Bài giảng Sợi quang học

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

191
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Sợi quang học sau đây sẽ trang bị cho các bạn những kiến thức về cấu tạo sợi quang học, phân loại sợi quang học, sự truyền dẫn quang trong sợi quang học, sự tán sắc đường truyền, sự tán sắc vật liệu,... trong sợi quang học.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Sợi quang học

CẤU TẠO SỢI QUANG HỌC Cáp quang gồm các phần sau: * Core : Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi * Cladding : Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi. * Buffer coating : Lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và ẩm ướt * jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi là Cáp quang.Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp được gọi là jacket.
Phân loại sợi quang học Sợi quang thạch anh Phân loại theo vật liệu điện môi Sợi quang thủy tinh đa vật liệu Sợi quang bằng nhựa Sợi quang đơn mode Phân loại theo mode lan truyền Sợi quang đa mode Phân loại theo phân bố chiết Sợi quang chiết suất bậc suất khúc xạ Sợi quang chiết suất biến đổi đều
Sự suy hao tín hiệu • Suy hao do hấp thụ: Sù kh«ng tinh khiÕt cña sîi quang lµ nguyªn nh©n chñ yÕu cña suy hao ( do c¸c kim lo¹i chuyÓn tiÕp nh : S¾t ,Cr«m , Coban, §ång vµ ®é Èm cña OH ) • Suy hao do tán xạ Rayleigh: xuÊt hiÖn khi cã sù thay ®æi chiÕt suÊt cña sîi quang x¶y ra trong 1 vïng nhá h¬n bíc sãng ¸nh s¸ng sö dông • Suy hao bức xạ do bị bẻ cong:
 (dB/km) 5 4 3 2 1 0,4 0,25 0 0,8 1 1,2 1,3 1,4 1,55  (m)
Sự truyền dẫn quang trong sợi quang học
Sự tán sắc đường truyền Nguyên nhân: do chùm tia sáng truyền theo nhiều đường khác nhau trong lõi cáp quang rộng. Xét hai tia sáng đi vào với góc 0 và góc  A Truyền đi với cùng vận tốc c v  n r 1 Đối với tia truyền thẳng: l n r 1 .l ta   Đối với tia ngoài cùng: v c n r 1 .l n r21 .l te   2 c . s in 1c n r 2 .c
• Độ chênh lệch thời gian: nr1.l.nr  mp   a  e  nr 2 .c • Độ tán sắc đường truyền được tính bằng độ mở rộng thời gian trên một đơn vị chiều dài:  n . n  m p r1 r l n r 2 .c • Độ rộng băng thông (tốc độ đường truyền): n r 2 .c  f .l  2 n r 1 . n r
Sự tán sắc đường truyền • Nguyên nhân: do chùm tia sáng truyền theo nhiều đường khác nhau trong lõi cáp quang rộng. Xét hai tia sáng đi vào với góc 0và góc  A Truyền đi với cùng vận tốc c v  n r 1 Đối với tia truyền thẳng: l n r 1 .l ta   v c Đối với tia ngoài cùng: nr1.l nr21.l te   2 c.sin1c nr2.c
• Độ chênh lệch thời gian: nr1.l.nr  mp   a  e  nr 2 .c • Độ tán sắc đường truyền được tính bằng độ mở rộng thời gian trên một đơn vị chiều dài:  n . n  m p r1 r l n r 2 .c • Độ rộng băng thông (tốc độ đường truyền): n r 2 .c  f .l  2 n r 1 . n r
Sự tán sắc vật liệu • Tán sắc vật liệu sinh ra là do trong một sợi cáp quang, vận tốc ánh sáng cũng như chiết xuất của quang sợi là một hàm số của bước sóng ánh sáng tín hiệu  • Vận tốc pha: v p  k • Vận tốc nhóm: v g  d  d k • Ta có chiết suất pha, chiết suất nhóm: c c n r  N r  v p v g c c • Từ đó ta được vận tốc nhóm: vg   Nr nr .dnr / d
Hình 1. Sự thay đổi của vận tốc nhóm theo bước sóng trong quang sợi đơn một thông thường
Đối với các bước sóng trong phạm vi 1550nm thì tán sắc vật liệu là nguyên nhân chính gây nên hiện tượng tán sắc Trên thực tế không thể có một nguồn sáng đơn sắc tuyệt đối, mọi nguồn sáng đều có một độ rộng phổ nhất định. Các thành phần bước sóng dài hơn của xung sẽ chuyền chậm hơn các thành phần bước sóng ngắn hơn. Như vậy, sau một quãng đường truyền đủ dài, độ rộng xung sẽ bị kéo giãn ra tới mức hai xung kế tiếp nhau sẽ bị chèn lên nhau . Hậu quả là thiết bị ở đầu thu sẽ không thể phân biệt được 2 xung riêng biệt.
Độ chênh lệch thời gian truyền sóng • Xét 1 xung có bước sóng  di chuyển quãng đường l trong sợi dây l dnr l t   (n r   ) vg d c • Lấy đạo hàm t theo bước sóng t l d 2 nr    c d 2 • Khi đó ta được độ chên lệch thời gian truyền sóng: l d 2 nr l d 2 nr  d íp        2 c d 2 c d2
• Gọi Ym là đại lượng đặc trưng cho tán xạ vật liệu: 2 d n Y   2 r d  m 2 •Độ rộng băng thông: l c  f .l   4  d íp 4  Y m
Dạng xung tổng  tot  (   ) 2 in 2 mp 2 2 d íp T in: độ rộng xung ban đầu trước khi đi vào dây T mp: độ rộng xung do sự tán sắc đường truyền T dip : độ rộng xung do sự tán sắc vật liệu Với vật liệu một đường truyền thì T mp=0
Tán sắc ống dẫn sóng • Xuất hiện do hằng số lan truyền phụ thuộc không tuyến tính vào vận tốc ( bước sóng) trong ống dẫn quang • Tán sắc sắc thể bao gồm tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng • Nguồn quang là Led, đặc tính phổ rộng, hoạt động ở bước sóng 850nm tán sắc vật liệu là chủ yếu • Nguồn quang là laser diod, hoạt động tại bước sóng 1300nm tán sắc đường truyền đóng vai trò chủ đạo