Bài thuyết trình Sợi quang học

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:45

Thêm vào BST

Báo xấu

252
lượt xem 39
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài thuyết trình Sợi quang học tập trung tìm hiểu về cấu tạo, phân loại và cấu trúc sợi quang; công nghệ chế tạo sợi quang và một số tồn hao; cơ chế xử lý tín hiệu quang; nguyên tắc truyền ánh sáng - ứng dụng của sợi quang.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài thuyết trình Sợi quang học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG SEMINAR : Nhóm thuyết trình : Hoàng Lương Cường 0413028 Bùi Thị Xuân Thớm 0413059 Lê Khắc Tốp 0413069 Phạm Thụy Bích Tuyền 0413160 Nguyễn Thị Ngọc Nhiên 0413098 GVHD : PGS.TS Lê Văn Hiếu
 GIỚI THIỆU  CẤU TẠO, PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC SỢI QUANG  CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO SỢI QUANG VÀ MỘT SỐ TỒN HAO  CƠ CHẾ XỬ LÝ TÍN HIỆU QUANG  NGUYÊN TẮC TRUYỀN ÁNH SÁNG _ỨNG DỤNG CỦA SỢI QUANG  CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TÁC HOẠT ĐỘNG CỦA LED, LASER
I. GIÔÙI THIEÄU. Tất cả các hệ thống thông tin liên lạc trước đây đều dựa trên sự truyền và xử lý thông tin bằng dòng điện hoặc sóng điện từ vô tuyến. Khi LASER ra đời thì các nghiên cứu về việc truyền và xử lý thông tin bằng tia sáng bắt đầu phát triển, từ đó xuất hiện khái niệm sợi quang học. Từ “sợi quang” có nghĩa là “sợi mảnh dẫn ánh sáng”,bao gồm hai chất điện môi trong suốt khác nhau(thủy tinh hay nhựa) , một phần cho ánh sáng truyền trong đó gọi là lõi sợi, phần còn lại là lớp vỏ bao quanh lõi. Hệ thống thông tin liên lạc bằng sợi quang bao gồm 3 yếu tố cơ bản: nguồn tín hiệu, sợi quang có độ mất mát thấp và các detector. Thông tin liên lạc bằng sợi quang ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhờ những ưu điểm nổi bật : an toàn trong truyền tin, tránh nghe trộm, tổn hao nhỏ, dải thông rộng, khả năng phức hợp cao, kích thước nhỏ , trọng lượng nhẹ, giá vật liệu chế tạo rẻ..
II. CẤU TẠO, PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC SỢI QUANG. y y 1 .Cấu tạo: Cladding Core  r x Fiber axis n n1 n2 Sợi quang thường có tiết diện tròn, gồm 2 phần chính: - Phần lõi có chiết suất n1 - Phần vỏ có chiết suất n2, n2 < n1( n1 không đổi). Đường kính vỏ vào khoảng 0.1mm, đờng kính lõi vài m. 
Chieát suaát cuûa loûi lôùn hôn chieát suaát cuûa voû ñeå xaûy ra hieän töôïng phaûn xaï toaøn phaàn. Vỏ bao bọc bên ngoài ( áo ) bảo vệ sợi quang khỏi bị ẩm ướt và ăn mòn, đồng thời chống xuyên âm với các loại sợi đi bên cạnh . Sợi quang lớp bọc thứ nhất Primary Buffer Strength Member Phần cản Outer Coating Jacket bit lỏi Fiber Element (Core and Cladding) Lớp bọc thứ hai
2. Phân loại: Sợi quang được phân loại theo nhiều cách: + Theo loại vật liệu điện môi được sử dụng : có 3 loại - Sợi quang thủy tinh thạch anh. - Sợi quang thủy tinh đa vật liệu. - Sợi quang bằng nhựa. Đối với mạng lưới viễn thông sợi quang thủy tinh thạch anh được sử dụng nhiều nhất vì có khả năng cho sản phẩm có độ suy hao thấp và các đặt tính truyền dẫn ổn định trong thời gian dài. + Theo mode truyền dẫn: chia làm 2 nhóm - Sợi đơn mode (SM): chỉ cho 1 mode lan truyền. - Sợi đa mode : cho phép nhiều mode lan truyền.
 + Theo phân bố chiết suất khúc xạ: có thể tạm chia thành 2 nhóm  - Sợi quang chiết suất phân bậc (SI):chiết suất thay đổi theo bậc giữa lõi và vỏ.  - Sợi quang chiết suất biến đổi (GI):chiết suất thay đổi một cách từ từ (sợi quang chiết suất liên tục). Tùy vào kích thước của lõi, sợi quang chiết suất bậc có thể chỉ dẫn truyền một mode gọi là sợi quang đơn mode. Còn khi nó có thể truyền nhiều mode, đường kính lõi lớn thì ta gọi là sợi  quang chiết suất bậc đa mode.
• Trong sợi quang loại GI: sợi quang được chế tạo theo cấu trúc đặc biệt để truyền tải ánh sáng nhiều mode. n2 vỏ Chiết suất khúc xạ 2 1 Lõi n1 Hướng của trục Hình:ánh sáng lan truyền trong sợi quang GI. 1: ánh sáng có mode thấp qua quá trình phản xạ toàn phần ở vùng gần tâm lõi. 2: ánh sáng có mode bậc cao qua quá trình phản xạ toàn phần ở vùng xa tâm lõi.
3 n1 2 1 n Sợi quang chiết suất bậc đa mode Đối với sợi quang chiết suất liên tục, thường dẫn truyền nhiều mode gọi là sợi quang chiết suất liên tục đa mode. n2 1 2 1 n O’ O’’ 2 n1 1 Sợi quang liên tục đa mode Hình:lan truyeàn cuûa aùnh saùng trong caùc loaïi sôïi quang khaùc nhau..
3.Cấu trúc:  Các tham số cơ bản để xác định cấu trúc sợi quang:  - đường kính lõi sợi  - đường kính vỏ  - khẩu độ số NA.  Chúng được gọi là các thông số cấu trúc của sợi quang. Các thông số này ảnh hưởng đến một số đặc tính khác nhau của sợi quang như :  - suy hao quang  - độ rộng băng truyền dẫn  - sức bền cơ khí  - bộ đấu nối sợi quang …
 + Sợi đa mode: có 4 thông số xác định cấu trúc các loại sợi quang đa mode  - đường kính lõi sợi  - đường kính lớp vỏ  - khẩu độ số NA  - dạng phân bố chiết suất khúc xạ. voû n2 2d:ñöôøng kính voû. n1 n(r) 2a:ñöôøng kính loõi.. Chieát suaát khuùc xaï loõ i. Hình: caùc thoâng soá caáu truùc cuûa sôïi ña mode.
Khaåu ñoä soá: NA  sin  i max  (n12  n22 )1/ 2  n1 2 Vôùi chæ soá khuùc xaï tyû ñoái : n 1 – n2 = n1 Nếu  0,02 : sợi quang đa mode. Nếu  0,005: sợi quang đơn mode. Trong đó  i max là góc tới của tia sáng đặc trưng cho hiện tượng phản xạ toàn phần giữa lõi và vỏ của sợi quang, đó là góc tới lớn nhất để tia khúc xạ vào lõi còn gây nên hiện tượng phản xạ toàn phần ở ranh giới giữa lõi và vỏ.
Phaân boá chieát suaát khuùc xaï : n(r)= n1 1  2(r / a).a 0
Hình: ñöôøng kính tröôøng mode. Cường độ ánh sáng a: đường kính lõi r: khoảng cách từ tâm lõi 1 1/e Đường kính trường mode r/a Vì sôïi quang ñôn mode coù ñöôøng kính loõi vaø chieát suaát khuùc xaï nhoû neân vieäc xaùc ñinh moät caùch roõ raøng bieân cuûa lôùp loõi vaø voû theo phöông phaùp quang raát khoù khaên. Ñeå thuaän tieän ta söû duïng ñöôøng kính mode_1 thoâng soá baét nguoàn töø phaân boá naêng löôïng aùnh saùng theo Gauss.
III. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO SỢI QUANG Khi mô tả sợi quang, chúng ta xem sợi quang được cấu tạo từ hai phần : lõi và vỏ Trong công nghệ chế tạo và về mặt vật liệu thì hai phần đó được chế tạo đồng thời và liên tục về mặt vật liệu Sự khác nhau về chiết suất trong hai phần đó được thực hiện bằng cách thay đổi nồng độ phụ gia Công nghệ chế tạo sợi quang được chia làm hai giai đoạn : giai đoạn chế tạo phôi (perform) và giai đoạn kéo sợi Giai đoạn chế tạo phôi bằng phương pháp CVD : dòng khí mang H2 thổi qua các bình đựng SiCl4 và GeCl4 để tạo dòng hơi Dòng hơi hỗn hợp này được khống chế và điều chỉnh được thổi qua một ống thạch anh Các hạt SiCl4 pha tạp GeO2 ngưng tụ lên thành ống làm cho thành ống dày lên dần Ta có một phôi với sự phân bố chiết suất cần theo thiết kế Giai đoạn kéo sợi Từ các thỏi phôi người ta kéo ra các sợi quang có phân bố chiết suất theo thiết kế trước Sợi quang được kéo xuống phía dưới được bọc lớp bảo vệ polime (jacket)
Vapors: SiCl 4 + GeCl 4 + O 2 Fuel: H 2 Burner Deposited soot Target rod Deposited Ge doped SiO 2 Rotate mandrel (a) chế tạo phôi Drying gases Porous soot preform with hole Furnace Preform Furnace kéo sợi (b) Clear solid (c) Drawn fiber glass preform
TỔN HAO TRONG SỢI QUANG
SUY HAO CỦA SỢI QUANG : 1. Suy hao thuần tuý sợi quang 2. Suy hao phụ khi lắp đặt và vận hành hệ thống • Suy hao hấp thụ Sự suy hao khi • Suy hao tán xạ Rayleight lắp đặt bao gồm : • Suy hao tán sắc do không đồng nhất cấu trúc. • Suy hao do uốn cong Suy hao trong quá • Suy hao vi cong trình vận hành mạng • Suy hao hàn nối bao gồm : • Suy hao ghép nối sợi quang giữa sợi và các linh kiện thu phát quang
Suy hao do việc ghép nối linh kiện phát Lực tác động từ bên sáng Suy hao do ngoài (Lực bên Suy hao do tán xạ hàn nối ngoài) Rayleigh Suy hao do hấp thụ Phản xạ Suy hao tán xạ Suy hao do việc Fresnel Suy tăng lên do cấu ghép với linh hao vi trúc không đồng kiện thu quang cong nhất Suy hao bức xạ do bị bẻ cong
Các nguyên nhân gây ra suy hao quang và cách khắc phục 1. Suy hao hấp thụ: Nguyên nhân : do các vật liệu sợi và được biến đổi thành nhiệt gây nên suy hao quang. Có 2 dạng chính : - Do bản thân sợi quang - Do tạp chất trong thủy tinh làm sợi quang Biện pháp khắc phục : Hạn chế những tạp chất trong thủy tinh làm sợi quang 2. Suy hao tán xạ Rayleigh: tán xạ Rayleigh là hiện tượng ánh sáng tán xạ theo các hướng khác khi nó gặp phải 1 vật nhỏ có kích thước không quá lớn so với bước sóng của ánh sáng Nguyên nhân : do sự không đồng đều của chiết suất khúc xạ Biện pháp khắc phục : cần phải giảm nhiệt độ khi kéo sợi thì tán xạ R sẽ trở nên nhỏ hơn nên sợi quang sẽ suy hao siêu thấp