Xem mẫu
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
nguon tai.lieu . vn
