Giới thiệu • Cáp quang là một loại cáp viễn thông làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu.. • Được phân loại thành các loại sợi quang đơn mode Single Mode SM
Trang 1Chương 3: TRUYỀN SÓNG QUA CÁP QUANG
1 Giới thiệu
2 Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang
3 Suy hao trong sợi quang
4 Tán sắc
Trang 21 Giới thiệu
Trang 31 Giới thiệu
• Cáp quang là một loại cáp viễn thông làm bằng thủy
tinh hoặc nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu Chúng
có 3 lớp: lõi (core), áo (cladding) và vỏ bọc (coating)
• Để ánh sáng có thể phản xạ một cách hoàn toàn trong lõi thì chiết suất của lõi lớn hơn chiết suất của áo một chút
• Vỏ bọc ở phía ngoài áo bảo vệ sợi quang khỏi bị ẩm và
ăn mòn, đồng thời chống xuyên âm với các sợi đi bên
cạnh
Trang 41 Giới thiệu
• Lõi và áo được làm bằng thuỷ tinh hay, chất dẻo (Silica), kim loại, fluor, sợi quang kết tinh
• Được phân loại thành các loại sợi quang đơn mode
Single Mode (SM) và đa mode Multimode (MM) tương
ứng với số lượng mode của ánh sáng truyền qua sợi quang.
Trang 5+ Nối cáp khó khăn, dây cáp dẫn càng thẳng càng tốt
+ Chi phí hàn nối và thiết bị đầu cuối cao hơn so với cáp đồng
Trang 6+ Suy giảm tín hiệu ít
+ Tín hiệu ánh sáng do đó không bị nhiễu với những sợi khác trong cùng cáp Điều này làm cho chất lượng tín hiệu tốt hơn.
+ Sử dụng điện nguồn ít hơn
+ Tín hiệu số - Cáp quang lý tưởng thích hợp để tải thông tin dạng số mà đặc biệt hữu dụng trong mạng máy tính.
+ Không cháy - Vì không có điện xuyên qua Cáp quang, vì vậy không có nguy cơ hỏa hạn xảy ra.
Trang 72 Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang
: :
medium
in wave) (EM
light of
velocity
in vacuum wave)
(EM light
of velocity
0 0
r
r
r r
v
c n
ε
µ
ε
µ ε
1
1 sinφ n sinφ
Trang 92 Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang
2 1
Góc tới tối đa:
Suy ra từ định luật Snell
max 0
Khẩu độ số (Numerical aperture):
Góc tối thiểu để có TIR:
0max 1
2 0max 1
2 2 0max 1 2
sin
1
2 1
2 1 1
sin max
θ
Trang 102 Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang
Ví dụ: Một sợi quang được chế tạo từ thủy tinh có chỉ số khúc xạ
1.55 và lớp bọc là vật liệu thủy tinh khác có chỉ số khúc xạ 1.51 Truyền được ánh sáng vào trong sợi quang từ không khí.a) Sợi quang có khẩu độ số bao nhiêu?
b) Góc thu là bao nhiêu?
Sai lệch khúc xạ giữa các chỉ số khúc xạ là:
Khẩu độ số có giá trị:
Góc thu là:
0258
0 55
1
51 1 55 1 1
32 0 0258
0 2 55 1
2
≈ n NA
(max) = sin 1 = sin 1 0 32 = 20 6 0
Trang 112 Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang
Các loại cáp quang
Trang 132 Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang
Ví dụ: một sợi quang được chế tạo từ thuỷ tinh có chỉ số khúc xạ 1,55 và lớp bọc là vật liệu thuỷ tin khác có chỉ số khúc xạ lá 1,51 Truyền được ánh sang vào trong sợi quang từ không khí sợi quang có đường kính lõi
là và được dung tại bước sóng ánh sáng Tìm chỉ chỉ số V của nó và số mode được hỗ trợ
Tỷ số đường kính bước song là :
2
N es = V = es
Lưu ý: Qúa trình truyền đơn mode cho suy hao nhỏ nhất Điều kiện
truyền đơn mode là:
V < 2.405
Trang 143 Suy hao trong sợi quang
• Suy hao do hấp thụ:Sự không
tinh khiết của sợi quang là nguyên
nhân chủ yếu của suy hao ( do các
kim loại chuyển tiếp như : Sắt
,Crôm , Coban, Đồng và độ ẩm của
OH )
• Suy hao do tỏn xạ: xuất hiện khi
có sự thay đổi chiết suất của sợi
quang xảy ra trong 1 vùng nhỏ hơn
bước sóng ánh sáng sử dụng
• Suy hao do cỏp bị uốn cong
• Suy hao do cỏc mode rũ rỉ
• Suy hao do ghộp mode
Trang 155 Tán sắc
• Tán sắc là hiện tượng dãn
xung ánh sáng theo thời gian
khi truyền tín hiệu, gây nên
méo tín hiệu
Đây là vấn đề quan trọng với
tuyến tốc độ cao, đường truyền
dẫn dài.
Trang 165 Tán sắc
1 1
n z z
2 1 8
n z t
c
∆
∆ =
dB m
Trang 175 Tán sắc
Ví dụ: một sợi quang có chỉ số khúc xạ của lõi là 1.55, độ sai lệch khúc
xạ là 0.0258 Xác định tán sắc intermodal trên 1 km và toàn bộ tán sắc trên 12.5 km chiều dài của sợi quang Giả sử sợi quang được dùng với nguồn sáng 0.8um, bề rộng phổ 1.5nm Giá trị của tán sắc vật liệu là bao nhiêu Biết hệ số tán sắc
z
n
) 0258
0 1 ( 10 3
0258
0 1000 55
.
1 1
9 8
t = ∆t × = 0 1369 × 12 5 = 1 71 µ
∆
km nm
ns
D m = − 0 15 / −
km ns
nm km
km nm
ns z
D
t = m 3dB = −0.15 / − ×1 ×1.5 = 0.225 /
∆
Trang 18• Vận tốc truyền dữ liệu cực đại
Trang 195 Tán sắc
Ví dụ: một sợi quang đơn mode hoạt động tại bước sóng 1.3um có toàn
bộ tán sắc vật liệu là 2.81ns và toàn bộ tán sắc ống dẫn sóng là 0.495ns Xác định bề rộng xung thu được và xấp xỉ tốc độ bit cực đại cho sợi
quang nếu như các xung được truyền với bề rộng 0.5ns
Toàn bộ tán sắc:
Bề rộng xung thu được xấp xỉ bởi:
Tốc độ bit cực đại:
ns wgd
md imd
∆
ns t
t r = w + ∆t = 0 5 + 2 85 = 3 35
s
Mbits t
B
r
/ 6
.
59 5
1 (max) = =
Trang 20BÀI TẬP
1 Một sợi cáp quang có vỏ bọc thủy tinh được chế tạo với lõi thủy tinh có chỉ số khúc xạ 1.5 và lớp bọc được chế tác để có chỉ số khúc
xạ sai lệch đi 0.0005 Tìm a) chỉ số khúc xạ lớp bọc; b) góc phản xạ trong tới hạn; c) góc ngoài thu tới hạn; d) khẩu độ số.
2 Lõi thủy tinh có chỉ số 1.62 dùng để tạo sợi quang có chỉ số khúc xạ bước với nữa góc thu hình nón 5° Tìm a) góc phản xạ tới hạn trong, b) chỉ số khúc xạ lớp bọc; c) độ sai lệch chỉ số khúc xạ.
3 Sợi quang trong bài 1 có đường kính lõi 50um và hoạt động với nguồn sáng có bước sóng 0.843um Tìm a) số V của sợi quang; b)
số mode được duy trì.
4 Một sợi quang có chỉ số khúc xạ bước được chế tạo với lõi có chỉ số khúc xạ bước là 1.52; đường kính 29um Sai lệch chỉ số khúc
xạ là 0.0007 Nó hoạt động tại bước sóng 1.3um Tìm a) số V; b) số mode sợi quang duy trì; c) nêu rõ tên các mode đó.
Trang 217 Nếu sợi quang trong bài 6 hoạt động tại bước sóng 1.1um với nguồn sáng có độ rộng 1.5nm Tính toàn bộ tán sắc vật liệu.
8 Một sợi quang đa mode có chỉ số khúc xạ bước hoạt động tại bước sóng 1.3um có hệ số tán sắc intermodal là 10ns/km, vật liệu là 0.5ns/km và ống dẫn sóng là 0.8ns/km Sợi quang dài 18 km Tìm a) toàn bộ tán sắc hiệu dụng; b) tốc độ bit cực đại.