Sợi qang và công nghệ SDH - Phần 1 Sợi quang - Chương 2

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

149
lượt xem 56
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lý thuyết chung về sợi dẫn quang 2.1. cơ sở quang học: ánh sáng dùng trong thông tin quang nằm ở vùng cận hồng ngoại với b-ớc sóng từ 800 nm đến 1600 nm. Đặc biệt có 3 b-ớc sóng thông dụng l 850 nm, 1300 nm, 1550 nm. • Chiết suất của môi tr-ờng: n = C V Trong đó : n: chiết suất của môi tr-ờng. C: vận tốc ánh sáng trong chân không C = 3. 108m/s V: vận tốc ánh sáng trong môi tr-ờng Vì V= C nên n = 1 • Sự phản xạ to n phần: Định luật...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sợi qang và công nghệ SDH - Phần 1 Sợi quang - Chương 2

phÇn 1. sîi quang Ch−¬ng II.Lý thuyÕt chung vÒ sîi dÉn quang Ch−¬ng II : Lý thuyÕt chung vÒ sîi dÉn quang 2.1. c¬ së quang häc: ¸nh s¸ng dïng trong th«ng tin quang n»m ë vïng cËn hång ngo¹i víi b−íc sãng tõ 800 nm ®Õn 1600 nm. §Æc biÖt cã 3 b−íc sãng th«ng dông l 850 nm, 1300 nm, 1550 nm. • ChiÕt suÊt cña m«i tr−êng: C n= V Trong ®ã : n: chiÕt suÊt cña m«i tr−êng. C: vËn tèc ¸nh s¸ng trong ch©n kh«ng C = 3. 108m/s V: vËn tèc ¸nh s¸ng trong m«i tr−êng V× V≤ C nªn n ≥ 1 • Sù ph¶n x¹ to n phÇn: §Þnh luËt Snell : n1 sinα = n2 sinβ 1’ Tia khóc x¹ β M«i tr−êng 2: n2 2’ M«i tr−êng 1: n1 3 3’ αT α 2 1 1’’ Tia ph¶n x¹ Tia ph¶n x¹ Sù ph¶n x¹ v khóc x¹ ¸nh s¸ng NÕu n1 > n2 th× α < β nÕu t¨ng α th× β còng t¨ng theo v β lu«n lu«n lín _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ - 5- http://www.ebook.edu.vn
phÇn 1. sîi quang Ch−¬ng II.Lý thuyÕt chung vÒ sîi dÉn quang h¬n α. Khi β = 900 tøc l song song víi mÆt tiÕp gi¸p, th× α ®−îc gäi l gãc tíi h¹n αT nÕu tiÕp tôc t¨ng sao cho α > αT th× kh«ng cßn tia khóc x¹ m chØ cßn tia ph¶n x¹ hiÖn t−îng n y gäi l sù ph¶n x¹ to n phÇn. Dùa v o c«ng thøc Snell cã thÓ tÝnh ®−îc gãc tíi h¹n αT : n2 sin α T = n1 2.2. Sù truyÒn dÉn ¸nh s¸ng trong sîi quang: * Nguyªn lý truyÒn dÉn chung: øng dông hiÖn t−îng ph¶n x¹ to n phÇn, sîi quang ®−îc chÕ t¹o gåm mét lâi (core) b»ng thuû tinh cã chiÕt suÊt n1 v mét líp bäc (cladding) b»ng thuû tinh cã chiÕt suÊt n2 víi n1 > n2 ¸nh s¸ng truyÒn trong lâi sîi quang sÏ ph¶n x¹ nhiÒu lÇn (ph¶n x¹ to n phÇn) trªn mÆt tiÕp gi¸p gi÷a lâi v líp vá bäc. Do ®ã ¸nh s¸ng cã thÓ truyÒn ®−îc trong sîi cã cù ly d i ngay c¶ khi sîi bÞ uèn cong víi mét ®é cong cã giíi h¹n. Líp bäc (cladding) n2 n2 n Lâi (core) n1 n1 Líp bäc (cladding) n2 Nguyªn lý truyÒn dÉn ¸nh s¸ng trong sîi quang 2.3. c¸c d¹ng ph©n bè chiÕt suÊt trong sîi quang: a) Sîi quang cã chiÕt suÊt nh¶y bËc (sîi SI: Step- Index): §©y l lo¹i sîi cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n nhÊt víi chiÕt suÊt cña lâi v líp vá bäc kh¸c nhau mét c¸ch râ rÖt nh− h×nh bËc thang. C¸c tia s¸ng tõ nguån quang _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ - 6- http://www.ebook.edu.vn
phÇn 1. sîi quang Ch−¬ng II.Lý thuyÕt chung vÒ sîi dÉn quang phãng v o ®Çu sîi víi gãc tíi kh¸c nhau sÏ truyÒn theo c¸c ®−êng kh¸c nhau n2 n2 n1 n n1 > n2 n2 Sù truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang cã chiÕt suÊt nh¶y bËc (SI) C¸c tia s¸ng truyÒn trong lâi víi cïng vËn tèc : C V= n1 ë ®©y n1 kh«ng ®æi m chiÒu d i ®−êng truyÒn kh¸c nhau nªn thêi gian truyÒn sÏ kh¸c nhau trªn cïng mét chiÒu d i sîi. §iÒu n y dÉn tíi mét hiÖn t−îng khi ®−a mét xung ¸nh s¸ng hÑp v o ®Çu sîi l¹i nhËn ®−îc mét xung ¸nh s¸ng réng h¬n ë cuèi sîi. §©y l hiªn t−îng t¸n s¾c,do ®é t¸n s¾c lín nªn sîi SI kh«ng thÓ truyÒn tÝn hiÖu sè tèc ®é cao qua cù ly d i ®−îc. Nh−îc ®iÓm n y cã thÓ kh¾c phôc ®−îc trong lo¹i sîi cã chiÕt suÊt gi¶m dÇn b) Sîi quang cã chiÕt suÊt gi¶m dÇn (sîi GI: Graded- Index): Sîi GI cã d¹ng ph©n bè chiÕt suÊt lâi h×nh parabol, v× chiÕt suÊt lâi thay ®æi mét c¸ch liªn tôc nªn tia s¸ng truyÒn trong lâi bÞ uèn cong dÇn. n2 n2 n1 n(r) n2 Sù truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi GI §−êng truyÒn cña c¸c tia s¸ng trong sîi GI còng kh«ng b»ng nhau nh−ng vËn tèc truyÒn còng thay ®æi theo. C¸c tia truyÒn xa trôc cã ®−êng truyÒn d i _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ - 7- http://www.ebook.edu.vn
phÇn 1. sîi quang Ch−¬ng II.Lý thuyÕt chung vÒ sîi dÉn quang h¬n nh−ng l¹i cã vËn tèc truyÒn lín h¬n v ng−îc l¹i, c¸c tia truyÒn gÇn trôc cã ®−êng truyÒn ng¾n h¬n nh−ng l¹i cã vËn tèc truyÒn nhá h¬n. Tia truyÒn däc theo trôc cã ®−êng truyÒn ng¾n nhÊt v× chiÕt suÊt ë trôc l lín nhÊt . NÕu chÕ t¹o chÝnh x¸c sù ph©n bè chiÕt suÊt theo ®−êng parabol th× ®−êng ®i cña c¸c tia s¸ng cã d¹ng h×nh sin v thêi gian truyÒn cña c¸c tia n y b»ng nhau. §é t¸n s¾c cña sîi GI nhá h¬n nhiÒu so víi sîi SI. c) C¸c d¹ng chiÕt suÊt kh¸c: Hai d¹ng chiÕt suÊt SI v GI ®−îc dïng phæ biÕn , ngo i ra cßn cã mét sè d¹ng chiÕt suÊt kh¸c nh»m ®¸p øng c¸c yªu cÇu ®Æc biÖt: + D¹ng gi¶m chiÕt suÊt líp bäc: Trong kü thuËt chÕ t¹o sîi quang, muèn thuû tinh cã chiÕt suÊt lín ph¶i tiªm nhiÒu t¹p chÊt v o, ®iÒu n y l m t¨ng suy hao. D¹ng gi¶m chiÕt suÊt líp bäc nh»m ®¶m b¶o ®é chªnh lÖch chiÕt suÊt ∆ nh−ng cã chiÕt suÊt lâi n1 kh«ng cao. + D¹ng dÞch ®é t¸n s¾c: §é t¸n s¾c tæng céng cña sîi quang triÖt tiªu ë b−íc sãng gÇn 1300nm. Ng−êi ta cã thÓ dÞch ®iÓm ®é t¸n s¾c triÖt tiªu ®Õn b−íc sãng 1550nm b»ng c¸ch dïng sîi quang cã d¹ng chiÕt suÊt nh− h×nh vÏ: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ - 8- http://www.ebook.edu.vn
phÇn 1. sîi quang Ch−¬ng II.Lý thuyÕt chung vÒ sîi dÉn quang + D¹ng san b»ng t¸n s¾c: Víi môc ®Ých gi¶m ®é t¸n s¾c cña sîi quang trong mét kho¶ng b−íc sãng. Ch¼ng h¹n ®¸p øng cho kü thuËt ghÐp kªnh theo b−íc sãng ng−êi ta dïng sîi quang cã d¹ng chiÕt suÊt nh− h×nh vÏ: D¹ng chiÕt suÊt n y qu¸ phøc t¹p nªn míi chØ ®−îc nghiªn cøu trong phßng thÝ nghiÖm chø ch−a ®−a ra thùc tÕ. 2.4. sîi ®a mode vµ ®¬n mode: a) Sîi ®a mode (MM: Multi Mode): C¸c th«ng sè cña sîi ®a mode th«ng dông (50/125µm) l : - §−êng kÝnh lâi: d = 2a = 50µm - §−êng kÝnh líp bäc: D = 2b = 125µm - §é chªnh lÖch chiÕt suÊt: ∆= 0,01 = 1% - ChiÕt suÊt lín nhÊt cña lâi: n1 1,46 Sîi ®a mode cã thÓ cã chiÕt suÊt nh¶y bËc hoÆc chiÕt suÊt gi¶m dÇn. 50 µm 50 µm 125 µm 125 µm n1 n1 n1 − n 2 ∆= = 1% n2 n2 n1 a) Sîi SI b) Sîi GI _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ - 9- http://www.ebook.edu.vn
phÇn 1. sîi quang Ch−¬ng II.Lý thuyÕt chung vÒ sîi dÉn quang b) Sîi ®¬n mode ( SM: SingleMode ): Khi gi¶m kÝch th−íc lâi sîi ®Ó chØ cã mét mode sãng c¬ b¶n truyÒn ®−îc trong sîi th× sîi ®−îc gäi l ®¬n mode. Trong sîi chØ truyÒn mét mode sãng nªn ®é t¸n s¾c do nhiÒu ®−êng truyÒn b»ng kh«ng v sîi ®¬n mode cã d¹ng ph©n bè chiÕt suÊt nh¶y bËc. 9 µm 125 µm n1 ∆ = 0,3% n2 C¸c th«ng sè cña sîi ®¬n mode th«ng dông l : §−êng kÝnh lâi: d = 2a =9µm ÷ 10µm §−êng kÝnh líp bäc: D = 2b = 125µm §é lÖch chiÕt suÊt: ∆ = 0,003 = 0,3% ChiÕt suÊt lâi: n1 = 1,46 §é t¸n s¾c cña sîi ®¬n mode rÊt nhá, ®Æc biÖt ë b−íc sãng λ = 1300 nm ®é t¸n s¾c cña sîi ®¬n mode rÊt thÊp ( ~ 0). Do ®ã d¶i th«ng cña sîi ®¬n mode rÊt réng. Song v× kÝch th−íc lâi sîi ®¬n mode qu¸ nhá nªn ®ßi hái kÝch th−íc cña c¸c linh kiÖn quang còng ph¶i t−¬ng ®−¬ng v c¸c thiÕt bÞ h n nèi sîi ®¬n mode ph¶i cã ®é chÝnh x¸c rÊt cao. C¸c yªu cÇu n y ng y nay ®Òu cã thÓ ®¸p øng ®−îc do ®ã sîi ®¬n mode ®ang ®−îc sö dông rÊt phæ biÕn. *** _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ - 10- http://www.ebook.edu.vn