 2.5.1. S i có chi t su t nh y b c(SI) và s i có chi t su t bi n i u (GI) 2.5.1.1.S i quang có chi t su t nh y b c (s i SI: Step- Index): ây là lo i s i có c u t o ơn gi n nh t v i chi t su t c a lõi và l p v b c khác nhau m t cách rõ r t như hình b c thang. Các tia sáng t ngu n quang phóng vào us i v i góc t i khác nhau s truy n theo các ư ng khác nhau Sinh viªn: L−¬ng Xu©n Tr−êng –Líp K40§VT Email: Sadboy8x@gmail.com20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản