Bài giảng thông tin quang nâng cao

Néi dung m«n häc Th«ng tin quang n©ng cao

PhÇn 1: Tæng quan vÒ kü thuËt th«ng tin quang

Gi¶ng viªn: Hoµng Văn Vâ

PhÇn 2: C¸c phÇn tö c¬ b¶n trong kü thuËt th«ng tin quang

Gi¶ng viªn: Hoµng Văn Vâ

PhÇn 3: C¬ së kü thuËt th«ng tin quang

Gi¶ng viªn: Hoµng Văn Vâ

PhÇn 4: HÖ thèng th«ng tin quang

Gi¶ng viªn: Vò TuÊn L©m

PhÇn 5: Mét sè c«ng nghÖ quang tiªn tiÕn

Gi¶ng viªn: Vò TuÊn L©m

PhÇn 2: C¸c phÇn tö c¬ b¶n trong kü thuËt th«ng tin quang

1. Sîi quang

2. C¸c phÇn tö biÕn ®æi ®iÖn - quang

(ph¸t quang)

3. C¸c phÇn tö biÕn ®æi quang - ®iÖn

(thu quang)

SỢI QUANG

1. Cấu trúc sợi quang 2. Vật liệu chế tạo sợi quang 3. Phân loại sợi quang 4. Truyền sóng ánh sáng trong sợi quang 5. Các tham số cơ bản của sợi quang 6. Một số loại sợi quang mới 7. Cáp sợi quang 8. Chế tạo sợi quang 9. Kết nối sợi quang

1. CẤU TRÚC SỢI QUANG

 ĐÞnh nghÜa

 CÊu tróc

 Mét sè kÝch th íc th«ng dông cña sîi quang

1. CẤU TRÚC SỢI QUANG  ĐÞnh nghÜa:

Professor Charles Kao ph¸t minh ra sîi quang, nhËn gi¶i th ëng IEE tõ Pro. John Midwinter. (1998 at IEE Savoy Place, London, UK)

Lµ èng dÉn sãng cã kh¶ năng mang th«ng tin d íi d¹ng ¸nh s¸ng. KÝch th íc rất nhá.

1. CẤU TRÚC SỢI QUANG

 CÊu tróc:

CÊu tróc c¬ b¶n cña sîi quang gåm 3 líp: • Líp lâi hình trô th êng lµm b»ng vËt liÖu trong suèt (thñy tinh hay nhùa) cã chØ sè chiÕt suÊt lín (n1) cã t¸c dông truyÒn lan ¸nh s¸ng theo h íng song song víi trôc cña nã.

• Líp vá ph¶n x¹ th êng lµm b»ng thuû tinh hay b»ng nhùa víi chiÕt suÊt n2  n1, cã cÊu tróc hình trô ®ång t©m vµ bao quanh líp lâi, cã t¸c dông giam giữ ¸nh s¸ng trong líp lâi.

• Líp vá b¶o vÖ b»ng nhùa hay sîi tæng hîp, cã t¸c dông b¶o vÖ lâi

vµ gia c êng thªm ®é bÒn cña sîi.

Hình 1

1. CẤU TRÚC SỢI QUANG

 Mét sè kÝch th íc th«ng dông cña sîi quang:

Lo¹i Đ êng kÝnh

líp b¶o vÖ (m)

Đ êng kÝnh líp lâi (m) Đ êng kÝnh líp vá (m)

I 8-10 125 250/500

II 50 125 250/500

III 62,5 125 250/500

IV 85 125 250/500

(TÝnh chÊt, u nh îc ®iÓm vµ ph¹m vi øng dông cña tõng lo¹i sîi - xem tµi liÖu: L¾p ®Æt hÖ thèng th«ng tin c¸p sîi quang, nhµ xuÊt b¶n B u ®iÖn- 1998)

V 100 140 250/500

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (1)

 C¸c yªu cÇu cña vËt liÖu chÕ t¹o sîi quang

 ĐÆc ®iÓm vËt liÖu chÕ t¹o sîi quang

 C¸c lo¹i sîi quang trªn quan ®iÓm vËt liÖu chÕ t¹o sîi

 VËt liÖu chÕ t¹o c¸c sîi quang:

 Sîi lâi thuû tinh, vá thuû tinh,

 Sîi lâi thuû tinh, vá chÊt dÎo,

 Sîi lâi chÊt dÎo, vá chÊt dÎo.

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (3)

 C¸c yªu cÇu cña vËt liÖu chÕ t¹o sîi quang:

ĐÓ b¶o ®¶m truyÒn th«ng tin trong c¸c hÖ thèng th«ng tin quang, c¸c vËt liÖu ®Ó chÕ t¹o sîi quang ph¶i b¶o ®¶n c¸c yªu cÇu sau:

 VËt liÖu ph¶i ®¶m b¶o t¹o ® îc c¸c sîi dÉn quang dµi, m¶nh vµ

mÒm dÎo.

 VËt liÖu ph¶i ®¶m b¶o thËt trong suèt t¹i c¸c b íc sãng lµm viÖc

th«ng dông, t¹o cho sîi truyÒn tÝn hiÖu tèt, Ýt bÞ suy hao.

 C¸c vËt liÖu chÕ t¹o ra lâi vµ vá cña sîi ph¶i cã b¶n chÊt vËt lý t ¬ng thÝch ®Ó t¹o ra sù chªnh lÖch vÒ chØ sè chiÕt suÊt lâi vµ vá lµ kh¸ nhá.

=> VËt liÖu thñy tinh vµ chÊt dÎo trong suèt

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (5)  ĐÆc ®iÓm vËt liÖu chÕ t¹o sîi quang:

VËt liÖu thuû tinh:

 Thñy tinh cã suy hao lín => Sîi ® îc chÕ t¹o cã lâi lµ thñy tinh suy hao lín th× dïng cho c¸c cù ly truyÒn dÉn ng¾n, tèc ®é thÊp;

 Thñy tinh cã suy hao nhá => Sîi chÕ t¹o tõ thñy tinh cã suy hao

nhá sÏ ® îc dïng rÊt réng r·i cho c¸c cù ly xa, tèc ®é cao.

VËt liÖu chÊt dÎo: Đèi víi c¸c tuyÕn cù ly dµi, c¸c lo¹i sîi lµm b»ng chÊt dÎo Ýt ® îc sö dông h¬n v× suy hao cña nã lín h¬n c¸c lo¹i sîi thñy tinh,

Nã chØ ® îc dïng cho cù ly ng¾n, tèc ®é thÊp vµ n¬i mµ cã t¸c ®éng c¬ häc m¹nh.

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (7)

 C¸c lo¹i sîi quang trªn quan ®iÓm vËt liÖu chÕ

t¹o sîi:

Trªn c¬ së vËt liÖu chÕ t¹o, cã ba lo¹i sîi sau:

 Sîi lâi thuû tinh, vá thuû tinh,

 Sîi lâi thuû tinh, vá chÊt dÎo,

 Sîi lâi chÊt dÎo, vá chÊt dÎo.

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (10)

 Sîi lâi thuû tinh, vá thuû tinh

• VËt liÖu thñy tinh ®Ó chÕ t¹o líp lâi:

 CÊu tróc m¹ng ph©n tö liªn kÕt hçn hîp => Thuû tinh oxit.Trong ®ã dioxit silic (SiO2) lµ läai oxit th«ng dông nhÊt ®Ó t¹o ra sîi, chØ sè chiÕt suÊt t¹i b íc sãng 850nm lµ 1,458.

 ĐÆc ®iÓm cña thñy tinh dioxit Silic: rÊt trong suèt ë vïng ¸nh s¸ng nh×n thÊy vµ vïng hång ngo¹i, nhiÖt ®é lµm biÕn d¹ng chóng vµo kho¶ng 10000C, rÊt Ýt bÞ në ra khi nhiÖt ®é t¨ng; cã tÝnh bÒn vững hãa häc cao.

 Mét sè vËt liÖu thñy tinh cô thÓ ®Ó chÕ t¹o sîi dÉn quang:

- GeO2- SiO2 (lâi SiO2 cã pha GeO2 ), - P2O5- SiO2 , - GeO2- B2O3- SiO2. - SiO2.

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (11)

Sîi lâi thuû tinh, vá thuû tinh

• VËt liÖu thñy tinh ®Ó chÕ t¹o líp vá ph¶n x¹:

 ĐÓ ®¹t ® îc môc tiªu cña líp vá lµ t¹o ra ph¶n x¹ toµn phÇn cña c¸c tia s¸ng truyÒn trong líp lâi cña sîi, tøc lµ t¹o ra hai lo¹i vËt liÖu cã chØ sè chiÕt suÊt h¬i lÖch nhau.

vµ c¸c oxit kh¸c nhau nh B2O3, GeO2 vµ P2O5.

 Trªn c¬ së vËt liÖu thuû tinh cña líp lâi ng êi ta thªm vµo mét l îng Flo

 NÕu muèn tăng chØ sè chiÕt suÊt thì thªm P2O5 hoÆc GeO2 vµo SiO2, nÕu

muèn gi¶m chØ sè chiÕt suÊt thì thªm B2O3 vµo SiO2.

- SiO2,

 Mét sè vËt liÖu thñy tinh cô thÓ ®Ó chÕ t¹o líp vá:

- B2O3- SiO2,

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (12)

 Sîi lâi thuû tinh, vá thuû tinh

Trªn quan ®iÓm vËt liÖu thuû tinh chÕ t¹o sîi quang => Cã mét sè lo¹i sîi quang thñy tinh nh sau:

• Mét sè lo¹i sîi quang líp lâi vµ vá ph¶n x¹:

- Sîi cã lâi GeO2- SiO2 vµ vá ph¶n x¹ SiO2.

- Sîi cã lâi P2O5- SiO2 vµ vá ph¶n x¹ SiO2.

- Sîi cã lâi GeO2- B2O3- SiO2 vµ vá ph¶n x¹ B2O3- SiO2.

• ĐÆc ®iÓm vµ kh¶ năng øng dông:

Sîi cã lâi thuû tinh vµ vá thuû tinh cã suy hao nhá => c¸c tuyÕn th«ng tin quang cù ly xa vµ tèc ®é cao.

-Sîi cã lâi SiO2 vµ vá ph¶n x¹ B2O3- SiO2.

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (14)

 Sîi lâi thuû tinh, vá chÊt dÎo

 VËt liÖu thñy tinh ®Ó chÕ t¹o líp lâi:

Nh lo¹i sîi cã lâi thuû tinh vµ vá thuû tinh.

 VËt liÖu chÊt dÎo ®Ó chÕ t¹o líp vá:

Vá th êng ® îc chÕ t¹o tõ hçn hîp chÊt polimer (vËt liÖu nhùa silicone) cã chØ sè chiÕt suÊt thÊp h¬n lâi dioxit silic. Gi¸ trÞ chØ sè chiÕt suÊt vá nµy kho¶ng 1,405 t¹i b íc sãng 850nm,

Nhùa silicone cßn tham gia vµo viÖc t¹o vá b¶o vÖ sîi dÉn quang

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (15)

 Sîi lâi thuû tinh, vá chÊt dÎo

- Gi¸ thµnh h¹,

- Suy hao lín => Cù ly ng¾n

Th«ng th êng, sîi thñy tinh vá chÊt dÎo chØ sö dông ë sîi cã chiÕt suÊt ph©n bËc víi ® êng kÝnh lâi kh¸ lín (kho¶ng 150 ®Õn 600m).

- Sîi nµy cã khÈu ®é sè rÊt lín cho phÐp sö dông c¶ c¸c lo¹i nguån ph¸t quang cã gãc ph¸t x¹ lín, vì vËy cho phÐp gi¶m gi¸ thµnh hÖ thèng mét c¸ch ®¸ng kÓ.

• ĐÆc ®iÓm vµ kh¶ năng øng dông :

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (17)

 Sîi lâi chÊt dÎo, vá chÊt dÎo

• VËt liÖu chÊt dÎo ®Ó chÕ t¹o líp lâi vµ líp vá ph¶n x¹:

C¶ vËt liÖu chÕ t¹o líp lâi vµ vá ®Òu b»ng polimer, nh ng cã cÊu tróc hoÆc thµnh phÇn ho¸ chÊt kh¸c nhau nh»m ®Ó t¹o ra c¸c chØ sè chiÕt suÊt lâi vµ vá kh¸c nhau.

• ĐÆc ®iÓm vµ kh¶ năng øng dông:

- KhÈu ®é sè cña sîi nµy lín cho phÐp gãc tiÕp nhËn ¸nh s¸ng

kho¶ng 700.

- Sö dông cho sîi chiÕt suÊt ph©n bËc c¶ lâi vµ vá.

- Lo¹i sîi nµy chØ ®¸p øng cù ly truyÒn dÉn rÊt ng¾n vì cã suy hao

rÊt lín.

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (1)

 Mét sè quan ®iÓm ph©n lo¹i

 C¸c lo¹i sîi quang

 ChiÕt suÊt cña c¸c lo¹i sîi quang

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (3)

 Mét sè quan ®iÓm ph©n lo¹i:

 Ph©n lo¹i sîi theo chØ sè chiÕt suÊt,

 Ph©n lo¹i theo mode truyÒn dÉn,

 Ph©n lo¹i theo cÊu tróc vËt liÖu.

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (5)

 C¸c lo¹i sîi quang

Tiªu chÝ

Lo¹i sîi

Ph©n lo¹i sîi theo chØ sè chiÕt suÊt

Sîi cã chØ sè chiÕt suÊt ph©n bËc Sîi cã chØ sè chiÕt suÊt Gradien

Ph©n lo¹i theo mode truyÒn dÉn

Sîi ®¬n mode Sîi ®a mode

Ph©n lo¹i theo cÊu tróc vËt liÖu

Sîi lâi thñy tinh, vá thuû tinh Sîi lâi thñy tinh, vá chÊt dÎo Sîi lâi chÊt dÎo, vá chÊt dÎo

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (6)

 C¸c lo¹i sîi quang

Lo¹i sîi

ĐÆc ®iÓm

Sîi cã chØ sè chiÕt suÊt ph©n bËc Sîi cã chØ sè chiÕt suÊt ®ång ®Òu ë sîi lâi (SI-Step Index).

Sîi cã chØ sè chiÕt suÊt Gradien

Sîi cã chØ sè chiÕt suÊt ë lâi gi¶m dÇn tõ t©m lâi sîi ra tíi tiÕp gi¸p lâi vµ vá ph¶n x¹ (GI-Graded Index)

Sîi ®¬n mode Sîi chØ cho phÐp mét mode truyÒn dÉn trong nã

Sîi ®a mode Sîi cho phÐp nhiÒu mode truyÒn dÉn trong nã

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (7)  C¸c lo¹i sîi quang

Trªn quan ®iÓm chiÕt suÊt vµ mode, ta cã s¬ ®å ph©n lo¹i sau:

Vá ph¶n x¹

Lâi sîi

Vá b¶o vÖ

Sîi ®a mode Sîi ®¬n mode

n2 n2 n2

Sîi cã chiÕt suÊt Gradien

n1 n1 n1

Hình 2 Sîi cã chiÕt suÊt ph©n bËc

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (8)

 C¸c lo¹i sîi quang

Trªn quan ®iÓm chiÕt suÊt vµ mode, ta cã 3 lo¹i sîi chÝnh sau:

n1 Sîi chiÕt suÊt ph©n bËc, ®¬n mode n2

Sîi chiÕt suÊt ph©n bËc, ®a mode

Sîi chiÕt suÊt Gradien, ®a mode

Hình 3

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (9)

 ChiÕt suÊt cña c¸c lo¹i sîi quang

 Sîi quang cã chiÕt suÊt ph©n bËc

víi r  a

n(r) =

(2-1)

n2 = n1(1 - )

víi r > a

: b¸n kÝnh lâi sîi, : chØ sè chiÕt suÊt cña lâi vµ n1 th êng lµ 1,48, : chØ sè chiÕt suÊt líp vá, n2 < n1 , : lµ sù kh¸c nhau cña chØ sè chiÕt suÊt lâi vµ vá, ® îc x¸c

a n1 n2 

Trong ®ã: r : kho¶ng c¸ch b¸n kÝnh tÝnh tõ trôc sîi,

®Þnh gÇn ®óng theo c«ng thøc:

(2-2)

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (10)

 ChiÕt suÊt cña c¸c lo¹i sîi quang

Sîi chiÕt suÊt Gradien

Lâi sîi

n(r)

MÆt c¾t lâi sîi më réng

TiÕp gi¸p vá - lâi

Hình 4. ChØ sè chiÕt suÊt cña sîi gradien

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (11)

 ChiÕt suÊt cña c¸c lo¹i sîi quang

Sîi chiÕt suÊt Gradien

víi 0 r  a

(2-3)

Trong ®ã, r : kho¶ng c¸ch b¸n kÝnh tÝnh tõ trôc sîi

víi r > a

®óng theo c«ng thøc:

(2-4)

a : b¸n kÝnh lâi sîi, : chØ sè chiÕt suÊt t¹i trôc lâi sîi, n1 n2 : chØ sè chiÕt suÊt líp vá, n2 < n1,  : lµ sù kh¸c nhau cña chØ sè chiÕt suÊt lâi vµ vá, ® îc x¸c ®Þnh gÇn

 : tham sè x¸c ®Þnh d¹ng cña mÆt c¾t chØ sè chiÕt suÊt vµ kh«ng cã thø

nguyªn ;  ≥ 1.  =  => sîi cã chiết suất ph©n bËc.

SỢI QUANG 4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (1)

 M« t¶ quang hình häc qu¸ trình truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi

quang

 Phương trình truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang

 C¸c mode ¸nh s¸ng trong sîi quang

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

 Gãc ghÐp tíi h¹n

 HÖ sè më cña sîi quang

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (3)

 M« t¶ quang hình häc qu¸ trình truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang

 Sîi chiÕt suÊt ph©n bËc, ®¬n mode

Ánh sáng truyền trong loại sợi này được xem như những tia đi theo đường thẳng song song với trục của sợi.

n2 Hình 5

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (4)

 M« t¶ quang hình häc qu¸ trình truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi

quang

 Sîi chiÕt suÊt ph©n bËc, ®a mode

Ánh sáng truyền trong loại sợi này được xem như những tia sáng đi theo đường zig-zac.

Hình 6

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (4)

 M« t¶ quang hình häc qu¸ trình truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang

 Sîi chiÕt suÊt ph©n bËc, ®a mode

Hình 7. Các tia trục và tia xiên, trong đó:

Tuy nhiên, có 2 loại đường đi: loại tia trục và tia xiên. Các tia trục là những tia nằm trên mặt phẳng chứa trục trung tâm của sợi quang; các tia xiên là những tia không nằm trên mặt phẳng này .

(a) Tia trục : dọc (bên trái) và ngang (bên phải) (b) Tia xiên : dọc (bên trái) và ngang (bên phải)

Để đơn giản, các mô tả quang hình về đường đi của tia sáng trong sợi quang chỉ xét đến tia trục

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (5)

 M« t¶ quang hình häc qu¸ trình truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang

 Sîi chiÕt suÊt Gradien, ®a mode

Hình 8 n1

Ánh sáng được khúc xạ liên tiếp qua các lớp chiết suất này khiến cho góc tới liên tục giảm và sẽ giảm nhỏ hơn góc tới hạn trước khi đi đến phần tiếp giáp vỏ-lõi.

Đường ánh sáng sẽ trở thành các đường cong parabol.

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (7)

 Phương trình truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang

 C¸c ph ¬ng trình Maxwell

Trong ®ã:

Sù lan truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang thu©n theo hÖ ph ¬ng trình tr êng ®iÖn Maxwell. Víi mét m«i m«i ®¼ng h íng, tuyÕn tÝnh, kh«ng cã dßng ®iÖn, c¸c ph ¬ng trình nµy cã d¹ng:

(2-9)

E: Cường độ điện trường [V/m], D: Vectơ cảm ứng điện [c/m2],

(2-5) H: Cường độ từ trường [A/m],

B: Vectơ cảm ứng từ [H/m], D =  E,

(2-6)

(2-7)  . D = 0

(2-8)  . B = 0

B =  H,  lµ h»ng sè ®iÖn m«i,  lµ ®é tõ thÈm cña m«i tr êng.

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (8)

 Phương trình truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang

 HÖ täa ®é trôc ph©n tÝch sù truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang

Gi¶i c¸c ph ¬ng trình Maxwell ®èi víi lâi sîi quang hình trô, ta sÏ x¸c ®Þnh ® îc ph ¬ng trình truyÒn sãng trong sîi quang. ®Ó ph©n tÝch qu¸ trình lan truyÒn cña sãng ®iÖn tõ däc theo sîi quang, Tr íc hÕt, ta g¾n hÖ thèng täa ®é trôc (r,,z) x¸c ®Þnh theo trôc z n»m däc theo trôc cña sîi (hình 9).

(2-11)

(2-10)

Trong täa ®é trôc, c¸c sãng ®iÖn tõ truyÒn lan theo trôc z sÏ cã d¹ng sau:

Lâi sîi



Trôc sîi

H íng truyÒn sãng

H = H0(r, ) e j(t -z) E = E0(r, ) ej(t - z)

Hình 9. HÖ thèng täa ®é trôc ®Ó ph©n tÝch sù truyÒn sãng ®iÖn tõ trong sîi.

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (9)

 Phương tr×nh truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang

 Ph ¬ng trình truyÒn sãng

Thay c¸c c«ng thøc (2-10) vµ (2-11) vµo c«ng thøc (2-5), (2-6) vµ biÕn ®æi ta nhËn ® îc ph ¬ng trình truyÒn sãng ¸nh s¸ng cã d¹ng sau:

(2-12)

(2-13)

Trong ®ã, q 2 = 2  - 2 = k2 - 2 .

Tõ c¸c ph ¬ng trình (2-12) vµ (2-13) ta thÊy tõng ph ¬ng trình chØ chøa ®ùng mét ®¹i l îng hoÆc lµ Ez hoÆc lµ Hz. ĐiÒu nµy thể hiện c¸c thµnh phÇn cña E vµ H lµ t¸ch biÖt vµ ® îc chän tïy ý miÔn lµ chóng tháa m·n c¸c ph ¬ng trình (2-12) vµ (2-13).

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (11)

 C¸c mode ¸nh s¸ng trong sîi quang

Gi¶i hệ c¸c ph ¬ng trình (2-12) vµ (2-13) víi c¸c ®iÒu kiÖn biªn cña lâi vµ vá ph¶n x¹ cña sîi quang ta ® îc c¸c nghiÖm riªng. C¸c nghiÖm riªng nµy chÝnh lµ c¸c mode truyÒn dÉn cña sîi quang.

Trong sîi quang cã c¸c mode sau:

- Mode dÉn: c¸c mode chØ truyÒn dÉn trong lâi cña sîi quang hay c¸c mode

(2-14)

cã hÖ sè truyÒn dÉn tháa m·n ®iÒu kiÖn sau:

(2-15)

- Mode dß: Giam h·m mét phÇn năng lượng trong lâi vµ suy hao do bøc x¹ c«ng suÊt khái lâi khi lan truyÒn bëi hiÖu øng xuyªn ngÇm cña sîi (fiber- tunnel effect) hoÆc bÊt kz mode cã hÖ sè truyÒn dÉn tháa m·n ®iÒu kiÖn sau:

- Mode bøc x¹: kh«ng bÞ giam h·m ë lâi vµ bÞ khóc x¹ khái lâi.

β : hÖ sè truyÒn dÉn cña mode,

k0 : h»ng sè truyÒn sãng a/s trong ch©n kh«ng

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (13)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

 Trong kü thuËt truyÒn dÉn tÝn hiÖu trong sîi quang, ng êi ta lu«n tìm mäi gi¶i ph¸p c«ng nghÖ chÕ t¹o sîi quang ®Ó h¹n chÕ c¸c mode rß vµ mode bøc x¹. Do ®ã, d íi ®©y ta nghiªn cøu c¸c mode dÉn cña sîi quang.

 NÕu c¸c ®iÒu kiÖn biªn kh«ng dÉn tíi ghÐp giữa c¸c thµnh phÇn tr êng, cã

thÓ sÏ cã c¸c mode thu ® îc víi Ez= 0 vµ Hz= 0:

 Khi Ez = 0, c¸c mode thu ® îc gäi lµ mode ®iÖn trường ngang (mode TE).  Khi Hz= 0, c¸c mode thu ® îc gäi lµ mode tõ trường ngang (mode TM).

 NÕu c¸c ®iÒu kiÖn biªn dÉn tíi ghÐp giữa c¸c thµnh phÇn tr êng, cã thÓ tån t¹i c¶ Ez vµ Hz kh¸c kh«ng. C¸c mode ghÐp nµy sÏ lµ c¸c mode HE hoÆc EH tuú thuéc vµo vai trß chñ ®¹o cña Hz hoÆc Ez.

NÕu Hz ®ãng gãp lín h¬n vµo tr êng ngang thì ta cã mode HE vµ t ¬ng tù nÕu Ez lµ lín h¬n thì ta cã mode EH.

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (14)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

Mét sè mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang gåm:

Hình 10. C¸c ® êng søc cña 4 mode c¬ b¶n bËc thÊp trong sîi SI

HE21 TE01 TH01 HE11

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (15)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

Do điÒu kiÖn truyền dẫn trong sợi quang là kh«ng lý tưởng (do cÊu tróc sîi quang cã 2 líp lâi vµ vá víi c¸c chiÕt suÊt kh¸c nhau), lµm cho c¸c mode truyÒn dÉn bÞ suy biÕn vµ lai ghÐp víi nhau t¹o thµnh c¸c mode ph©n cùc tuyÕn tÝnh.

TH01 + HE21

=> LP11 víi E ® îc ph©n cùc n»m ngang (ph©n cùc ngang)

TE01 + HE21

TH01 + HE21

=> LP11 víi E ® îc ph©n cùc th¼ng ®øng (ph©n cùc däc)

TE01 + HE21

Sù lai ghÐp c¸c mode c¬ b¶n trong sợi quang thµnh c¸c mode ph©n cực tuyến tÝnh (LP), cô thÓ nh sau:

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (16)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

 Ph©n cùc n»m ngang (ph©n cùc ngang)

TH01

HE21

TE01

HE21

LP11 víi E ® îc ph©n cùc n»m ngang

Hình 11

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (17)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

 Ph©n cùc th¼ng ®øng (ph©n cùc däc)

HE21

TE01

HE21

TH01

LP11 víi E ® îc ph©n cùc th¼ng ®øng

Hình 12

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (18)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

 Các mode phân cực tuyến tính (LP):

Các mode phân cực tuyến tính (LP) c¬ b¶n truyÒn dÉn trong sîi quang:

n»m ngang

th¼ng ®øng

LP11 víi E ® îc ph©n cùc LP11 víi E ® îc ph©n cùc Hình 13

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (19)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

 Tham sè tÇn sè chuÈn hãa (normalized frequency):

ĐÓ ®¸nh gi¸ kh¶ năng truyÒn dÉn sè l îng mode nhiÒu hay Ýt cña sîi quang, ng êi ta ® a ra tham sè tÇn số chuÈn hãa (normalized frequency) - ký hiÖu lµ V. Tham sè tÇn số chuÈn hãa (hay gäi lµ tham sè V) x¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn c¾t cña sîi quang vµ ® îc x¸c ®Þnh qua biÓu thøc sau:

(2-16)

Trong ®ã:

 lµ b íc sãng ¸nh s¸ng trong ch©n kh«ng. a lµ b¸n kÝnh lâi sîi, n1 lµ chØ sè chiÕt suÊt t¹i trôc lâi sîi, lµ chØ sè chiÕt suÊt líp vá, n2 < n1 n2

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (20)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

 B íc sãng c¾t cña mode dÉn trong sîi quang:

Không phải mode sóng nào cũng truyền được trong sợi quang. Mỗi mode LPnm có một tần số cắt tương ứng, ký hiệu là Vcn. Chỉ khi tần số chuẩn hóa V của sợi quang lớn hơn tần số cắt Vcn thì mode thứ n đó mới truyền được trong sợi quang. Dưới đây là một vài trị số Vcn bậc thấp để tính tần số chuẩn hóa V:

Vc2 = 3,832 Vc4 = 5,520

Vc1 = 2,405 Vc3 = 5,138 Vc5 = 6,380

øng víi V = Vcn, sÏ cã  = cn gäi lµ b íc sãng c¾t cña mode dÉn trong sîi quang vµ ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

(2-17)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (21)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

 Sè l îng mode truyÒn dÉn trong sîi quang:

Sè l îng mode lan tuyÒn trong mét sîi quang ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

 Đèi víi sîi sîi chiÕt suÊt bËc, sè l îng mode ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng

(2-18)

thøc:

(2-19)

thøc:

 Đèi víi sîi chiÕt suÊt gradien, sè l îng mode ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng

(2-20)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (22)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

 ĐiÒu kiÖn ®¬n mode trong sîi quang:

Vïng ®¬n mode lµ vïng chØ truyÒn duy nhÊt mét mode dÉn vµ ® îc giíi h¹n bëi sãng LP11 t ¬ng øng víi ®iÒu kiÖn tÇn sè c¾t chuÈn hãa Vc1 = 2,405, do ®ã t ¬ng øng b íc sãng c¾t c1 . à c1 lµ mét tham sè quang quan träng ®Ó x¸c ®Þnh sîi quang lµm viÖc ë vïng ®¬n mode. ĐiÒu kiÖn ®¬n mode cña sîi quang ® îc x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc:

(2-21)

Đ©y chÝnh lµ gi¸ trÞ mµ t¹Þ ®ã hµm Bessel bËc thÊp nhÊt J0 = 0. Khi ®ã, tÊt c¶ c¸c mode ®Òu bÞ giíi h¹n, lo¹i trõ mode LP11

Tõ ®iÒu kiÖn (2-21), ng êi ta cã thÓ chÕ t¹o sîi ®¬n mode theo yªu cÇu b»ng c¸ch chän a, n1 vµ n2 thÝch hîp ®Ó tháa m·n ®iÒu kiÖn (2-21).

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (23)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

 Đ êng kÝnh tr êng mode:

ĐÓ ®¸nh gi¸ møc ®é tËp trung năng l îng tr êng trong sîi quang, ng êi ta ® a ra kh¸i niÖm ® êng kÝnh tr êng mode.

ĐÞnh nghÜa:

Đ êng kÝnh tr êng mode lµ ® êng kÝnh cña mét hình trßn c¾t ngang sîi quang, mµ t¹i chu vi cña nã c êng ®é ¸nh s¸ng gi¶m e lÇn so víi c êng ®é ¸nh s¸ng t¹i trôc cña sîi.

ý nghÜa cña ® êng kÝnh tr êng mode:

Đ êng kÝnh tr êng mode ®Æc tr ¬ng cho ph©n bè c êng ®é ¸nh s¸ng trong sîi quang.

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (24)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

 Đ êng kÝnh tr êng mode:

Mét c¸ch gÇn ®óng, ng êi ta cã thÓ m« t¶ cho ph©n bè c êng ®é ¸nh s¸ng trong sîi quang b»ng ph©n bè Gauss:

I/I0

Hình 14. ph©n bè c êng ®é ¸nh s¸ng trong sîi quang

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (25)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

 Đ êng kÝnh tr êng mode:

I/I0

Đ êng kÝnh tr êng mode ® îc m« t¶ ë hình bªn:

1/e

I : C êng ®é ¸nh s¸ng trong sîi, I0 : C êng ®é ¸nh s¸ng t¹i trôc cña sîi, r : B¸n kÝnh,

r/a

Trong ®ã:

e : Sè tù nhiªn ( e = 2,71828)

a : B¸n kÝnh cña lâi sîi,

Hình 15. Đ êng kÝnh tr êng mode

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (26)

 C¸c mode dÉn c¬ b¶n trong sîi quang

 Đ êng kÝnh tr êng mode:

Ðường kính trường mode phụ thuộc vào bước sóng. Bước sóng càng lớn trường mode càng tăng.

Ðối với sợi đơn mode SI, đường kính trường mode (p) thường lớn hơn đường kính lõi của sợi quang, và được tính theo công thức gần đúng :

(2- 22)

: B¸n kÝnh cña lâi sîi,

Trong ®ã: r : B¸n kÝnh,

V : TÇn sè chuÈn hãa.

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (28)

 Gãc ghÐp tíi h¹n

Sîi quang

Kh«ng khÝ

Tia khóc x¹

Vá n2

1

2

2

Trôc sîi

gth

Lâi n1

g

Vá n2

 Khi ¸nh s¸ng chiÕu vµo sîi vµo sîi quang víi mét gãc g lín h¬n mét gi¸ trÞ nµo ®ã (gth) thì khi ¸nh s¸ng ®i qua mÆt ph©n c¸ch giữa vá vµ lâi sîi quang kh«ng chØ ph¶n x¹, mµ cßn khóc x¹ ra líp vá cña sîi quang.

Hình 16  Khi gi¶m dÇn gãc g cña ¸nh s¸ng chiÕu vµo sîi quang thì gãc khóc x¹ cña ¸nh s¸ng ®i qua mÆt ph©n c¸ch giữa vá vµ lâi sîi quang sÏ tăng dÇn.

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (29)

 Gãc ghÐp tíi h¹n

 Khi ¸nh s¸ng chiÕu vµo sîi vµo sîi quang víi mét gãc g (<gth) thì khi ¸nh s¸ng ®i qua mÆt ph©n c¸ch giữa vá vµ lâi sîi quang sÏ kh«ng khóc x¹ ra líp vá cña sîi quang, mµ ph¶n x¹ toµn phÇn trong líp lâi cña sîi quang.

 Gãc ghÐp cµng nhá thì ®iÒu kiÖn ph¶n x¹ toµn phÇn cµng x¶y ra (nh ng

c«ng suÊt ¸nh s¸ng cña nguån quang ghÐp vµo sîi quang cµng nhá).

 Gãc ghÐp cµng nhá thì ®iÒu kiÖn ph¶n x¹ toµn phÇn cµng x¶y ra (nh ng

c«ng suÊt ¸nh s¸ng cña nguån quang ghÐp vµo sîi quang cµng nhá).

 Khi gãc ghÐp tăng tíi mét gi¸ trÞ x¸c ®Þnh, mµ khi ®ã xuÊt hiÖn hiÖn t îng ph¶n x¹ toµn phÇn t¹i mÆt ph©n c¸ch giữa líp vá vµ líp lâi cña sîi quang, thì gi¸ trÞ ®ã cña gãc ghÐp gäi lµ gãc ghÐp tíi h¹n (gãc ghÐp tèi ®a) cña ¸nh s¸ng vµo sîi quang.

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (30)

 Gãc ghÐp tíi h¹n

Sîi quang

Kh«ng khÝ

Tia khóc x¹

Vá n2

1

(2-23)

2

2

Trôc sîi

gth

Lâi n1

g

Vá n2

Gãc ghÐp tíi h¹n ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

Hình 16

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (33)

 HÖ sè më cña sîi quang

ĐÞnh nghÜa: HÖ sè më cña sîi quang (NA) lµ sin cña gãc ghÐp tíi h¹n.

HÖ sè më cña sîi quang ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:

(2-24)

ý nghÜa cña hÖ sè më:

 Gi¸ trÞ cña hÖ sè më lu«n nhá h¬n mét ®¬n vÞ vµ n»m trong d¶i tõ 0,14

 HÖ sè më thÓ hiÖn sù tiÕp nhËn ¸nh s¸ng vµ kh¶ năng tËp trung c¸c tia s¸ng cña sîi, còng vì thÕ mµ cho phÐp ta tÝnh to¸n ® îc hiÖu qu¶ cña qu¸ trình ghÐp nguån ph¸t vµo sîi dÉn quang.

®Õn 0,50.

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (34)

 HÖ sè më cña sîi quang

Mét sè gi¸ trÞ hÖ sè më ®èi víi sîi ®a mode øng víi kÝch th íc sîi kh¸c nhau ® îc chØ ra ë b¶ng 2.1.

B¶ng 2.1. KÝch thø¬c sîi vµ hÖ sè më t ¬ng øng

(m)

Đ êng kÝnh lâi Đ êng kÝnh vá HÖ sè më

50 125 0,19 ®Õn 0,25

62,5 125 0,27 ®Õn 0,31

85 125 0,25 ®Õn 0,30

100 140 0,25 ®Õn 0,30

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (35)

 HÖ sè më cña sîi quang

 HÖ sè më cña sîi chiÕt suÊt ph©n bËc

HÖ sè më cña sîi chiÕt suÊt ph©n bËc ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

(2-25)

 HÖ sè më cña sîi chiÕt suÊt Gradien

HÖ sè më cña sîi Gradien ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

(2-26)

víi 0 r  a

Víi NA(0) lµ hÖ sè më cña trôc vµ ® îc x¸c ®Þnh bëi:

víi r > a

(2-27)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (36)

 HÖ sè më cña sîi quang

NA(r)/NA(0)

=

1,0

=4

=2

=1

0,5

Hình 11.HÖ sè më cho c¸c sîi

Gradien víi c¸c 

0,6

0,4

0,8

0,2

1,0

kh¸c nhau

SỢI QUANG

5. Các tham số cơ bản của sợi quang (1)

 Tæng quan

 Suy hao

 Tán sắc

 Các hiện tượng phi tuyến

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG (3)

 Tæng quan vÒ các tham số cơ bản của sợi quang

Có 3 yếu tố cơ bản của sợi quang ảnh hưởng đến khả năng của các hệ thống thông tin quang, bao gồm: - Suy hao, - Tán sắc, - Các hiện tượng phi tuyến.

Tuy nhiên, đối với các hệ thống khác nhau thì mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này cũng khác nhau. Ví dụ:

- Ðối với các hệ thống cự ly ngắn, dung lượng thấp thì yếu tố chủ yếu cần quan

tâm là suy hao.

tâm là suy hao và tán sắc.

- Ðối với các hệ thống tốc độ cao, cự ly tương đối lớn thì yếu tố chủ yếu cần quan

- Ðối với các hệ thống cự ly dài và dung lượng rất lớn thì ngoài 2 yếu tố trên cần

phải xem xét đến cả các hiệu ứng phi tuyến.

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG (5)

 Suy hao trong sợi quang

 Suy hao trong sîi quang lµ sù suy gi¶m tÝn hiÖu trong qu¸ trình truyÒn

dÉn tÝn hiÖu trong sîi quang.

 Suy hao trong sîi quang ® îc x¸c ®Þnh b»ng tû sè giữa c«ng suÊt quang ®Çu ra Pout cña sîi dÉn quang dµi L víi c«ng suÊt quang ®Çu vµo Pin.

 ĐÓ ®Æc tr ng cho suy hao sîi quang, ng êi ta ® a ra tham sè hÖ sè suy

hao () cña sîi quang vµ ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

  lµ suy hao cña sîi quang trªn 1 kilomet .

(2-28)

 Đ¬n vÞ cña  th êng ®ù¬c tÝnh theo decibel trªn kilomet (dB/km).

 HÖ sè suy hao cña sîi quang lµ mét hµm cña b íc sãng:  = ().

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Suy hao trong sợi quang

 C¸c yÕu tè g©y ra suy hao sîi quang:

 Suy hao néi t¹i sîi quang:

- Suy hao do chÕ t¹o sîi,

- Suy hao do b¶n chÊt sîi quang,

- Suy hao ph¶n x¹.

 Suy hao ngo¹i lai:

- Suy hao do mèi hµn vµ bé nèi.

- Suy hao do uèn cong sîi quang,

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 C¸c yÕu tè g©y ra suy hao sîi quang:

 Suy hao do b¶n chÊt sîi quang:

+ Suy hao do t¸n x¹ trong sîi quang

+ Suy hao do hÊp thô tÝn hiÖu trong sîi quang

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Suy hao do b¶n chÊt sîi quang:

 C¸c yÕu tè g©y ra suy hao sîi quang:

+ Suy hao do hÊp thô tÝn hiÖu trong sîi quang:

HÊp thô n¶y sinh lµ do c¸c hiÖn t îng sau ®©y g©y ra:

HÊp thô ¸nh s¸ng trong sîi dÉn quang lµ yÕu tè quan träng trong viÖc t¹o nªn b¶n chÊt suy hao cña sîi dÉn quang.

- HÊp thô vËt liÖu (tù hÊp thô),

- HÊp thô ®iÖn tö.

- HÊp thô do t¹p chÊt,

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Suy hao do b¶n chÊt sîi quang

 C¸c yÕu tè g©y ra suy hao sîi quang:

+ Suy hao do t¸n x¹ trong sîi quang

Suy hao t¸n x¹ trong sîi dÉn quang lµ do tÝnh kh«ng ®ång ®Òu rÊt nhá cña lâi sîi g©y ra. Đã lµ do cã những thay ®æi rÊt nhá trong vËt liÖu, tÝnh kh«ng ®ång ®Òu vÒ cÊu tróc hoÆc c¸c khiÕm khuyÕt trong qu¸ trình chÕ t¹o sîi.

Hai yÕu tè nµy lµm tăng sù thay ®æi chiÕt suÊt, chóng t¹o ra t¸n x¹ ¸nh s¸ng.

Ngoµi ra, do thñy tinh ® îc t¹o ra tõ vµi lo¹i oxit nh SiO2, GeO2 vµ P2O5 cho nªn sù thay ®æi thµnh phÇn vÉn cã thÓ x¶y ra.

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Suy hao trong sợi quang

 Suy hao do b¶n chÊt sîi quang:

C¸c cöa sæ c«ng t¸c

Suy hao do b¶n chÊt sîi quang ® îc m« t¶ bëi hình sau

[dB/km] 5

800

1300 1550  [nm]



Hình 18. Suy hao do b¶n chÊt sîi quang vµ 3 cöa sæ c«ng t¸c

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Suy hao trong sợi quang

- Suy hao do chÕ t¹o sîi quang:

Những bÊt th êng trong qu¸ trình chÕ t¹o sîi quang, nh :

C¸c khuyÕt tËt,

TÝnh kh«ng ®ång nhÊt vÒ kÝch th íc

còng g©y ra suy hao c¸c tia s¸ng.

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Suy hao trong sợi quang

Ph¶n x¹ fresnel x¶y ra t¹i bÊt kú mÆt ph©n c¸ch giữa hai m«i tr êng, c¸c r¹n nøt sîi quang, n¬i x¶y ra sù thay ®æi chiÕt suÊt.

- Suy hao do ph¶n x¹:

VÝ dô: t¹i ®Çu sîi quang ghÐp víi LD hay photodiode, c¸c bé nèi,...

C¸c ph¶n x¹ nµy còng g©y ra suy hao c¸c tia s¸ng.

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Suy hao trong sợi quang

- Suy hao do uèn cong sîi quang:

Nguyên nhân gây ra uốn cong: chế tạo cáp (xoắn ruột cáp), lắp đặt cáp. Khi quấn cáp cũng như khi lắp đặt cáp

Suy hao do uèn cong sîi lµ suy hao ngoµi b¶n chÊt (kh«ng cè hữu ) cña sîi.

Bán kính uốn cong cho phép:

Khi bÊt kú mét sîi dÉn quang nµo ®ã bÞ uèn cong theo mét ® êng cong cã b¸n kÝnh x¸c ®Þnh thì sÏ cã hiÖn t îng ph¸t x¹ tÝn hiÖu ¸nh s¸ng ra ngoµi vá sîi vµ nh vËy ¸nh s¸ng lan truyÒn trong lâi sîi ®· bÞ suy hao.

(2-30)

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Suy hao trong sợi quang

- Suy hao do chÕ t¹o sîi quang:

Suy hao mèi hµn do mét sè nguyªn nh©n sau:

• TÝnh kh«ng ®ång trôc,

• KÝch th íc sîi kh«ng ®ång nhÊt,

• MÆt ph©n c¸ch giữa lâi vµ vá bÞ thay ®æi,...

Suy hao mèi nèi do mét sè nguyªn nh©n sau:

• KÝch th íc sîi kh«ng ®ång nhÊt,

• TÝnh kh«ng ®ång trôc,

• C¸c ®Çu sîi kh«ng thËt s¹ch,...

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

5. Các tham số cơ bản của sợi quang

 Tán sắc

 Kh¸i niÖm

 Đơn vị đo tán sắc

 C¸c lo¹i t¸n s¾c quan träng trong sợi quang:

- T¸n s¾c mode,

- T¸n s¾c vËt liÖu,

- T¸n s¾c èng dÉn sãng,

- T¸n s¾c mode ph©n cùc

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c trong sîi quang

 Kh¸i niÖm:

T¸n s¾c trong sîi quang lµm thay ®æi ®é réng (th êng lµm d·n réng) c¸c xung ¸nh s¸ng khi lan truyÒn trong sîi quang vµ do ®ã g©y nªn mÐo tÝn hiÖu truyÒn dÉn. M« hình m« t¶ ¶nh h ëng cña t¸n s¾c mode lµm d·n tÝn hiÖu xung truyÒn dÉn t¹i ®Çu thu :

Hình 19. ¶nh h ëng cña t¸n s¾c mode lµm thay ®æi ®é réng (th êng lµm d·n réng) xung truyÒn dÉn ®Õn ®Çu thu

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c trong sîi quang

 Đơn vị đo tán sắc:

ps/nm/km.

Ý nghĩa của đơn vị đo tán sắc:

Với một sợi quang có hệ số tán sắc X ps/nm/km, nếu ta truyền ở đầu phát hai bước sóng có khoảng cách với nhau 1 nm, khi đó với mỗi 1 km truyền qua, hai bước sóng này sẽ giãn cách về mặt thời gian là X ps.

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c trong sîi quang

 T¸n s¾c mode:

 T¸n s¾c mode trong sîi quang chØ x¶y ra trong sîi quang ®a mode. C¸c

 T¸n s¾c mode phô thuéc vµo kÝch th íc sîi, ®Æc biÖt lµ ® êng kÝnh lâi cña sîi, nã tån t¹i trªn c¸c sîi ®a mode vì c¸c mode trong sîi nµy sÏ lan truyÒn theo c¸c ® êng ®i kh¸c nhau lµm cho cù ly ® êng ®i còng kh¸c nhau. Đång thêi, c¸c mode truyÒn cã vËn tèc nhãm kh¸c nhau (mçi mode cã h»ng sè lan truyÒn kh¸c nhau). Do ®ã, c¸c mode kh¸c nhau sÏ cã thêi gian lan truyÒn kh¸c nhau. Vì vËy, tÝn hiÖu xung truyÒn dÉn t¹i ®Çu thu sÏ bÞ d·n réng ta.

sîi ®¬n mode kh«ng cã t¸n s¾c mode.

 ĐÓ ®¸nh gi¸ t¸n s¾c mode, ng êi ta sö dông tham sè "®é t¸n s¾c mode" - ký hiệu: Dmode. Dmode ® îc x¸c ®Þnh bëi ®é lÖch thêi gian truyÒn (Tmode) giữa tia ng¾n nhÊt (mode bËc thÊp nhÊt) vµ tia dµi nhÊt (mode bËc cao nhÊt).

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c mode trong sîi quang

 Đé t¸n s¾c mode ®èi víi sîi ®a mode chiÕt suÊt ph©n bËc (MM-SI):

(2-31)

 Đèi víi sîi ®a mode chiÕt suÊt ph©n bËc, Dmode(SI) vµ Tmode(SI) ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

(2-32)

hoÆc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

Hình 20. T¸n s¾c mode trong sîi MM-SI

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c mode trong sîi quang

 Đé t¸n s¾c mode ®èi víi sîi ®a mode chiÕt suÊt ph©n bËc (MM-SI):

 Đé gi·n xung cùc ®¹i trªn 1 km cña sîi ®a mode chiÕt suÊt ph©n bËc gäi

lµ hÖ sè t¸n s¾c mode [dmode(SI) ] :

(2-33)

hoÆc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

(2-34)

Đèi víi sîi ®a mode chiÕt suÊt ph©n bËc, dmode(SI) ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c mode trong sîi quang

 Đé t¸n s¾c mode ®èi víi sîi ®a mode chiÕt suÊt Gradien:

 Đèi víi sîi ®a mode chiÕt suÊt Gradien cã mét mÆt c¾t chiÕt suÊt tèi

u, ë ®ã ®é trÔ thêi gian lµ nhá nhÊt.

theo c«ng thøc:

khi   opt

(2-35)

-  = opt

 Đèi víi sîi chiÕt suÊt Gradien , Dmode(GI) vµ Tmode(GI) ® îc x¸c ®Þnh

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c mode trong sîi quang

 Đé t¸n s¾c mode ®èi víi sîi ®a mode chiÕt suÊt Gradien:

 Đé d·n xung cùc ®¹i trªn 1 km cña sîi ®a mode chiÕt suÊt Gradien gäi

Đèi víi sîi chiÕt suÊt Gradien, dmode(GI) ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

khi   opt

(2-36)

-  = opt

lµ hÖ sè t¸n s¾c mode [dmode(GI) ] :

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c vËt liÖu trong sîi quang

 Nguyªn nh©n:

 ¸nh s¸ng truyÒn trong sîi quang kh«ng ®¬n s¾c mµ cã ®é réng phæ x¸c

®Þnh.

 C¸c thµnh phÇn phæ cã thêi gian truyÒn kh«ng ®ång nhÊt mµ lµ kh¸c nhau g©y ra t¸n s¾c vËt liÖu.

 Téc ®é lan truyÒn (Vận tốc nhóm) cña c¸c thµnh phÇn phæ kh¸c nhau (do nguån quang ph¸t ra) lµ kh¸c nhau (do chiÕt suÊt lµ hµm cña b íc sãng)

 ĐÓ ®¸nh gi¸ t¸n s¾c mode, ng êi ta sö dông tham sè "®é t¸n s¾c vËt

liÖu" - ký hiệu: DM.

DM ® îc x¸c ®Þnh bëi ®é gi·n xung truyÒn (TM).

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c vËt liÖu trong sîi quang

 Đé t¸n s¾c vËt liÖu cña sîi quang

(2-37)

Trong ®ã,

(2-38)

gọi lµ đé t¸n s¾c vËt liÖu cña sîi quang trªn chiều dài L km .

Ðối với nguồn quang có độ rộng phổ hiệu dụng  và có bước sóng trung bình , độ giãn xung (TM) do tán sắc vật liệu trên chiều dài L km được xác định theo công thức:

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c vËt liÖu trong sîi quang

 HÖ sè t¸n s¾c vËt liÖu cña sîi quang

dM [ps/nm.km]

(2-39)

HÖ sè t¸n s¾c vËt liÖu [dM] cña sîi quang lµ ®é t¸n s¾c vËt liÖu cña sîi quang trªn chiều dài 1 km vµ ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

Hệ số tán sắc vật liệu là một đại lượng phụ thuộc vào vật liệu chế tạo và bước sóng ánh sáng lan truyền trong sợi quang.

Hình 21

Đồ thị biểu diễn giá trị của M theo bước sóng của sợi silica được chỉ ra ở hình bên.

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c èng dÉn sãng trong sîi quang

 Nguyªn nh©n:

 B¶n chÊt cÊu tróc cña sîi quang lµ mét èng dÉn sãng hình trô vµ ¸nh s¸ng

truyÒn trong sîi quang còng lµ mét d¹ng sãng ®iÖn tõ.

 ¸nh s¸ng tõ nguån ph¸t quang ® îc ghÐp vµo sîi quang ®Ó truyÒn dÉn trong

 Khi ¸nh s¸ng ghÐp vµo sîi quang, mét phÇn chÝnh năng l îng ¸nh s¸ng ® îc truyÒn trong lâi sîi. Tuy nhiªn, cã mét phÇn nhá năng l îng ¸nh s¸ng ® îc truyÒn trong vá sîi

sîi quang kh«ng ph¶i lµ ®¬n s¾c mµ cã ®é réng phæ x¸c ®Þnh.

 Do chiÕt suÊt cña lâi vµ vá cña sîi quang kh¸c nhau, nªn vËn tèc cña c¸c thµnh phÇn ¸nh s¸ng truyÒn trong lâi vµ vá cña sîi quang sÏ kh¸c nhau. DÉn ®Õn thêi gian truyÒn cña c¸c thµnh phÇn ¸nh s¸ng truyÒn trong lâi vµ vá cña sîi quang sÏ kh«ng ®ång nhÊt mµ lµ kh¸c nhau vµ g©y ra t¸n s¾c. T¸n s¾c nµy gäi lµ t¸n s¾c èng dÉn sãng.

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c èng dÉn sãng trong sîi quang

r/a

 Nguyªn nh©n:

1/e

Xung vµo

Xung ra

Sîi quang

Hình 22. Ph©n bè c êng ®é ¸nh s¸ng trong sîi quang

 Đå thÞ m« t¶ nguyªn nh©n g©y nªn t¸c s¾c èng dÉn sãng: khi ¸nh s¸ng ghÐp vµo sîi quang mét phÇn chÝnh năng l îng ¸nh s¸ng ® îc truyÒn trong lâi sîi, mét phÇn nhá năng l îng ¸nh s¸ng ® îc truyÒn trong vá sîi vµ ¶nh h ëng cña nã ®Õn truyÒn dÉn xung ¸nh s¸ng

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c èng dÉn sãng trong sîi quang

 Đé t¸n s¾c èng dÉn sãng cña sîi quang

(2-40a)

Ðối với nguồn quang có độ rộng phổ hiệu dụng  và có bước sóng trung bình , độ giãn xung (TW) do tán sắc ống dẫn sóng trên chiều dài L km được xác định theo công thức:

(2-40b)

Trong ®ã,

gọi lµ đé t¸n s¾c ống dẫn sóng cña sîi quang trªn chiều dài L km .

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c èng dÉn sãng trong sîi quang

 HÖ sè t¸n s¾c ống dẫn sóng cña sîi quang

(2-41)

HÖ sè t¸n s¾c ống dẫn sóng [dW] cña sîi quang lµ ®é t¸n s¾c ống dẫn sóng cña sîi quang trªn chiều dài 1 km vµ ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

Hệ số tán sắc ống dẫn sóng là một đại lượng phụ thuộc vào vật liệu chế tạo, bước sóng ánh sáng lan truyền trong sợi quang và hÖ sè Vd2(Vb)/dV2 .

HÖ sè Vd2(Vb)/dV2 lµ mét hµm sè cña V vµ ®ù¬c biÓu thÞ nh hình 23.

Hình 23

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c trong sîi quang ®¬n mode

 HÖ sè t¸n s¾c cña sîi quang đơn mode

Đối với sợi quang đơn mode, t¸n cña nã chỉ gồm sắc t¸n s¾c ống dẫn sóng t¸n s¾c vËt liÖu. Tæng cña 2 lo¹i t¸n s¾c nµy gäi lµ t¸n s¾c s¾c thÓ (t¸n s¾c néi mode), ký hiÖu lµ dchr.

(2-42)

HÖ sè t¸n s¾c s¾c thÓ cña sîi quang ®¬n mode ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c trong sîi quang ®¬n mode

 HÖ sè t¸n s¾c cña sîi

quang đơn mode

Đồ thị biểu diễn giá trị của tán sắc sắc thể theo bước sóng của sợi quang đơn mode được chỉ ra ở hình bên.

Sîi ®¬n mode th«ng th êng: dchr = 0 t¹i   1310 nm dchr = 15-20 ps/(nm.km)

t¹i  = 1550 nm

Hình 24. Tán sắc vật liệu, tán sắc ống dẫn sóng và tán sắc sắc thể trong sợi quang

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c trong sîi quang ®a mode

 HÖ sè t¸n s¾c cña sîi quang đa mode

HÖ sè t¸n s¾c cña sîi quang ®a mode ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

(2-43)

Đối với sợi quang đa mode, t¸n cña nã kh«ng chỉ cã t¸n sắc t¸n s¾c s¾c thÓ (t¸n s¾c tæng cña t¸n s¾c ống dẫn sóng t¸n s¾c vËt liÖu) mµ cßn cã c¶ t¸n s¾c mode.

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c mode ph©n cùc:

 Hai ph©n cùc cña mode c¬ b¶n HE11 trong sîi ®¬n mode. Trong sîi ®¬n mode th«ng th êng, do điÒu kiÖn truyền dẫn trong sợi quang là kh«ng lý tưởng (do cÊu tróc sîi quang cã 2 líp lâi vµ vá víi c¸c chiÕt suÊt kh¸c nhau), cã 2 mode truyÒn dÉn c¬ b¶n bÞ suy biÕn vµ lai ghÐp víi nhau t¹o thµnh mode ph©n cùc tuyÕn tÝnh truyÒn dÉn trong sîi quang (HE11).

 HiÖn t îng:

y

C¸c mode nµy rÊt gièng nhau, nh ng c¸c mÆt ph¼ng ph©n cùc cña chóng trùc giao víi nhau (hình 25).

x

nx

ny

Hình 25. Hai ph©n cùc cña mode c¬ b¶n HE11 trong sîi ®¬n mode.

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c mode ph©n cùc:

X vµ theo chiÒu y- HE11

 HiÖn t îng t¸n s¾c mode ph©n cùc

Khi truyÒn ¸nh s¸ng HE11 trong sîi quang c¸c thµnh phÇn mode trùc giao Y) sÏ bÞ tæn thÊt kh¸c nhau, tèc (theo chiÒu x- HE11 độ vµ thêi gian truyÒn ®Õn ®µu thu kh¸c nhau,=> ®é trÔ kh¸c nhau; thËm chÝ kh«ng cßn trùc giao nhau,...

Hình 26. M« hình minh häa t¸n s¾c mode ph©n cùc.

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c mode ph©n cùc:

 Nguyªn nh©n:

 Do hiÖn t îng l ìng chiÕt (Birefingence) trong sîi quang g©y ra.

 HiÖn t îng l ìng chiÕt trong sîi quang:

Trªn thùc tÕ, sîi quang trªn thùc tÕ kh«ng hoµn toµn ®ång nhÊt vÒ cÊu tróc vµ vËt liÖu chÕ t¹o lµm cho chiÕt suÊt, cÊu tróc, ®iÒu kiÖn biªn cña sîi quang theo 2 chiÒu x vµ y kh¸c nhau

=> h»ng sè truyÒn sãng theo 2 chiÒu x vµ y cña sîi quang sÏ kh¸c nhau (x   y)

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c mode ph©n cùc:

 HiÖn t îng l ìng chiÕt trong sîi quang:

Nguyªn nh©n g©y nªn hiÖn t îng l ìng chiÕt trong sîi quang:

- Nguyªn nh©n bªn trong: lâi kh«ng trßn ®Òu do c«ng nghÖ chÕ t¹o,

sù kÐo căng sîi khi chÕ t¹o, bäc sîi, vËt liÖu kh«ng ®ång nhÊt g©y

nªn chiÕt suÊt kh«ng ®ång nhÊt,...

- Nguyªn nh©n bªn ngoµi (g©y nªn trong qu¸ tr×nh l¾p ®Æt hÖ

thèng): sù kÐo căng, sù xo¾n, sù uèn cong, sù t¸c ®éng cña m«i tr êng: sù thay ®æ cña nhiÖt ®é, những t¸c ®éng c¬ häc kh¸c

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 T¸n s¾c mode ph©n cùc:

 Đé trÔ t¸n s¾c mode ph©n cùc vµ ®é t¸n s¾c mode ph©n cùc:

Trên thực tế, hằng số lan truyền của mỗi phân cực thay đổi theo chiều dài sợi quang cho nên thời gian trễ trên mỗi đoạn sợi quang là ngẫu nhiên và có xu hướng khử lẫn nhau. Do đó, độ trễ tán sắc mode phân cực tỉ lệ tuyến tính với căn bậc 2 chiều dài sợi quang:

(2-47)

Trong đó, dPMD là hệ số tán sắc mode phân cực. Giá trị của dPMD phụ thuộc vào sợi quang thực tế được sử dụng (công nghệ chế tạo sợi quang) và phụ thuộc vào quá trình lắp đặt, khai thác sợi quang. Nó có thể nhận các giá trị trong phạm vi 0,01-10 ps/√km. Sợi quang được chế tạo và lắp đặt trong những năm 1980 có dPMD > 0,1 ps/√ km. Ngược lại, các sợi hiện đại có dPMD <0,1 ps/√km.

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

5. Các tham số cơ bản của sợi quang

 Tính phi tuyến

 Kh¸i niÖm

 C¸c hiÖu øng phi tuyÕn trong sîi quang:

 HiÖu øng t¸n x¹,

 HiÖu øng ®iÒu chÕ pha phi tuyÕn,

 HiÖu øng trén bèn b íc sãng (FWM).

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 TÝnh phi tuyÕn trong sîi quang:

 Kh¸i niÖm:

 TÝnh phi tuyÕn trong sîi quang lµ do c¸c hiÖu øng phi tuyÕn trong sîi

quang g©y nªn.

 HiÖu øng phi tuyÕn trong sîi quang lµ hiÖu øng mµ c¸c tham sè cña sîi quang (suy hao vµ chiÕt suÊt ) phô thuéc c«ng suÊt tÝn hiÖu quang trong sîi.

 Khi c«ng suÊt trong sîi quang nhá thì sîi quang ® îc xem lµ m«i tr êng tuyÕn tÝnh, tÝnh phi tuyÕn cña sîi quang (chñ yÕu do chiÕt suÊt) cã thÓ bá qua.

 Tuy nhiªn, khi c«ng suÊt trong sîi quang v ît qu¸ mét møc nµo ®ã, tÝnh phi tuyÕn cña sîi quang sÏ ¶nh h ëng tíi qu¸ trình truyÒn dÉn tÝn hiÖu trong sîi quang. TÝnh phi tuyÕn cña sîi quang sÏ g©y ra mét sè hiÖn t îng nh : xuyªn ©m giữa c¸c kªnh, suy gi¶m møc tÝn hiÖu cña tõng kªnh dÉn ®Õn suy gi¶m tØ sè S/N v.v...

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 TÝnh phi tuyÕn trong sîi quang:

 C¸c hiÖu øng phi tuyÕn trong sîi quang

C¸c hiÖu øng phi tuyÕn trong sîi quang cã thÓ chia thµnh hai lo¹i:

 HiÖu øng t¸n x¹, bao gåm:

- HiÖu øng t¸n x¹ Brillouin (SBS).

- HiÖu øng t¸n x¹ Raman (SRS),

 HiÖu øng ®iÒu chÕ pha phi tuyÕn, bao gåm:

- HiÖu øng tù ®iÒu chÕ pha (SPM),

- HiÖu øng ®iÒu chÕ pha chÐo (XPM).

 HiÖu øng trén bèn b íc sãng (FWM).

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 TÝnh phi tuyÕn trong sîi quang:

 HiÖu øng trén bèn b íc sãng (FWM)

 C¸c hiÖu øng phi tuyÕn trong sîi quang

- HiÖn t îng chiÕt suÊt phi tuyÕn cßn g©y ra hiÖu øng FWM trong sîi ®¬n mode.

- HiÖu øng x¶y ra khi 2 hoÆc 3 sãng quang cã tÇn sè kh¸c nhau sÏ t ¬ng t¸c víi nhau t¹o ra c¸c thµnh phÇn tÇn sè míi. T ¬ng t¸c nµy cã thÓ xuÊt hiÖn giữa c¸c b íc sãng cña tÝn hiÖu trong hÖ thèng WDM, hoÆc giữa b íc sãng tÝn hiÖu víi t¹p ©m ASE cña c¸c bé khuÕch ®¹i quang.

- HiÖu suÊt cña qu¸ trình FWM phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn phï hîp vÒ pha. HiÖu øng FWM x¶y ra m¹nh chØ khi ®iÒu kiÖn nµy ® îc tho¶ m·n. MÆt kh¸c, trong sîi quang lu«n tån t¹i t¸n s¾c nªn ®iÒu kiÖn phï hîp vÒ pha rÊt khã x¶y ra. Tuy nhiªn, víi m«i tr êng truyÒn dÉn lµ lo¹i sîi cã t¸n s¾c thÊp, kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn lµ t ¬ng ®èi lín vµ c¸c kªnh gÇn nhau thì ®iÒu kiÖn nµy cã thÓ coi lµ xÊp xØ ®¹t ® îc.

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 TÝnh phi tuyÕn trong sîi quang:

 C¸c hiÖu øng phi tuyÕn trong sîi quang

 HiÖu øng trén bèn b íc sãng (FWM)

Gi¶ sö cã 3 b íc sãng víi tÇn sè ωi, ωj, ωk thì tæ hîp tÇn sè míi t¹o ra lµ những tÇn sè ωijk ® îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

(2-62) ωijk = ωi + ωj - ωk

Víi hÖ thèng WDM cã N kªnh thì tæng sè tÝn hiÖu FWM t¹o ra tõ (2-62) lµ (N3-N2)/2.

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 TÝnh phi tuyÕn trong sîi quang:

 C¸c hiÖu øng phi tuyÕn trong sîi quang

 HiÖu øng trén bèn b íc sãng (FWM)

- Do viÖc t¹o ra c¸c tÇn sè míi lµ tæ hîp cña c¸c tÇn sè tÝn hiÖu nªn hiÖu øng FWM sÏ lµm gi¶m c«ng suÊt cña c¸c kªnh tÝn hiÖu trong hÖ thèng WDM. H¬n nữa, nÕu kho¶ng c¸ch giữa c¸c kªnh b»ng nhau thì những tÇn sè míi t¹o ra cã thÓ r¬i vµo c¸c kªnh tÝn hiÖu, g©y xuyªn ©m giữa c¸c kªnh, lµm gi¶m chÊt l îng hÖ thèng.

- ¶nh h ëng cña hiÖu øng FWM cµng lín nÕu kho¶ng c¸ch giữa c¸c kªnh trong hÖ thèng WDM cµng nhá còng nh khi kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn vµ c«ng suÊt cña mçi kªnh cµng lín. Vì vËy, hiÖu øng FWM sÏ h¹n chÕ dung l îng vµ cù ly truyÒn dÉn cña hÖ thèng WDM.

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Mét sè lo¹i sîi quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin

quang:

ITU-T ®· thèng nh¸t vµ tiªu chuÈn hãa mét sè lo¹i sîi quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

1. Sîi G652,

2. Sîi G653,

3. Sîi G654,

4. Sîi G655,

6. Sîi G657,

5. Sợi G656,

7. Sîi LEAF.

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Mét sè lo¹i sîi quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

Đây là loại sợi quang đơn mode được sử dụng phổ biến trên mạng lưới viễn thông nhiều nước hiện nay, nó có thể làm việc ở hai cửa sổ truyền dẫn là 1310 nm và 1550 nm.

Khi làm việc ở cửa sổ 1310nm, G652 có tán sắc nhỏ nhất (xấp xỉ 0 ps/nm/km) và suy hao tương đối lớn.

Ngược lại, khi là việc ở cửa sổ 1550 nm, G652 có suy hao truyền dẫn nhỏ nhất và hệ số tán sắc tương đối lớn (xấp xỉ 20 ps/nm/km).

 Sîi G652 :

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Mét sè lo¹i sîi quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

Tán sắc [ps/nm.km]

Tán sắc vật liệu

Tán sắc tổng của sợi G.652

1000

1400

1600

1800

Bước sóng [nm]

Tán sắc ống dãn sóng

-10

Tán sắc tổng của sợi G653

-30

Sợi G653: Sợi đơn mode có tán sắc dịch chuyển. Muốn xây dựng các tuyến thông tin tốc độ cao, cự ly dài thì cần phải sử dụng một loại sợi có cả suy hao và tán sắc tối ưu tại một bước sóng. Hình sau mô tả đường cong tán sắc của sợi G653

 Sîi G653 :

100

Hình 27

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Mét sè lo¹i sîi quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

Hệ số suy hao của sợi DSF thường nhỏ hơn 0,50dB/Km ở cửa sổ 1310 nm và nhỏ hơn 0,30dB/Km ở cửa sổ 1550nm.

Hệ số tán sắc ở vùng bước sóng 1550 nm khoảng 20 ps/nm/km còn ở bước sóng 1310 nm nhỏ hơn 3,5 ps/nm/km. Bước sóng cắt thường nhỏ hơn 1270 nm.

Xét về mặt kỹ thuật, sợi G653 cho phép xây dựng các hệ thống thông tin quang với suy hao chỉ bằng một nửa suy hao của hệ thống với sợi G652 làm việc ở bước sóng 1300nm. Như vậy, cự ly trạm lặp của hệ thống sợi tán sắc dịch chuyển sẽ dài gấp đôi hệ thống sử dụng sợi G652 bước sóng 1300 nm. Còn đối với các tuyến hoạt động ở bước sóng 1550 nm thì do sợi G653 có hệ số tắn sắc rất nhỏ. Nên nếu chỉ xét về tán sắc thì gần như không có sự giới hạn về tốc độ truyền tín hiệu trong các hệ thống này. Như vậy do giảm số trạm lặp trên tuyến mà giá thành cao của sợi phần nào được dung hòa.

101

 Sîi G653 :

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Mét sè lo¹i sîi quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

Sîi G654 :

Sợi quang G654 là sợi quang đơn mode dịch chuyển bước sóng cắt.

Loại sợi này có đặc điểm suy hao ở bước sóng 1550 nm giảm nhưng tán sắc vẫn tương đối lớn, điểm tán sắc bằng không vẫn ở bước sóng 1310 nm.

Sợi G654 chủ yếu được sử dụng ở các tuyến cáp quang biển

102

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Mét sè lo¹i sîi quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

Nhược điểm của sợi G653:

Sử dụng sợi quang nào thích hợp nhất cho hệ thống WDM luôn là vấn đề được nhiều nhà khoa học quan tâm, do tính chất ưu việt của sợi quang G653 (DSF) ở bước sóng 1550 nm mà nó trở thành sợi quang được chú ý nhất. Nhưng nghiên cứu kỹ người ta phát hiện ra rằng khi dùng sợi G653 trong hệ thống WDM thì ở khu vực bước sóng có tán sắc bằng không sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi hiệu ứng phi tuyến. Đây là nhược điểm chính của sợi DSF.

=> Sợi G655:

Từ đó xuất hiện một loại sợi quang mới là sợi quang dịch chuyển tán sắc khác không (NZ-DSF), còn gọi là sợi quang đơn mode G655. Điểm tán sắc bằng không của nó không nằm ở 1550 nm mà dịch tới 1570 nm hoặc gần 1510 nm – 1520 nm. Giá trị tán sắc trong phạm vi 1548-1565 nm là ở 1÷4 ps/nm/km đủ để tán sắc không bằng 0, trong khi vẫn duy trì được tán sắc tương đối nhỏ.

103

Sîi G655:

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Mét sè lo¹i sîi quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

Sîi G656:

G656: Sợi đơn mode có tán sắc khác 0, sử dụng cho truyền tải băng rộng

Về tán sắc, sợi G656 tương tự như sợi G655: sợi quang dịch chuyển tán sắc khác không (NZ-DSF),

Nhưng dải bước sóng 1550nm của nó rộng hơn => sử dụng cho truyền tải băng rộng.

104

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Mét sè lo¹i sîi quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

Đối với sợi G657 các tính chất của sợi này vẫn đầy đủ như các sợi G652 đồng thời G657 còn có thể uốn cong với bán kính chỉ bằng ½ đến ¼ bán kính uốn cong của các sợi G652 mà suy hao không thay đổi.

Sợi G657 được sử dụng khi chạy cáp trong nhà ở vị trí các góc tường hoặc các đường đi cáp không bằng phẳng

 Sîi G657:

105

Hình 28

1.5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG

 Mét sè lo¹i sîi quang sö dông trong kü thuËt th«ng tin quang:

 Sîi LEAF (sợi có tiết diện hiệu dụng lớn):

Lo¹i sîi nµy thÝch hîp cho øng dông trong hÖ thèng WDM cã dung l îng vµ cù ly truyÒn dÉn lín.

106

TiÕt diÖn hiÖu dông lµ 72 μm2, ®iÓm t¸n s¾c b»ng kh«ng lµ 1510 nm, cho c«ng suÊt t ¬ng ®èi lín.

6. MỘT SỐ LOẠI SỢI QUANG MỚI (1)

 Ph ¬ng ph¸p thiÕt kÕ sîi quang míi:

 Sîi ®¬n mode cã suy hao nhá vµ cã băng tÇn rÊt lín. ĐiÒu ®ã

kh¼ng ®Þnh vai trß cña nã trong m¹ng viÔn th«ng hiÖn nay.

107

 Tuy nhiªn, ®Ó n©ng cao h¬n nữa kh¶ năng sö dông sîi ®¬n mode th«ng th êng, ng êi ta tiÕp tôc thay ®æi mét sè tham sè trong cÊu tróc lo¹i sîi nµy. Nhê viÖc tèi u hãa thiÕt kÕ sîi ®¬n mode, c«ng nghÖ quang sîi ®· cho ra ®êi c¸c lo¹i sîi míi cã suy hao rÊt nhá, chÊt l îng truyÒn dÉn tèt h¬n, tÝch băng tÇn-cù ly lín vµ cã tuæi thä cao sÏ ®¸p øng ® îc c¸c hÖ thèng th«ng tin quang tiªn tiÕn.

6. MỘT SỐ LOẠI SỢI QUANG MỚI (1)

 Ph ¬ng ph¸p thiÕt kÕ sîi quang míi:

 Tham số t¸n s¾c trong sîi dÉn quang ®¬n mode lµ ®Æc tÝnh c¸ biÖt

h¹n chÕ tèc ®é bit vµ cù ly truyÒn dÉn

 Trªn c¬ së thay ®æ chØ sè chiÕt suÊt cña lâi vµ vá cña sîi quang ®¬n mode ta cã c¸c lo¹i sîi míi t ¬ng øng víi ph©n bè chØ sè chiÕt suÊt cña lâi vµ vá cïng c¸c ®Æc ®iÓm t ¬ng øng (ë slide d íi ®©y).

108

 T¸n s¾c trong sîi ®¬n mode chñ yÕu lµ t¸n s¾c vËt liÖu vµ t¸n s¾c dÉn sãng. CÇn chó ý r»ng rÊt khã thay ®æi ® îc t¸n s¾c vËt liÖu c¬ b¶n, nh ng l¹i hoµn toµn cã thÓ thay ®æi t¸n s¾c dÉn sãng b»ng c¸ch söa ®æi mÆt c¾t chØ sè chiÕt suÊt ph©n bËc ®¬n gi¶n ë lâi sîi thµnh mÆt c¾t chØ sè chiÕt suÊt phøc t¹p h¬n. C¸c nhµ nghiªn cøu vÒ sîi dÉn quang ®· tiÕn hµnh c¸c thö nghiÖm c¸c d¹ng cÊu h×nh chØ sè chiÕt suÊt kh¸c nhau cña lâi vµ vá.

 Mét sè lo¹i sîi quang míi:

Tèi u t¹i 1300 nm

ChØ sè chiÕt suÊt bËc

Suy hao thÊp Ýt bÞ ¶nh h ëng

Vá bäc cã chiÕt suÊt gi¶m

khi uèn cong

T¸n s¾c ph¼ng

Sîi cã chiÕt suÊt W

Suy hao thÊp

Sîi cã lâi thuû tinh tinh khiÕt

Sîi lâi hình tam gi¸c

T¸n s¾c dÞch chuyÓn (tèi u t¹i 1550 nm)

T¸n s¾c dÞch chuyÓn Ýt bÞ ¶nh h ëng khi uèn cong

Sîi cã t¸n s¾c thay ®æi

(dÞch chuyÓn hoÆc ph¼ng)

Sîi cã cÊu tróc vá phøc t¹p

109

(Bảng 2-8)

6. MỘT SỐ LOẠI SỢI QUANG MỚI (1)

 T¸n s¾c tæng cña c¸c sîi quang míi:

Sîi cã chiÕt suÊt bËc

Sîi cã chiÕt suÊt vá phøc t¹p

Sîi cã chiÕt suÊt W

Sîi lâi hình tam gi¸c

110

Hình 29

7. Cáp sợi quang 7.1. Tæng quan (1)

ĐÓ ® a ® îc sîi dÉn quang vµo sö dông trong m«i tr êng thùc tÕ cña m¹ng l íi viÔn th«ng, c¸c sîi cÇn ph¶i ® îc kÕt hîp l¹i thµnh c¸p víi c¸c cÊu tróc phï hîp víi m«i tr êng l¾p ®Æt.

CÊu tróc cña c¸p sîi quang rÊt ®a d¹ng vµ kh¸c nhau ë nhiÒu ®iÓm; tïy thuéc vµo c¸c ®iÒu kiÖn cô thÓ vµ dùa vµo m«i tr êng ®Æt c¸p mµ c¸p quang còng cã c¸c tªn nh c¸p kim lo¹i lµ:

- C¸p ch«n trùc tiÕp d íi ®Êt,

- C¸p kÐo trong cèng, c¸p treo ngoµi trêi,

- C¸p ®Æt trong nhµ,

- C¸p ngËp n íc, - C¸p th¶ biÓn, ....

111

- C¸p nèi giữa c¸c thiÕt bÞ,

7. Cáp sợi quang 7.1. Tæng quan (2)

Đèi víi tõng lo¹i c¸p kh¸c nhau sÏ cã thiÕt kÕ kh¸c nhau, nh ng c¸c nguyªn lý c¬ b¶n vÒ thiÕt kÕ ®Òu ph¶i cã trong mäi lo¹i c¸p.

ĐÆc thï vÒ cÊu tróc sîi quang cã ®ù¬c lµ do cã ®Æc tÝnh c¬ häc cña sîi thñy tinh.

112

Mét ®Æc tÝnh c¬ häc quan träng lµ t¶i träng quanh trôc cho phÐp lín nhÊt trªn c¸p vì yÕu tè nµy sÏ x¸c ®Þnh ®é dµi cña c¸p ® îc ®Æt.

7. Cáp sợi quang

7.2. C¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ sîi quang

Tr íc khi tiÕn hµnh bäc c¸p, sîi dÉn quang th êng ®ù¬c bäc chÆt mét líp ®Ó b¶o vÖ sîi trong khi chÕ t¹o c¸p, ®©y lµ líp bäc s¬ cÊp, ® êng kÝnh líp bäc s¬ cÊp kho¶ng 250m.

Sîi ®· ® îc bäc s¬ cÊp chÝnh lµ s¶n phÈm sau cïng trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o sîi dÉn quang;

113

ĐÓ tr¸nh suy hao do vi uèn cong vµ tăng c êng b¶o vÖ sîi, sîi dÉn quang cã thÓ ® îc bäc b¶o vÖ b»ng líp bäc thø 2, cßn gäi lµ líp bäc thø cÊp. Líp bäc thø cÊp cã thÓ d íi d¹ng bäc chÆt hoÆc bäc láng.

7. Cáp sợi quang

7.2. C¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ sîi quang

 Bäc chÆt sîi quang (1)

ë ®©y sîi quang (sau khi ® îc bäc s¬ cÊp ) sÏ ® îc bäc chÆt. Vá bäc chÆt ( vá bäc thø cÊp ) cho sîi sÏ lµm t¨ng lùc c¬ häc cña sîi vµ chèng l¹i øng suÊt bªn trong.

C¸c sîi quang cã thÓ ® îc b¶o vÖ riªng b»ng c¸c líp vËt liÖu chÊt dÎo ®¬n hoÆc kÐp.

114

Tuú theo nhu cÇu sö dông, c¸c sîi quang cã thÓ ® îc bäc riªng hay d¹ng băng.

7. Cáp sợi quang

7.2. C¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ sîi quang

 Bäc chÆt sîi quang (2)

Líp lâi

Líp vá ph¶n x¹

Líp vá bäc s¬ cÊp

Líp chÊt dÎo mÒm

Líp chÊt dÎo cøng

Líp vá bäc thø cÊp

Líp vá bäc thø cÊp (b)

Hình 30. CÊu tróc bäc chÆt sîi quang ® îc bäc riªng: a) bäc ®¬n, b) bäc kÐp

115

(a)

7. Cáp sợi quang

7.2. C¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ sîi quang

 Bäc chÆt sîi quang (3)

CÊu tróc bäc chÆt sîi d íi d¹ng băng

Líp vá ph¶n x¹

Líp lâi (truyÒn dÉn ¸nh s¸ng)

Líp chÊt dÎo cøng

Líp vá bäc s¬ cÊp

Líp chÊt dÎo mÒm

Líp vá bäc thø cÊp

116

Hình 2.48. CÊu tróc bäc chÆt sîi quang díi d¹ng băng

7. Cáp sợi quang

7.2. C¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ sîi quang

 Bäc chÆt sîi quang (4)

Mét sè nhËn xÐt vÒ cÊu tróc sîi quang cã vá bäc chÆt:

Tr êng hîp sîi quang ® îc bäc kÐp b¶o vÖ sîi tèt h¬n sîi quang bäc ®¬n, sîi ë ®©y ® îc bäc b»ng hai líp, líp vá chÊt dÎo cøng ë bªn ngoµi vµ líp chÊt dÎo mÒm ë phÝa trong.

ë mét m«i tr êng nhiÖt ®é thÊp, sù co l¹i cña chÊt dÎo ë líp b¶o vÖ cã thÓ g©y ra sù co quang trôc vµ vi uèn cong sîi, tõ ®ã suy hao sîi cã thÓ tăng lªn.

Tõ sù tăng suy hao nh vËy cã thÓ cã hai gi¶i ph¸p b¶o vÖ tèt sîi:

C¸ch thø nhÊt lµ tèi u hãa viÖc chÕ t¹o vá bäc b»ng viÖc lùa chän vËt liÖu t ¬ng øng vµ ®é dµy cña vá, ®ång thêi giữ cho sîi cµng th¼ng cµng tèt,

117

C¸ch thø hai lµ bäc xung quang sîi mét líp gia c êng cã kh¶ năng gi¶m sù co nhiÖt.

7. Cáp sợi quang

7.2. C¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ sîi quang

 Bäc láng sîi quang (1)

ë ®©y, sîi dÉn quang (sau khi ® îc bäc s¬ cÊp) sÏ ® îc ®Æt trong mét èng. èng nµy cã t¸c dông b¶o vÖ sîi tr íc c¸c t¸c ®éng cña c¸c lùc c¬ häc bªn ngoµi còng nh chèng l¹i øng suÊt bªn trong. ĐÓ tăng kh¶ năng chÞu lùc cña sîi dÉn quang, ng êi ta cã thÓ bäc láng c¶ sîi dÉn quang ® îc bäc thø cÊp d íi d¹ng bäc chÆt.

C¸c èng chøa sîi dÉn quang cã thÓ lµ c¸c èng rçng hoÆc ®én ®Çy jelly.

118

Tuú theo nhu cÇu sö dông c¸c sîi quang cã thÓ ® îc ®Æt riªng mét sîi trong mét èng (b¶o vÖ ®¬n) hay nhiÒu sîi dÉn quang trong mét èng (b¶o vÖ nhiÒu sîi) .

7. Cáp sợi quang

7.2. C¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ sîi quang

 Bäc láng sîi quang (2)

Líp lâi

Líp vá ph¶n x¹

Líp vá bäc s¬ cÊp

§Ó èng rçng hoÆc trén ®Çy jelly

CÊu tróc bäc láng sîi quang

(a) (b)

119

Hình 31. CÊu tróc bäc láng sîi quang: a)b¶o vÖ ®¬n, b) b¶o vÖ nhiÒu sîi

7. Cáp sợi quang

7.3. CÊu tróc c¬ b¶n cña c¸p sîi quang

Vá c¸p

PhÇn tö ®iÒn ®Çy

Líp gia c êng

Sîi quang

Lâi c¸p

ChÊt nhåi

èng ®Öm

PhÇn tö gia cêng

B¨ng cuèn

120

Hình 32. CÊu tróc c¬ b¶n cña c¸p sîi quang

7. Cáp sợi quang

7.4 C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña c¸p sîi quang

CÊu tróc c¬ b¶n cña c¸p sîi quang gåm c¸c phÇn tö c¬ b¶n sau:

 Lâi c¸p

 Vá c¸p

121

 Thµnh phÇn gia c êng

7. Cáp sợi quang

7.4 C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña c¸p sîi quang

 Lâi c¸p

C¸c sîi quang ®· ® îc bäc (s¬ cÊp hoÆc c¶ bäc s¬ cÊp vµ bäc thø cÊp) ®Æt trong èng láng. C¶ sîi vµ èng láng t¹o thµnh lâi c¸p.

Lâi c¸p th êng bao quanh phÇn tö gia c êng cña c¸p.

122

C¸c èng láng th êng ® îc lµm b»ng chÊt dÎo.

7. Cáp sợi quang

7.4 C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña c¸p sîi quang

 Thµnh phÇn gia cưêng (1)

Thµnh phÇn gia c êng cña c¸p lµ c¸c phÇn tö t¹o cho c¸p cã lùc c¬ häc cÇn thiÕt ®Ó chÞu ® îc søc căng vµ co, ®Æc biÖt lµ b¶o ®¶m tÝnh æn ®Þnh nhiÖt cho c¸p.

123

C¸c vËt liÖu cã ®é bÒn c¬ häc vµ kh¶ n¨ng chÞu kÐo cao th êng ® îc sö dông lµm thµnh phÇn gia c êng. Ngoµi ra, yªu cÇu vËt liÖu gia c êng lµ ph¶i nhÑ, cã ®é mÒm dÎo. Đ©y lµ c¸c ®Æc tÝnh rÊt quan träng trong qu¸ trình kÐo c¸p trong cèng.

7. Cáp sợi quang

7.4 C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña c¸p sîi quang

 Thµnh phÇn gia cưêng (2)

Thµnh phÇn gia c êng cã thÓ lµ kim lo¹i hoÆc phi kim lo¹i. Nã cã thÓ ® îc ®Æt ë t©m c¸p hoÆc ph©n bè ë c¸c líp ngoµi ®ång t©m víi c¸p.

C¸c thµnh phÇn kim lo¹i th êng lµ thÐp vì thÐp cã ®é bÒn c¬ häc vµ kh¶ năng chÞu kÐo cao, hÖ sè gi·n në nhiÖt thÊp. ThÐp lµ vËt liÖu kh«ng ®¾t, nh ng cÇn ph¶i b¶o vÖ chèng ăn mßn vµ chèng phãng ®iÖn khi cã ®iÖn ¸p trªn nã. Dïng thÐp lµm thµnh phÇn gia c êng sÏ kh«ng hîp víi c¸c lo¹i c¸p yªu cÇu cã tÝnh mÒm dÎo cao.

124

C¸c thµnh phÇn gia c êng phi kim lo¹i th êng lµ c¸c sîi dÎo pha thñy tinh hoÆc sîi aramid (sau nµy lµ sîi Kevlar). C¸c sîi aramid kh«ng cã hiÖu qu¶ trong viÖc chèng hiÖu øng co, vì vËy th êng ® îc ®Æt ë phÇn ngoµi cña c¸p.

7. Cáp sợi quang

7.4 C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña c¸p sîi quang

 Vá c¸p (1)

Vá c¸p sîi quang cã chøc năng c¬ b¶n lµ b¶o vÖ c¸p vµ cã tÝnh chÊt quyÕt ®Þnh tuæi thä cña c¸p.

Vá c¸p cã thÓ ® îc bäc ®Öm ®Ó b¶o vÖ lâi c¸p khái bÞ c¸c t¸c ®éng cña øng suÊt c¬ häc vµ m«i tr êng bªn ngoµi.

125

Vá chÊt dÎo ® îc bäc bªn ngoµi c¸p.

7. Cáp sợi quang 7.4 C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña c¸p sîi quang

 Vá c¸p (2)

VËt liÖu chÕ t¹o ra líp vá c¸p bäc ngoµi th êng lµ p«lyvinyclorit (PVC), p«lyªthylen vµ p«lyurethane. Trong c¸c vËt liÖu nµy, PVC cã c¸c ®Æc tÝnh c¬ häc tèt, rÊt mÒm dÎo vµ chËm b¾t löa, nh ng l¹i dÔ hót Èm. P«lyªthylen cã ®é hót Èm thÊp h¬n PVC kho¶ng 100 lÇn, cã ®Æc tÝnh c¬ häc vµ hãa häc cao nh ng l¹i dÔ ch¸y vµ Ýt mÒm dÎo h¬n PVC. P«lyªthylen cã ®é ma s¸t thÊp cho nªn rÊt phï hîp cho c¸p kÐo trong èng. Cßn p«lyurethane th êng lµm vá bäc trong cña c¸p vì nã rÊt mÒm; nã kh«ng ® îc sö dông lµm vá bäc ngoµi vì cã hÖ sè ma s¸t cao, c¸c ®Æc tÝnh c¬ häc thÊp.

126

Vá bäc kim lo¹i cña c¸p th êng lµ c¸c băng thÐp nhẵn hoÆc c¸c sîi thÐp xÕp thµnh vá bäc. C¸c vá nµy th êng dïng cho c¸c lo¹i c¸p ch«n trùc tiÕp ®Ó b¶o vÖ chèng c¸c øng suÊt c¬ häc, gÆm nhÊm, chèng sù ph¸ hñy cña c«n trïng vµ c¸c sinh vËt.

7. Cáp sợi quang

7.4 C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña c¸p sîi quang

 C¸c lo¹i c¸p vµ øng dông (1)

ThiÕt kÕ vµ lùa chän c¸p sîi quang chñ yÕu phô thuéc vµo m«i tr êng l¾p ®Æt. Cã rÊt nhiÒu nhµ chÕ t¹o c¸p cho ra c¸c chñng lo¹i c¸p rÊt ®a d¹ng, nh ng nhìn chung s¶n phÈm c¸p sîi quang ®ù¬c ph©n ra c¸c lo¹i chÝnh sau ®©y:

C¸p treo

C¸p kÐo trong cèng

C¸p ch«n trùc tiÕp

C¸p trong nhµ

C¸p ngËp n íc

C¸p th¶ biÓn

127

Ngoµi ra cßn cã mét sè lo¹i c¸p ®Æc biÖt chuyªn sö dông cho c¸c môc ®Ých riªng.

7. Cáp sợi quang

7.4 C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña c¸p sîi quang

 C¸c lo¹i c¸p vµ øng dông (2)

C¸p quang treo (1)

C¸p treo cã thÓ cã cÊu t¹o: kh«ng tù chÞu lùc vµ tù chÞu lùc.

128

7. Cáp sợi quang

 C¸c lo¹i c¸p vµ øng dông (3)

C¸p quang treo (2)

B¨ng nh«m chèng Èm

B¨ng giÊy hót n íc

Gia c êng sîi Kevlar

Sîi quang

VÝ dô, c¸p quang treo cã tiÕt diÖn hình sè 8 ® îc m« t¶ ë hình sau:

Vá bäc nhùa PE

129

Hình 33

7. Cáp sợi quang

 C¸c lo¹i c¸p vµ øng dông (4)

C¸p kÐo trong cèng

C¸p kÐo trong cèng ph¶i chÞu ® îc lùc kÐo vµ xo¾n, cã träng lùc nhÑ ®Ó dÔ ®Æt vµ ph¶i rÊt mÒm dÎo ®Ó v ît qua c¸c ch íng ng¹i trong khi l¾p ®Æt.

Lo¹i c¸p nµy còng ph¶i chÞu ® îc Èm vµ n íc vì trong cèng c¸p vµ bÓ c¸p th êng hay ®äng n íc. ChÝnh vì vËy trong cÊu tróc cña c¸p th êng cã chÊt ®én jelly vµ thµnh phÇn chèng Èm b»ng kim lo¹i. Trong tr êng hîp c¸p kh«ng ®ù¬c ®én ®Çy thì cÇn ph¶i cã hÖ thèng b¬m h¬i cho c¸p.

C¸p kÐo trong cèng cã ë tÊt c¶ c¸c d¹ng cÊu tróc bäc chÆt, bäc láng trong èng, bäc láng b»ng khe d íi d¹ng băng hoÆc bã sîi.

130

Líp bäc thÐp ®«i khi còng ® îc sö dông vµo lo¹i c¸p nµy ®Ó chèng gÆm nhÊm vµ c«n trïng.

7. Cáp sợi quang

 C¸c lo¹i c¸p vµ øng dông (5)

C¸p ch«n trùc tiÕp

C¸c ®Æc ®iÓm cña c¸p ch«n trùc tiÕp t ¬ng tù nh c¸p kÐo trong cèng, nh ng cã b¶o vÖ tèt h¬n thÓ hiÖn ë mét sè ®iÓm:

C¸p ch«n th êng ph¶i cã líp vá bäc kim läai tèt ®Ó tr¸nh sù ph¸ hñy do ®µo bíi ®Êt hoÆc c¸c t¸c ®éng kh¸c trong ®Êt.

Vá bäc thÐp bªn ngoµi gåm c¸c sîi thÐp hoÆc c¸c b¨ng thÐp. Vá bäc ngoµi líp thÐp nµy lµ vá chÊt dÎo.

131

C¸p ch«n trùc tiÕp còng cã ®ñ c¸c d¹ng cÊu tróc bäc chÆt, láng trong èng vµ khe; d¹ng băng vµ bã sîi.

7. Cáp sợi quang

 C¸c lo¹i c¸p vµ øng dông (6)

C¸p ®Æt trong nhµ

Lo¹i c¸p nµy th êng cã sè sîi dÉn quang Ýt, c¸c ®Æc tÝnh chñ yÕu lµ:

KÝch th íc bªn ngoµi nhá, mÒm dÎo, cho phÐp uèn cong, dÔ dµng thao t¸c vµ hµn nèi. C¸p cÇn cã ®Æc tÝnh chèng gÆm nhÊm tèt.

lo¹i c¸p nµy th êng b¸m s¸t t êng nhµ vµ thiÕt bÞ cho nªn nã ph¶i b¶o

Vì ®¶m kh«ng dÉn löa, kh«ng ph¸t ra khÝ ®éc trong phßng.

132

CÊu tróc lo¹i c¸p nµy th êng ë d¹ng bäc chÆt ®Ó ®¶m b¶o kÝch th íc nhá vµ ch¾c.

7. Cáp sợi quang

 C¸c lo¹i c¸p vµ øng dông (7)

C¸p ngËp n íc

- TÝnh chèng Èm vµ chèng thÊm n íc t¹i c¸c vïng cã ¸p suÊt ®Æc biÖt lín.

C¸p ngËp n íc ® îc sö dông ®Ó th¶ qua s«ng hoÆc qua khu vùc cã n íc ngËp, ®ång lÇy..., vì vËy lo¹i c¸p nµy cÇn ph¶i ®¸p øng c¸c yªu cÇu kh¾t khe bao gåm:

- Cã kh¶ năng chèng sù dÉn n íc däc theo c¸p.

- Cã kh¶ năng chÞu ® îc sù kÐo khi l¾p ®Æt vµ söa chữa c¸p.

- Chèng l¹i ® îc c¸c ¸p lùc thèng kª.

- Cho kh¶ năng hµn nèi söa chữa dÔ dµng.

133

- Cã cÊu tróc t ¬ng thÝch víi c¸p ®Æt trªn ®Êt liÒn. Ngoµi ra, vì cã c¶ líp kim lo¹i cho nªn cÇn ph¶i l u ý tíi ¶nh h ëng cña hidro.

7. Cáp sợi quang

 C¸c lo¹i c¸p vµ øng dông (8)

C¸p th¶ biÓn

Ngoµi c¸c yÕu tè trªn, c¸p th¶ biÓn cßn ph¶i chÞu t¸c ®éng ®Æc biÖt kh¸c nh kh¶ năng th©m nhËp cña n íc biÓn, sù ph¸ ho¹i cña c¸c ®éng vËt d íi biÓn, sù co s¸t cña tµu thuyÒn, ...

CÊu tróc cña c¸p th¶ biÓn ®ßi hái rÊt phøc t¹p. Cã thÓ xem ®©y lµ lo¹i c¸p ®Æc chñng vì nã ®ßi hái nhiÒu yªu cÇu cßn kh¾t khe h¬n lo¹i c¸p ngËp n íc ë trªn nhiÒu lÇn.

Bªn c¹nh ®ã cÇn tÝnh tíi kh¶ năng söa chữa c¸p b»ng tµu.

134

8. S¶n xuÊt sîi quang

S¶n xuÊt theo 2 giai ®o¹n:

- ChÕ t¹o ph«i: Cã kÝch th íc dµi ~ 1 m, ® êng kÝnh ~ 2 cm.

Sử dụng c¸c ph ¬ng ph¸p sau:

+ Ph ¬ng ph¸p bay h¬i l¾ng ®äng bªn trong (IVD)

+ Ph ¬ng ph¸p bay h¬i l¾ng ®äng bªn ngoµi (OVD)

+ Ph ¬ng ph¸p bay h¬i l¾ng ®äng ®Çu trôc (AVD)

- KÐo sîi

135

8. S¶n xuÊt sîi quang

 Chế tạo phôi

Sử dụng c¸c ph ¬ng ph¸p sau:

ChÕ t¹o ph«i: Cã kÝch th íc dµi ~ 1 m, ® êng kÝnh ~ 2 cm.

+ Ph ¬ng ph¸p bay h¬i l¾ng ®äng bªn trong (IVD)

+ Ph ¬ng ph¸p bay h¬i l¾ng ®äng bªn ngoµi (OVD)

+ Ph ¬ng ph¸p bay h¬i l¾ng ®äng ®Çu trôc (AVD)

136

Hình 34

8. S¶n xuÊt sîi quang

KÐo sîi

Ph«i thuû tinh

Lß nung

Bäc líp thø nhÊt cña vá polyme

Lµm l¹nh

Bäc líp thø hai cña vá polyme

ĐÌn UV

ĐÌn UV Hình 35

èng quÊn sîi

137

Con lăn Têi

8. S¶n xuÊt sîi quang

- Ph ¬ng ph¸p thay ®æi chiÕt suÊt vËt liÖu chÕ t¹o:

n2- 1 =

0,6961663 2 0,4079426 2 0,8974794 2

(2-63)

2 - (0,0684043)2 2- (9,896161)2

TiO2

ZrO2

2- (0,1162414)2 n 1,50

1,49

Al2O3

GeO2

1,54 1,52 1,50 1,48

1,48

P2O5

1,47

B2O3

1,46

0,6

1,8

1,46 1,44 1,42 1,40

1,45

0 1,0 2,0 3,0 4,0

 [m]

1,44

0 5 10 15 Nång ®é %

138

Hình 37 Hình 36

9. KÕt nèi c¸p sîi quang  C¸c yÕu tè ¶nh h ëng ®Õn chÊt l îng kÕt nèi sîi quang

- ChÊt l îng mÆt c¾t ®Çu sîi:

+ Kh«ng ph¼ng nh½n, låi lâm.

+ DÝnh bôi vµ c¸c chÊt bÈn.

+ Kh«ng vu«ng gãc víi trôc sîi.

- VÞ trÝ t ¬ng ®èi giữa hai ®Çu sîi:

+ LÖch trôc

+ LÖch t©m

+ Khe hë

- C¸c th«ng sè hai sîi kh¸c biÖt nhau: ® êng kÝnh lâi, ® êng kÝnh lâi, NA, ®é mÐo ...

139

9. KÕt nèi c¸p sîi quang  KÕt nèi sîi quang b»ng connector:

140

Hình 38

9. KÕt nèi c¸p sîi quang  KÕt nèi sîi quang b»ng connector:

141

9. KÕt nèi c¸p sîi quang  KÕt nèi sîi quang b»ng hµn nãng ch¶y:

4 4 3 5

1 7 6

Hình 39

142

Bài giảng thông tin quang nâng cao - Phan 2

Tham khảo bài thuyết trình 'bài giảng thông tin quang nâng cao - phan 2', kỹ thuật - công nghệ, kĩ thuật viễn thông phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Néi dung m«n häc Th«ng tin quang n©ng cao

PhÇn 1: Tæng quan vÒ kü thuËt th«ng tin quang

Gi¶ng viªn: Hoµng Văn Vâ

PhÇn 2: C¸c phÇn tö c¬ b¶n trong kü thuËt th«ng tin quang

Gi¶ng viªn: Hoµng Văn Vâ

PhÇn 3: C¬ së kü thuËt th«ng tin quang

Gi¶ng viªn: Hoµng Văn Vâ

PhÇn 4: HÖ thèng th«ng tin quang

Gi¶ng viªn: Vò TuÊn L©m

PhÇn 5: Mét sè c«ng nghÖ quang tiªn tiÕn

Gi¶ng viªn: Vò TuÊn L©m

PhÇn 2: C¸c phÇn tö c¬ b¶n trong kü thuËt th«ng tin quang

SỢI QUANG

1. CẤU TRÚC SỢI QUANG

1. CẤU TRÚC SỢI QUANG  ĐÞnh nghÜa:

1. CẤU TRÚC SỢI QUANG

1. CẤU TRÚC SỢI QUANG

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (1)

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (3)

=> VËt liÖu thñy tinh vµ chÊt dÎo trong suèt

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (5)  ĐÆc ®iÓm vËt liÖu chÕ t¹o sîi quang:

VËt liÖu thuû tinh:

VËt liÖu chÊt dÎo: Đèi víi c¸c tuyÕn cù ly dµi, c¸c lo¹i sîi lµm b»ng chÊt dÎo Ýt ® îc sö dông h¬n v× suy hao cña nã lín h¬n c¸c lo¹i sîi thñy tinh,

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (7)

t¹o sîi:

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (10)

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (11)

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (12)

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (14)

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (15)

2. VẬT LiỆU CHẾ TẠO SỢI QUANG (17)

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (1)

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (3)

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (5)

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (6)

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (7)  C¸c lo¹i sîi quang

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (8)

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (9)

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (10)

3. PHÂN LOẠI SỢI QUANG (11)

SỢI QUANG 4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (1)

quang

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (3)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (4)

quang

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (4)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (5)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (7)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (8)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (9)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (11)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (13)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (14)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (15)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (16)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (17)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (18)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (19)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (20)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (21)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (22)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (23)

ĐÞnh nghÜa:

ý nghÜa cña ® êng kÝnh tr êng mode:

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (24)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (25)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (26)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (28)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (29)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (30)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (33)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (34)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (35)

4. TRUYÒN ¸NH S¸NG TRONG SîI QUANG (36)

SỢI QUANG

5. Các tham số cơ bản của sợi quang (1)

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG (3)

5. C¸C THAM Sè C¥ B¶N CñA SîI QUANG (5)