Tài liệu Kỹ thuật thông tin quang - Bài: Nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi quang pdf

NỘI DUNG = CƠ sở quang học = C4u tao soi quang m Nguyên lý truyền ánh sáng qua sợi quang = Khẩu độ số NA Numerical Aperture... = arcsinn,/n, — Khi xảy ra hiện tượng pxtp, năng lư

KY THUAT THONG TIN QUANG

Bai 2:

NGUYEN LY TRUYEN ANH SANG

TRONG SGI QUANG

NỘI DUNG

= CƠ sở quang học

= C4u tao soi quang

m Nguyên lý truyền ánh sáng qua sợi quang

= Khẩu độ số NA (Numerical Aperture)

CƠ SỞ QUANG HỌC

Cac bang song vo tuyén

1600nm) > khong thấy được

z 3 vùng bước sóng (cửa sổ bước sónø) được sử

dụng trong thông tin quang: 550 nm, /300 nm va L550 nm

CƠ SỞ QUANG HỌC

- C;:vận tốc ánh sáng trong chân không, c = 3.108 m/s

- v: vận tốc ánh sáng trong môi trường đang xét, v< c

> hiện tượng phản xạ toàn phần

CƠ SỞ QUANG HỌC

— Tu cong thirc Snell: 0 = arcsin(n,/n, }

— Điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xa toan phan (pxtp)?

+ n.>n;

+ 0, > 0 = arcsin(n,/n,)

— Khi xảy ra hiện tượng pxtp, năng lượng ánh sáng được bảo

toàn theo hướng truyền

> Ứng dụng trong chế tạo sợi quang và truyền ánh sáng

qua SO1 quang

CẤU TẠO SƠI QUANG

= Soi quang cơ bản gồm có 2 lớp:

+ Lõi (core): hình trụ, bán kính a, chiết suất n, + Lớp bọc (cladding): hình trụ, bao quanh lõi, bán kính b (b>a), chiết

suãt n› (n,>n;)

= VAt liệu chế tạo: chất điên môi (thuỷ tỉnh, plastic )

“=- Nooài 2 lớp cơ bản, sợi quang còn được bảo vệ bởi hai lớp bên ngoài: lớp phủ (primary coatinø) và lớp vỏ (secondary

NGUYEN LY TRUYEN ANH SANG

TRONG SGI QUANG

= Anh sang truyén trong 16i soi quang bằng cách

phản xạ toàn phần qua lại mặt tiếp giáp giữa lõi và lớp bọc

> Anh séng co thé truyền được tronø soi quang bị uốn

conø với một độ cong giới hạn (thỏa điều kiện phản xa

KHẨU ĐÔ SỐ NA (NUMERICAL APERTURE)

“- Điều kiện để một tia sáng chiếu tới đầu sợi quang với góc

tới © có thể truyền được trong lõi sợi quang?

KHẨU ĐÔ SỐ NA (NUMERICAL APERTURE)

= Két luận:

— Sự phản xạ toàn phần chỉ xảy ra đối với những tia sáng

có góc tới ở đầu sợi quang nhỏ hơn góc tới hạn ©

Max

— NA biểu diễn khả năng ghép ánh sáng vào trong sợi quang:

+ Góc tới càng lớn (œ lớn) quảng đường truyền càng dài

Vận tốc truyền giữa các tia sáng băng nhau: v.= v =c/n,

Thời gian truyền của các tia sáng khác nhau: t=s,/v

> chênh lệch về thời gian truyền giữa các tia sáng

— `" WiAn trểrfnđœ tấn cắn (dicnarcian)

TÁN SẮC MODE

s Ảnh hưởng của tán sắc:

— lín hiệu tượng tự: méo dạng tín hiệu

— Tín hiệu số: chồng lấp giữa các bit

> hạn chế dung lượng và cự ly truyền của tuyến quang

TÁN SẮC MODE (MODAL DISPERSION)

m- Một tia sáng được xem như một mode sóng > tán sắc mode

s Nguyên nhân gây ra hiện tượng tán sắc trên?

— Có nhiều tia sáng truyền trong sợi quang với quãng đuờng truyền khác

nhau

— Vận tốc truyền bằng nhau > thời gian truyền khác nhau > At

m Làm cách nào để han chế tán sắc?

— Chỉ cho một tia sáng (mode sóng) truyền đi trong sợi quang > sợi

quang don mode SMEF (Single Mode Fiber)

— Giảm At giữa các tia sáng > sợi quang có chiết suất gidm dan GI

(Graded Index fiber)

= Soi GI: soi quang cé chiét suat giam dan

„Chiết suất lõi sợi quang có dạng hình parabol

„Các tia sáng có quãng đường truyền khác nhau: s,< S2< s,

„_ Vận tốc truyền giữa các tia sáng khác nhau: v,< v>< v;

+ Tại trục (r=0): n(0)=n, lớn nhất > v(0)=c/n(0) nhỏ nhất

+ Càng ra xa trục vận tốc truyền càng lớn

^> quảng đường truyền tỷ lệ thuận với vận tốc truyền

„ Thời gian truyền của các tia sáng khác nhau: t=s/v,

2 At,=t¡—t, nhỏ

SOI QUANG GI

(Graded-Index Fiber)

Soi GI c6 tán sắc mode nhỏ hơn nhiều so với sợi quang SĨ

(ns/km) cua soi SI va GI:

SI va GI: sd1 quang da mode: d

PHẦN LOẠI SƠI QUANG

= Phan loại theo dạng chiết suất của lõi:

— Sợi quang có chiết suất nhảy bậc SI

— Sơi quang có chiết suất giảm dần GI

— Sợi quang øiảm chiết suất lớp bọc

— Sợi quang dịch tán sắc DSF (Dispersion-Shifted Fiber)

— Sợi quang san bằng tán sắc DFFE (Dispersion-Flatened FEiber)

PHẦN LOẠI SƠI QUANG

+ (50/125um), (62.5/125um), (100/140uUm)

— Soi ddn mode SME (Single-Mode Fiber)

+ Sơi đơn mode tiéu chuan SMF (G.652):

> (9/125 um)

o Hé sé suy hao: 0.38 dB/km (A=1310nm) va 0.2 dB/km (A= 1550nm)

o Hé s6 tán sắc: bằng 0 tai A=1310nm va 18ps/nm.km tai A= 1550nm + Soi DSF (G.653)

+ Soi dich tan sic khac zero NZ-DSF (G.655)

PHẦN LOẠI SƠI QUANG

= Phan loai theo vat liệu chế tao:

— Soi thuy tinh (All-glass fiber): 16i va lớp bọc bằng thuỷ tinh

— Sgi plastic (All-plastic fiber): 16i va lép boc déu bang plastic

— Soi PCS (Plastic-Cladded Silica): 16i bang thuy tinh, lớp bọc

làm bằng nhựa

PHẦN LOẠI SƠI QUANG

- Cư ly truyền Hàng chục, trăm km Băng thông „ Cự ly truyền Vài trăm mét

- Chất lượng tốt nhất Chất lượng và giá thành | - Chất lượng thấp

Ưu khuyết điểm - Giá thành đắt nằm giữa sợi thuỷ tính và | - Giá thành rẻ

- Hàn nối khó > cần thiết soi plastic - Hàn nối dé

bị chuyên dụng -_ Truyền dẫn thông tin - Tự động hoá

Ứng dụng - _ Hệ thống viễn thông,

CÂU HỎI

a SO1 SI, soi GI la gi?

= Tai sao ánh sáng truyền trong sợi quang GI theo đường cong?

= Taisao soi GI cé tan sic nhé hon soi SI?

= C6 thé ché tạo sợi quang bằng thủy tính có hệ só suy hao

nhỏ hơn 0.2 dB/km?

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Bài giảng “Truyền Dẫn Sợi Quang”, Ngô Thanh Ngọc,

Trung Tâm đào tạo bưu chính viễn thông 2, TP.HCM,

1994

Bài giảng “Cơ Sở Kỹ Thuật Thông Tin Quang”, Cao Phan,

Cao Hồng Sơn, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, Hà Nội, 2000

Hệ Thống Thông Tin Quang, Vũ Văn San, Nhà xuất bản

bưu điện, Hà nội, 2003

Fiber-Optic Communications Technology, D K Mynbaev,

L L Scheiner, Prentice Hall, New Jersey, 2001 Optical Fiber Communications, 3' Edition, Gerd Keiser,

Mc Graw Hill, Boston, 2000