Hệ thống truyền dẫn bằng cáp sợi quang

Hệ thống truyền dẫn bằng cáp sợi quang

Trong vòng mời năm qua, cùng với sự vợt bậc của công nghệ điện tử , viễn thông, công nghệ sợi quang và thông tin quang đã có những tiến bộ vợt bậc, giá thành không ngừng giảm tạo điều kiện cho việc ngày càng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực thông tin, công nghệ thông tin quang đã đợc khai thác phổ biến trên mạng lới hiện nay chỉ là giai đoạn sự khởi khai phá các tiềm năng của nó

nh ta đã biết kỹ thuật và công nghệ thông tin quang có một tiềm năng vô cùng phong phú và công việc nghiên cứu phát triển còn đang tiến tới phía trớc với một tiền đồ rộng lớn, nội dung cuốn sách ‘ Đồ án tốt nghiệp‘ Này chỉ nói đợc một phần trong sợi quang nên đang còn nhiều hạn chế và thiếu sót vậy mong các thầy cô giúp đỡ nhiều Em xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG I :

Tổng quan về thông tin quang.

1.1 tiến trình phát triển của hệ thống thông tin quang

Từ xa xa loài ngời đã biết sử dụng ánh sáng để truyền thông tin nhờ tín hiệu khói hay ánh sáng phản xạ ra gơng

ý tởng truyền ánh sáng trong sợi thuỷ tinh có thể coi bắt nguồn từ thí nghiệm về ‘’ suối ánh sáng ‘’ của john Tydll ở anh vào thế kỷ thứ 19

( năm1870).Ngời ta quan sát ánh sáng phát ra từ một nguồn sáng, có thể truyền qua một dòng nớc hẹp do hiện tợng phản xạ toàn phần

Các thí nghiệm đầu tiên về truyền dẫn ánh sáng qua sợi thuỷ tin đợc thực hiện ở đức vào năm 1930 Do các sợi thuỷ tin lúc bây giờ chỉ có một lớp chiết xuất nên dễ gãy và suy hao rất lớn

Sự phát minh laser vào đầu năm 1960 đã cho phép phát triển những ứng dụng mới trên sợi quang.Sau khi laser ra đời, ngời ta đã thực hiện những hệ thống thông tin quang thử nghiệm ,lấy không khí làm môi trờng truyền dẫn nh thông tin bằng sóng vô tuyến Nhng việc truyền ánh sáng trong không khi thờng

bị hạn chế bởi điều kiện hạn chế do tính truyền thẳng của tia cũng nh các điều kiện thời tiết nh ma bão, sơng mù,nhiệt độ thay đổi , làm cho thông tin mất ổn

định hơn sóng vô tuyến Ngời ta dự tính có thể truyền qua những khoảng cách

xa nhờ sợi quang, nhng suy hao của sợi quang ở thời điểm này là rất lớn ( 1000dB/km vào năm 1967 ) Do vậy ,việc sử dụng sợi quang chỉ là hạn chế ở những khoảng cách ngắn và trong phòng thí ngiệm

Vào năm 1970 ngời ta chế tạo thành công sợi quang bằng Silic có suy hao

1.2.Các u điểm và nh ợc của hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang

a).hệ thống truyền dẫn quang có những u điểm sau:

Độ rộng băng tần lớn (khoảng 15 THz ở nm) và suy hao thấp (0,2 – 0,25

dB / KM ở bớc sóng 1550nm) độ rộng băng tần lớn và suy hao thấp điều này cho phép truyền dẫn tốc độ bit cao trên cự li rất xa

Sợi quang không bị ảnh hởng của nhiễm điện từ

Tính an toàn và tính bảo mật cao do không bị rò sóng điện từ nh cáp kim loại Sợi quang có kích thớc nhỏ, không bị ăn mòn bởi a xit, kiềm, nớc có độ bền cao

Hệ thống truyền dẫn quang có khả năng nâng cấp dễ dàng lên tốc độ bit

cao hơn bằng cách thay đổi bớc sóng công tác và kỹ thuật ghép kênh b).Nhợc

điểm của hệ thống truyền dẫn quang:

- Không truyền dẫn đợc nguồn năng lợng có công suất lớn , chỉ hạn chế ở mức công suất cở vài miliwat

- Tín hiệu truyền bị suy hao và giãn rộng, điều này làm hạn chế cự li hệ thống truyền dẫn Thiết bị đầu cuối và sợi quang có giá thành cao so với hệ thống dùng cáp kim loại

- Hệ thống thông tin quang yêu cầu cấu tạo các linh kiện rất tinh vi và đòi hỏi độ chính xác tuyệt đối là trong việc hàn nối là phức tạp

- Việc cấp nguồn điện cho các trạm trung gian là khó vì không lợi dụngluôn đợc đờng truyền nh ở trong các hệ thống thông tin điện

1.3 Các hệ thống truyền dẫn số bằng cáp sợi quang trong mạng viễn thông

1.3.1.Hệ thống truyền dẫn bằng sợi quang, điều chế cờng độ tách sóng

trực tiếp

Trong hệ thống điều chế cờng độ – thu trực tiếp , ngời ta dùng tín hiệu

điện để điều chế cờng độ bức xạ của nguồn quang ở đầu thu và tín hiệu đợc tách ra trực tiếp trên diốt quang từ nguồn công xuất quang nhận đợc

Các hệ thống truyền dẫn hiện nay đều sử dụng nguyên lý trên.hệ thống

điều chế cờng độ thu trực tiếp có u điểm là đơn giản, dễ thực hiện do các phần

tử nguồn quang, sợi quang, thu quang đều không đòi hỏi cao về các thông số, chế độ hoạt động : bề rộng phổ, ổn định tần số, nhiệt độ, phân cực nhng khi truyền dẫn ở tốc độ cao từ 2,5 Gbit/s trở lên thì độ nhạy thu bị giảm mạnh, khiến cự ly trạm lặp bị hạn chế, đồng thời không tận dụng đợc băng tần rất rộng của sợi quang ( hàng chục nghìn GHz)

Các hệ thống thông tin quang hiện nay truyền có tốc độ bit theo tiêu chuẫn phân cấp đồng bộ (SDH): 155 Mbit/s 622M bit/s 2500M bit/s và 10Gbit/s Nhờ

sử dụng các bộ khuếch đại quang, cự li các tuyến thông tin cáp sợi quang 2,5 Gbit/s trên đất liền đạt khoảng 150 Km với hệ thống cáp quang thả biển, ngời

ta đã thực hiện tuyến 2,5 Gbit/s có chiều dài 10.073Km trên tuyến sử dụng 199

bộ khuếch đại quang EDFA.(Erbium Doped Fiber Amplifier )

Bộ biến đổi E/0 Bộ biến đổi O/E

Cáp Cáp

Quang Quang

Thiết bị đầu cuối tuyến Thiết bị đầu cuối tuyến

Hình 1.1 Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang

Nguồn

Lặp

Khuếch đại

Khôi phục tín hiệu

Khối Tách Kênh

Các

luồng tín

hiệu điện

Các luồng tín hiệu điện

Khối dồn kênh / tách kênh : Ghép các luồng tín hiệu có tốc độ thấp (2Mbit/s, 34Mbit/s, 140M bit/s,158Mbit/s )thành luồng tín hiệu có tốc độ bit cao hơn và ngợc lại

Khối phát : Gồm có mạch kiều khiển, nguồn quang thực hiện việc điều

biến các tín hiệu thành các tín hiệu quang để truyền vào sợi quang

Các hệ thống thông tin quang coherent trong tơng lai thì áp dụng nguyên lý

điều pha hoặc điều tần tín hiệu quang

Cáp sợi quang : Để truyền dẫn tín hiệu ánh sáng.

Trạm lặp : Hoặc là bộ khuếch đại quang đối với tuyến có tín hiệu dài Khối thu quang : Gồm có photodide để chuyễn tín hiệu quang thành tín

hiệu điện , khối khuếch đại và khôi phục tín hiệu

Các hệ thống thông tin quang đã phát triển qua 4 thế hệ:

Thế hệ 1: Sử dụng sợi quang đa chiết xuất bậc ( Step Index – SI ) và

chiết suất biến đổi ( Graded Index – GI ), hoạt động ở bớc sóng 850nm Linh kiện thu, phát thờng đợc sử dụng là LED và diode PIN

Thế hệ 2:Sử dụng sợi quang đa mode, GI, hoạt động ở bớc sóng 850n

mvà 1300nm Nhờ sử dụng diode laser, hệ thống thông tin cáp sợi quang thế hệ

2 có thể truyền hàng chục Mbit/s qua cự ly vài chục km (B.L∼ 1000MHz Km)

Thế hệ 3: Sử dụng sợi quang đơn mode , hoạt động ở bớc sóng 1300nm.

Do sợi quang đơn mode có độ rộng băng tần cao hơn nhiều sợi quang đa mode, hệ thống thông tin cáp sợi quang thế hệ 3 có thể truyền tốc độ hàng trăm Mbit/s qua cự ly thông tin trạm lặp tới gần 100km

Thế hệ 4: Sử dụng sợi quang đơn mode , hoạt động ở bớc sóng 1550nm ở

hệ thống thông tin cáp sợi quang thế hệ 4, ngời ta bắt đầu sử dụng các diode laser đơn mode có bề rộng phổ hẹp ( loại hồi tiếp phân bố DFB-Ditributed Feedback ), cho phép truyền tốc độ 2.5Gbit/s qua cự ly 150 – 200km không cần trạm lặp.Trong thời gian tới, phơng hớng phát triển chính của công nghệ thông tin cáp sợi quang tiếp tục phát triển hệ Trong thống IMDD song song với

H×nh 1.2 C¸c thÕ hÖ ph¸t triÓn cña hÖ thèng th«ng tin c¸p sîi quang.

1.3.2 HÖ thèng th«ng tin quang Coherent:

§é nh¹y thu( dBm )

thu trùc tiÕp

Tốc độ đờng truyền ( Mbit/s )

Hình 1.3 Sự phụ thuộc độ nhạy thu vào tốc độ đờng truyền

Từ nhiều năm nay, ngời ta đã tiến hành nghiên cứu và thử nghiệm vể hệ thống thông tin quang coherent các u điểm nổi bật của hệ thống thông tin quang coherent so với Hệ thống điều chế trực tiếp cờng độ ánh sáng là :

Cải thiện đáng kể độ nhạy thu từ 15-20dB Điều này cho phép tăng cự litruyền dẫn không cần trạm lặp từ 75-100km

Nâng cao năng lực truyền dẫn nhờ khả năng sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo tần số (FDM) với kỹ thuật FDM, chúng ta có thể sử dụng một băng thông rộng khoảng 20.000Ghz (ở bớc sóng 1500mm-1600mm) Tơng đơng với khả năng truyền dẫn trên 120 triệu kênh thoại trên một đôi quang

Sơ đồ một hệ thống coherent có thể biểu diễn nh hình Vẽ:

Tín hiệu vào

Diode Điều Bộ khuếch đại

Laser chế ngoài Cáp sợi quang quang

Điều Khối thu Mạch Khuếch Tín hiệu ra khiển quang trung tần đại và giải

2-3dB, nhng yêu cầu bề rộng phổ của nguồn phát rất hẹp (tỷ số bề rộng phổ/tốc

độ truyền ∼10-4) trong khi kỹ thuật FSK yêu cầu tỷ số bề rộng phổ/ tốc độ truyền ∼10-1)

Sợi quang: Sợi quang dùng trong hệ thống coherent có thể là loại sợi

quang đơn mode thông thờng hoặc sợi đơn bảo toàn phân cực

Nếu sử dụng sợi đơn mode thờng, trớc bộ thu ta cần sử dụng bộ điều chỉnh phân cực

Khối thu: Trong hệ thống coherent , khối thu đợc chia thành hai loại

heterodyne và homodyne ở đầu thu, tín hiệu thu đợc trộn với tín hiệu dao động nội trong bộ thu heterodyne, tần số bộ dao động nội khác tần số của tín hiệu tới đối với bộ thu homodyne, tần số dao động nội trùng với tần số tín hiệu

Kỹ thuật thu hemodyne nhạy hơn thu hemodyne khoảng 3 dB nhng rất khó thực hiện bởi tín hiệu dao động nội phải giử đồng pha với tín hiệu thu đợc Hệ thống thông tin quang kết hợp sẽ đợc phép truyền dữ liệu với tốc độ hàng chục Gbit/s trở lên qua những khoảng cách rất xa nhng cha đợc sử dụng trong thực tế

Các hớng phát triển của kỷ thuật thông tin cáp sợi quang hiện nay là:

1.4.1.Sự dụng kỹ thuật phân kênh theo bớc sóng ( WDM ):

Trong hệ thống ghép kênh theo bớc sóng, ngời ta sử dụng nhiều nguồn

quang (thờng là laer hồi tiếp phân bố DFB có bề rộng phổ rất hẹp ), hoạt động

ở các bớc sóng khác nhau khoãng cách giữa các kênh đợc chọn phụ thuộc vào

sự ổn định theo nhiệt độ đối với nguồn sáng và khả năng của bộ

ghép kênh /tách kênh, chẳng hạn là nm Sơ đồ hệ thống ghép kênh theo bớc sóng đợc mô tả (hình vẽ 1.5 )

Trong khoảng từ bớc sóng 1545.6nm – 1570.6nm , ngời ta có thể ghép

đ-ợc 18 kênh, nếu mỗi kênh truyền 2.5 Gbit/s, tơng đơng 30 240 kênh thoại hệ thống sẽ có khả năng truyền 500 000 kênh thoại trên một đôi quang

Hiện nay ngời ta đã thực hiện đợc hệ thống cáp sợi quang biển truyền tốc

độ 40 Gbit/s bằng cách ghép kênh theo bớc sóng 16 luồng tốc độ 2.5 Gbit/s

DBF2

λ2 ⌡⌡

λ18 λ18

Single- Mode Fiber -10 λ1 = 1,527nm λ18 = 1,561nm -20 2nm→← -30 -40 -50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1,544.5 1,510.5 1,540.5

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống truyền dẫn ghép kênh theo bớc sóng

1.4.2.Thực hiện các hệ thống truyền dẫn coherent và sử dụng kỹ thuật

Kỹ thuật FDM cung cấp khả năng truyền dẫn còn lớn hơn rất hiều so với

kỹ thuật Ghép kênh theo bớc sóng khoảng cách giữa các kênh trong hệ thống ghép kênh theo tần số chỉ yêu cầu khoảng 5GHz( tơng đơng 0.04nm ở bớc sóng 1550nm), trong khi giữa các kênh trong kỹ thuật ghép kênh theo bớc sóng khoảng 250 GHz tức 2nm.Nếu mỗi kênh truyền tốc độ 2.5 Gbit/s, ta có thể truyền một dung lợng tơng đơng30.240 x 2500= 75,6 triệu kênh thoại trên một

đôi sợi quang

λ

2

CáC THÔNG Số CủA SợI QUANG

2.0.Giới thiệu cấu trúc tổng thể về sợi quang.

Cấu trúc của sợi quang nh (hình2.0), gồm một lõi thuỷ tinh hình trụ tròn

và vỏ thuỷ tinh bao quanh lõi Lõi thuỷ tinh dùng để truyền ánh sáng, còn vỏ

Hình 2.0.Cấu trúc tổng thể của sợi quang.

Tuỳ từng loại sợi mà có sự phân bố chiết suất khác nhau trong lõi sợi Nếu chiết suất phân bố đồng đều thì đợc gọi là sợi chiết suất bậc, nếu sợi phân bố theo quy luật tăng dần thì gọi là sợi chiết suất giảm dần Kích thớc của sợi phụ thuộc vào loại sợi, loại thứ nhất có đờng kính 2a = 50àm gọi là sợi đa mode, loại thứ hai lõi có đờng kính 2a ≤ 10àm goi là sợi đơn mode Đờng kính vỏ ( d ) của các loại sợi đều bằng 125àm Tổng hợp cả phân bố chiết suất và kích thớc của lõi để chia thành ba loại sợi, đó là sợi đa mode chiết suất bậc, sợi đa mode chiết suất giảm dần, và sợi đơn mode( chiết suất bậc)

Nguyên lý lan truyền ánh sáng trong sợi quang:

Có thể nói chung nhất có thể coi ánh sáng là: một chùm các phần tử hạt rất

bé đợc phát ra từ một nguồn sáng các phần tử này đợc hình dung nh đang đi theo một đờng thẳng và có thể thâm nhập vào môi trờng trong suốt nhng lại bị phản xạ khi gặp các môi trờng đục

a) Chiết xuất của môi trờng :

Hình 2.1 Sự thay đổi chiết suất n & chiết suất nhóm n g theo λ

Chiết xuất của vài môi trờng thông dụng :

đến môi trờng 2 thì tia sáng đợc tách thành hai tia mới: một tia phản lại môi ờng 1 và một tia khúc xạ vào môi trờng 2 tia phản xạ và tia khúc xạ quan hệ với tia tới nh sau :

Cùng nằm trong một mặt phẳng tới ( mặt phẳng chứa tia tới và pháp

tuyến của mặt ngăn cách tại điểm tới ); Góc phản xạ bằng góc tới : φ1= φ2 Góc khúc xạ đợc xác định từ công thức Snell:

Tiakhúc xạ

Hình 2.2 hiện tợng phản xạ và khúc xạ ánh sáng.

c) Sự phản xạ toàn phần :

Từ công thức Snell đã nêu trên ta thấy :

Nếu n1 < n2 thì φ1>φ2 : tia khúc xạ gãy về phía gần pháp tuyến

Nếu n1 > n2 thì φ1 < φ2 : Tia khúc xạ gãy về phía pháp tuyến hơn

Trong trờng hợp n1 > n2 nếu tăng q1 thì q2 cũng tăng và q2 luôn luôn lớn hơn q1 khi φ2 =90o, tức tia khúc xạ song song với mặt tiếp giáp, thì φ1 đợc gọi

là góc tới hạn qc Nếu tiếp tục tăng φ1> φc thì không còn tia khúc xạ nữa mà chỉ còn tia phản xạ ( hình 2.2 )

VÝ dô : Gãc tíi h¹n gi÷a thuû tinh ( n1 = 1,50 ) vµ kh«ng khÝ ( n2 = 1 )

2.1.2 Sù truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang :

a Nguyªn lý truyÒn dÉn chung

T

n2

n(r) Líp vá

n1

Lớp lỏi

no Lớp vỏ

Hình 2.4 Nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi quang

ứng dụng hiện tợng phản xạ toàn phần, sơi quang đợc chế tạo thành một lỏi ( core) bằng thuỷ tinh có chiết xuất n1 và một lớp vỏ phản xạ ( hình2.4) ánh sáng truyền trong lỏi quang sẽ phản xạ đi lại nhiều lần( phản xạ toàn phần ) trên mặt tiếp giáp giữa lỏi và vỏ phản xạ do đó ánh sáng có đợc truyền trong sợi có

cự li dài ngay cả khi sợi bị uốn cong nhng với một độ cong có giới hạn b)

Khẩu độ số: ( Numerical Aperture ):

Sự phản xạ toàn phần chỉ xẫy ra đối với những tia sáng có góc tới ở đầu sợi nhỏ hơn góc tới hạn θc (hình 2.5) sin của góc tới hạn này đợc gọi là khẩu độ

số , ký hiệu NA; NA = sin θc ( 2.3 )

Hình 2.5 Đờng truyền của các tia sáng với góc tới khác nhau

áp dụng công thức Snell tính NA:

Tại điểm A đối với tia 2:

no sinθmax = n1sin (90o - θc)

Mà : no = 1 (chiết xuất của không khí )

Sin (90o -θc) = cos θc

Do đó : NA = sin θmax = n 1 −n 2 ≈ n1 2 ∆ ( 2.4 )

Trong đó : ∆ =

1

2 1

(tức là từ 1ữ3% ).Đối với sợi đa mode.0,2ữ1,0% đối với sợi đơn mode

2.1.3 Hai dạng phân bố chiết suất trong sợi quang:

Cấu trúc chung của sợi quang bao gồm một lỏi bằng thuỷ tinh có chiết suất lớn và một lớp vỏ bọc cũng bằng thuỷ tinh nhng có chiết suất nhỏ hơn chiết suất trong lớp bọc không thay đổi, còn chiết suất trong lỏi, nói chung thay đổi theo bán.kính ( khoảng cách tính từ trục của sợi ra ) Sự biến thiên chiết suất theo bán kính đợc viết dới dạng tổng quát nh sau :

2 / 1 1

1

1 2

1

1

n n

n

a

r n

r

n

g

b r a

a r

2 1

n n n

a) Sợi quang có chiết suất phân bậc ( SI : Step Index ) :–

Đây là loại sợi có cấu tạo đơn giãn nhất với chiết suất của lõi và lớp bọc khác nhau một cách rõ rệt nh hình bậc thang các nguồn quang phóng vào đầu sợi với góc tới khác nhau sẽ truyền theo những đờng khác nhau nh hình 2.7 khôngkhí

Hình 2.7 Truyền ánh sáng trong sợi quang SI.

Các tia sáng truyền trong lỏi sợi cũng có vận tốc ( vì Vph = C/n1,ở đây n1

không đổi ) mà chiều dài đờng truyền khác nhau nên thời gian truyền khác nhau trên cùng một chiều dài sợi Điều này dẫn đến hiện tợng : khi đa một xung vào

đầu sợi lại nhận đợc một xung ánh sáng rộng hơn ở cuối sợi, do hiện tợng tán sắc ( dispersion ), sẽ đợc đề cập ở phần sau Nói chung lọai sợi này có chỉ số chiết suất đồng đều ở lõi sợi nên đợc gọi là sợi có chỉ số chiết suất phân bậc

Do có độ tán sắc lớn nên sợi SI không thể truyền tín hiệu số tốc độ cao qua

cự ly dài đợc Nhợc điểm này có thể khắc phục đợc trong loại sợi có chiết suất giảm dần

b)Sợi quang có chiết suất giảm dần ( sợi GI : Graded Index ) :–

Hình2.8 Các tia sáng truyền trong lõi sợi đa chiết suất Gradient.

2 1

1

1

n n

a

r n

r

n ,

b r a

a r

có đờng truyền dài hơn nhng có vận tốc truyền lớn hơn ( Vph = C/n ) và ngợc lại , các tia truyền gần trục có đờng truyền ngắn hơn nhng vận tốc truyền lại nhỏ hơn Tia truyền dọc theo trục có đờng ngắn nhất nhng đi với

vận tốc nhỏ nhất vì chiết suất ở trục là lớn nhất nếu chế tạo chính xác, sự phân

bố chiết suất theo đờng parabol ( g =2 ) thì đờng đi của tia sáng có dạng hình sin và thời gian truyền của các tia này bằng nhau độ tán sắc của sợi GI nhỏ hơn nhiều so với sợi SI.nói tóm lại loại sợi này có chỉ số chiết suất ở lõi giảm dần từ tâm lõi sợi ra tới tiếp giáp lõi và vỏ phản xạ gọi là sợi có chỉ số chiết suất Gradien

c).Các dạng chiết suất khác:

Có hai dạng chiết suất SI và GI đợc dùng phổ biến Ngoài ra còn có một số dạng chiết suất khác nhằm đáp ứng nhu cầu đặc biệt nh :

*Dạng chiết suất lớp bọc ; ( Hình 2.9a )

Trong kỹ thuật chế tạo sợi quang, muốn thuỷ tinh có chiết suất lớn phải tiêm nhiều tạp chất vào, điều này làm tăng suy hao Dạng giảm chiết suất lớp bọc nhằm đảm bảo độ chênh lệch chiết suất ∆ nhng có chiết suất lõi n1 không cao

*Dạng dịch độ tán sắc : ( Hình 2.9b )

Nh sẽ phân tích sau này , độ tán sắc của sợi quang triệt tiêu ở bớc sóng gần 1300nm Ngời ta có thể dịch điểm có độ tán sắc triệt tiêu đến bớc sóng 1500nm bằng cách dùng sợi quang có chiết suất nh ( Hình 2.8b)

*Dạng san bằng tán sắc : ( Hình 2.9c )

Với mục đích làm giảm độ tán sắc của sợi quang trong một khoãng bớc sóng chẳng hạn đáp ứng cho kỷ thuật ghép kênh theo bớc sóng ngời ta dùng sợi quang có chiết suất nh (hình 2.9c) Dạng chiết suất này khá phức tạp nên hiện nay chỉ mới áp dụng trong phòng thí nghiệm cứ cha đa ra thực tế

A b c

Hình 2.9 Các dạng chiết suất đặc biệt.

2.1.4 Sợi đa mode và đơn mode

Có hai hớng khảo sát truyền ánh sáng trong sợi quang : một hớng dùng lý thuyết tia sáng và một hớng dùng lý thuyết sóng ánh sáng thông thờng lý thuyết tia đợc sử dụng vì nó đơn giãn, dễ hình dung song cũng có những khái niệm không thể dùng lý thuyết tia đễ diễn tả một cách chính xác, ngời ta phải dùng đến lý thuyết sóng mode là một trong những khái niệm đó

Sóng ánh sáng cũng là sóng điện từ có thể áp dụng các phơng trình Maxwell với điều kiện biên cụ thể của sợi quang đễ xác định biểu thức sóng truyền trong nó Dựa trên biểu thức đã xác định có thể phân tích các đặc điểm truyền dẫn sóng trong khuôn khổ có hạn, ta sẽ không trình bày các bớc giải ph-

ơng trình mà chỉ nêu các thông số rút ra từ kết quả có liên quan

Và à = 1,2 mode thấp nhất là LP01

Số mode truyền đợc trong sợi phụ thuộc vào các thông số của sợi, trong đó

2

* 2

N

Trong đó :

V: Thừa số V

g : Số mũ trong hàm chiết suất

Số mode truyền đợc trong sợi chiết suất bậcSI là g→∞:

a)Sợi đa mode:

Sợi đa mode có đờng kính lõi và khẩu độ số lớn nên có thừa số V và số mode N lớn các thông số của loại đa mode thông dụng là :

Hình 2.10 Kích thớc sợi đa mode

Đờng kính lõi d = 2a ≈ 50 à m

Đờng kính lớp bọc D = 2b ≈ 125 à m

Độ lệch chiết suất ∆ ≈ 1%

Chiết suất lớn nhất của lõi n1 ≈ 1,45

Sợi đa mode có thể là chiết suất bậc hoặc chiết suất giảm dần ( hình 2.10 )

Vì chỉ có một mode truyền sóng truyền trong sợi nên độ tán sắc đo nhiều

đờng truyền bằng không và sợi đơn mode có dạng phân bố chiết suất bậc

2.2 SUY HAO SợI QUANG:

2.2.1Định nghĩa :

Việc truyền tín hiệu từ phía phát tới phía thu sẽ bị suy hao và méo tín hiệu,

đây là hai yếu tố quan trọng, nó tác động toàn bộ quá trình thông tin, định cỡ về

khoãng cách và tốc độ của tuyến truyền dẫn cũng nh xác định cấu hình của hệ thống thông tin quang

Công suất quang truyền trên sợi sẽ giảm dần theo cự ly với qui luật hàm

số mũ tơng tự tín hiệu điện Biểu thức tổng quát của hàm số truyền công suất có dạng :

P2 = P ( L ) : C ông suất ở cuối sợi

α ( dB / Km ) = ( )

( )Km L

dB A

( 2.9 )

Hệ số suy hao hay hệ số trung bình :

Trong đó A = Suy hao của sợi

L = Chiều dài của sợi

Về nguyên lý đây không phải là giá trị tuyệt đối mà có quan hệ công suất hoặc mức , do đó phép đo đơn giản hơn

P

P1

P2

L

Hình 2.12 Sự suy giảm công suất của sợi quang

2.2.

2 Các nguyên nhân gây suy hao trên sợi quang :

Các kết quả nghiên cứu cho thấy công suất quang truyền trên sợi do bị suy hao do hấp thụ, tán xạ ánh sáng và khúc xạ qua chổ bị uốn cong Ngoài ra còn

có thể kể thêm suy hao hàn nối do hiệu suất ghép quang

a) Suy hao do hấp thụ :

Sự hấp thụ do các tạp chất kim loại : Các tạp chất kim loại trong thuỷ tinh

là một trong những nguồn hấp thụ năng lợng ánh sáng Các tạp chất thờng gặp

là sắt( Fe ), Đồng ( Cu ), Mangan ( Mn ), Crôm ( Cr ), Coban ( Co ), Niken ( Ni) Mức độ hấp thụ của từng loại tạp chất phụ thuộc vào nồng độ tạp chất và bớc sóng ánh sáng truyền qua nó.Với nồng độ tạp chất một phần triệu thì độ hấp thụ của vài tạp chất đợc biểu diễn nh hình dới đây :

Hình 2.13 Độ hấp thụ của các tạp chất kim loại

Nh vậy đễ có đợc sợi quang có đọ suy hao đới 1dB / Km cần phải có thuỷ tinh thật tinh khiết với nồng độ tạp chất không quá một phần tỷ

Sự hấp thụ của ion OH :

Sự có mặt của ion OH trong sợi quang cũng tạo ra một độ suy hao hấp thụ

đáng kẻ Đặc biệt, độ hấp thụ tăng vọt ở các bớc sóng gần 9950nm, 1240nm và 1400nm Nh vậy độ ẩm cũng là một trong những nguyên nhân gây suy hao ở

Hình 2.14 Độ hấp thụ ion OH

Hấp thụ bằng cực tím và hồng ngoại :

Hình 2.15 Suy hao do hấp thụ vùng cực tím & hồng ngoại

Ngay khi sợi quang đợc chế tạo từ thuỷ tinh có độ tinh khiết cao sự hấp thụ vẫn xẫy ra Bản thân thuỷ tinh tinh khiết cũng hấp thụ ánh sáng trong vùng cực tím và vùng hồng ngoại Độ hấp thụ thay đổi theo bớc sóng nh trên ( hình 2.15 ) Sự hấp thụ trong vùng hồng ngoại gây trở ngại cho khuy hớng sử dụng bớc sóng dài trong thông tin quang

b)Suy hao do tán xạ :

Tán xạ Rayleigh : Nói chung, khi sóng điện từ truyền trong môi trờng

điện môi gặp những chổ không đồng nhất sẽ xẫy ra hiện tợng tán xạ những chổ không đồng nhất trong sợi quang do những sắp xếp của các phần tử thuỷ tinh , các khuyết tật của sợi quang nh : bọt không khí, các vết nứt Khi kích thớc của vùng không đồng nhất vào khoãng một phần mời bớc sóng thì trở thành những nguồn điểm để tán xạ Các tia sáng truyền qua những chổ không đồng nhất này

sẽ toả theo nhiều hớng Chỉ một phần năng lợng của ánh sáng tiếp tục truyền theo hớng cũ, phần còn lại sẽ truyền theo hớng khác thậm chí truyền ngợc về phía nguồn quang

Độ suy hao của tán xạ Rayleigh tỉ lệ nghịch luỹ thừa bậc 4 của bớc sóng nên giảm rất nhanh về phía bớc sóng dài

Hình 2.16 Suy hao do tán xạ Raylegh.

Trong (2.10 ) α tx ( λo ) là hệ số tán xạ tại mỗi bớc sóng mẫu λo , Xác

định theo vật liệu chế tạo sợi Đối với thuỷ tinh Silica thì có λo = 1àm và αtx (

λo ) = 0,8dB / Km ở bớc sóng 850nm suy hao do tán xạ Rayleigh của sợi silica khoãng 1 đến 2 dB/Km và ở bớc sóng 1300nm suy hao cở khoãng

0,3dB /Km

Cần lu ý rằng tán xạ Rayleigh là một nguyên nhân gây ra suy hao sợi quang nhng hiện tợng này lại đợc ứng dụng để đo lờng các máy đo quang dội

Tán xạ do mặt phân cách giửa lỏi và lớp bọc không hoàn hảo

Khi tia sáng truyền đến những chỗ không hoàn hảo giữa lỏi và lớp bọc , tia sáng sẽ bị tán xạ Lúc đó một tia tới sẽ có nhiều tia phản xạ với các góc phản xạ khác nhau Những tia có góc phản xạ nhỏ hơn góc tới giới hạn sẽ khúc xạ ra lớp bọc và bị suy hao dần

c) Suy hao do sợi bị uốn cong :

Suy hao do sợi bị uốn cong là suy hao ngoàI bản chất( không cố hữu)của sợi, khi bất kỳ một sợi quang nào bị uốn cong theo đờng cong có bán kính xác

định sẽ có hiện tợng phát xạ tín hiệu ánh sáng ra ngoàI vỏ sợi và nh vậy ánh sáng lan truyền trong lõi sợi sẽ bị suy hao Có hai loại uốn cong trong sợi là:

Vi uốn cong : Khi sợi quang bị chèn ép tạo nên những chổ bị uốn cong

nhỏ thì suy hao của sợi quang tăng lên Sự suy hao này xuất hiện do tia sáng bị lệch trục khi đi qua những chổ vi uốn cong đó Một cách chính xác hơn , sự phân bố trờng bị xáo trộn khi đi qua những chổ vi uốn cong và dẫn đến sự phát xạ năng lợng ra khỏi lỏi sợi Đặc biệt sợi đơn mode rất nhạy với những chổ vi uốn cong, nhất về phía bớc sóng dài

Uốn cong :Khi sợi bị uốn cong với bán kính uốn cong càng nhỏ thì suy

hao càng lớn ( hình 2.17 ) Tuy nhiên không thẻ tránh đợc việc uốn cong sợi quang trong quá trình chế tạo và lắp đặt Song nếu chúng ta giữ cho bán kính uốn cong lớn hơn một bán kính tối thiểu cho phép thì suy hao do uốn cong không đáng kể Bán kính uốn cong tối thiểu do nhà sản xuất đề nghị, thông th-ờng 30nm đến 50nm Bán kính uốn cong tối thiểu đợc quy định:

n n

n

− π

λ

( 2.11 )

α(dB/Km)

Hình 2.17 Suy hao do uốn cong thay đổi theo bán kính R

Độ suy hao do uốn cong có thể đợc tính theo công thức :

αend = ( ∆)

+

/ 2

2 10

R a g

g Log

Trong đó :∆ : Độ lệch chiết suất

R : Bán kính uốn cong

a : Bán kính lõi

g : Tham số mặt cắt

d) Suy hao do hàn nối :

Khi hàn nối các sợi quang, chúng phải đợc nối các đầu sợi với nhau chuẩn trực nếu lõi hai sợi không đợc gắn với nhau hoàn toàn và đồng nhất thì một phần ánh sáng qua lõi này sẽ không đợc qua sợi bên kia hoàn toàn và bị phản xạ ra ngoài gây suy hao Nguyên nhân chính của suy hao này là việc không đặt

đồng trục hai sợi quang, do vậy tạo nên suy hao rất lớn Nếu có một khe nhỏ nào tồn tại chổ nối thì khe này tạo nên suy hao phản xạ, nếu độ lớn của phản xạ này lớn thì ngời ta gọi là phản xạ Fresnel Có nhiều yếu tố ảnh hởng đến đọ suy hao của mối hàn, thông thờng xếp thành ba loại chính :

+ Chất lợng mặt cắt đầu sợi

+ Vị trí tơng đối giữa hai đầu sợi

+ Thông số của hai sợi

Chất l ợng mặt cắt đầu sợi : Suy hao của mối hàn trớc tiên phụ thuộcvào công

tác chuẩn bị Các yêu cầu đối với mặt cắt là :

• Mặt cắt phẳng, không mẻ , không lồi

• Mặt cắt phải sạch sẽ : không có bụi , chất bẩn

• Mặt cắt phải vuông góc với trục Góc nghiêng của mặt cắt càng lớn thì suy hao mối hàn càng cao ( hình 2.18 )

Hình 2.18 Suy hao mối hàn phụ thuộc góc nghiêng đầu sợi.

e) Suy hao ghép nối giữa sợi quang và linh kiện thu phát quang.

Điều kiện đễ ghép ánh sáng từ linh kiện phát quang vào sợi quang đợc xác

định bằng khẩu độ số NA Khi so sánh về đặc điểm của LD và LED thì chúng

có độ rộng chùm sáng khác nhau , khi ghép nối vào sợi quang thì laser có đặc

điểm về suy hao tốt hơn ngay cả khi sử dụng thấu kính để tập trung nguồn sáng Ngoài ra loại sợi SM và GI cũng có những đặc điểm khác nhau về suy hao ghép nối bởi vì chúng có những đờng kính lõi khác nhau

Trong ghép nối sợi quang và linh kiện thu quang thì các loại sợi có NA lớn , loại sợi GI có suy hao lớn hơn loại sợi SM vì chùm sáng của loại sợi này bị trải rộng ra Tuy nhiên sự khác nhau về suy hao do nguyên nhân chùm sáng nở rộng thì nhỏ hơn nhiều so với suy hao ghép nối bản thân nó

Suy hao do các thông số khác nhau:

Mặc dù công tác chuẩn bị tốt, nhng có sự khác biệt về thông số sẽ gây suy hao lớn cho mối hàn Các thông số của sợi ảnh hởng đến mới hàn là :

• Đờng kính sợi ( đờng kính lõi , đờng kính trờng mode)

Lệch trục : trục của hai sợi không song song với nhau.

Lệch tâm : tâm của hai mặt cắt đầu sợi không trùng nhau Khe hở : đầu hai sợi không khít nhau

Hình 2.19 Suy hao do vị trí tơng đối giữa hai đầu sợi.

2.2.3.Đặc tuyến suy hao:

α(dB/Km) cửa sổ thứ nhất sợi đợc chế tạo những năm 70 100

50

20

10 sợi chế tạo những năm80

Hình 2.20 Đặc tuyến suy hao của sợi đơn mode.

Đặc tuyến suy hao của sợi quang khác nhau tuỳ theo từng chủng loại sợi

nhng tất cả đều thể hiện đợc đặc tuyến suy hao chung nh đã phân tích Một đặc tuyến điển hình nh hình vẽ trên đây:

Cần lu ý rằng, trên đặc tuyến suy hao của sợi quang có 3 vùng bớc sóng

có suy hao thấp, gọi là ba cửa suy hao

* Cửa sổ thứ nhất có bớc sóng 850nm: Đợc xem là bớc sóng có suy hao

thấp nhất đối với những sợi quang đợc chế tạo trong giai đoạn đầu Suy hao trung bình ở bớc sóng này từ 2 – 3 dB/Km Ngày nay bớc sóng này ít đợc dùng vì suy hao ở đó cha phải là thấp nhất

* Cửa sổ thứ hai có bớc sóng 1300nm: Suy hao ở bớc sóng này tơng đối thấp khoãng từ 0,4 – 0,5 dB/Km đặc biệt, ở bớc sóng này có độ tán sác thấp nên đợc sử dụng rộng rãi

* Cửa sổ thứ 3 có bớc sóng 1550nm: Cho đến nay suy hao ở bớc sóng này

là thấp nhất, dới 0,2 dB/Km.Trong những sợi quang bình thờng, độ tán sắc ở

b-ớc sóng 1550nm lớn hơn bb-ớc sóng 1300nm Nhng với loại sợi có dạng phân bố chiết suất đặc biệt có thể giảm độ tán sắc ở bớc sóng 1550nm Lúc đó sử dụng cửa sổ thứ 3 sẽ có hai điểm lợi : suy hao thấp , và tán sắc nhỏ Bớc sóng

1550nmsẽ đợc sử dụng rộng dãi trong tơng lai, nhất là các tuyến cáp quang thả biển

2.3 TáN Xạ TRONG SợI QUANG :

2.3.1 Hiện tợng, nguyên nhân và ảnh hởng của tán sắc

Khi truyền dẫn các tín hiệu digital qua sợi quang, sẽ suất hiện hiện tợng

giãn xung ánh sáng ở đầu thu, thậm chí trong một số trờng hợp , các xung lân cận đè lên nhau, và khi đó, ta không thể phân biệt các xung với nhau nữa, gây méo tín hiệu khi tái sinh.Hiện tợng giãn xung hay còn gọi là hiện tợng tán xạ

Hình 2.21 ảnh hởng của tán xạ lên tía hiệu số và analong

( S chỉ tín hiệu phát , E chỉ tín hiệu thu )

Nguyên nhân chính của hiện tợng tán xạ là do ảnh hởng của sợi quang mà tồn tại các thời gian khác nhau của các tia ánh sáng phát đi đồng thời

Tán xạ ảnh hởng rất quan trọng đến chất lợng truyền dẫn, cụ thể :

* Khi truyền tía hiệu digital trong miền thời gian nó gây ra giãn rộng các xung ánh sáng

* Khi truyền tín hiệu analog thì ở đầu thu biên độ tín hiệu bị giảm nhỏ ( tới giá trị AE trên (hình 2.21) và có hiện tợng dịch pha Độ rộng băng truyền dẫn của sợi do đó bị giới hạn

Khi thu về xung bị giãn rộng do tán xạ, với độ giãn rộng ( thời gian ) là τ

đợc tính theo công thức :

τ = τ −2E τ2E ( 2.13 ) Trờng hợp xung phát rất hẹp , τs << τE thì có thể coi gần đúng τ≈τE

Độ dãn xung τ theo ( 2.13 ) có thể mức độ tán xạ tín hệu do sợi gây ra , và

nó có ảnh hởng đến độ rộng băng truyền dẫn và tốc độ truyền bit

Trờng hợp công thức ánh sáng thay đổi theo quy luật hình sin, sợi quang

đ-ợc coi gần đúng nh bộ lọc thấp với hàm truyền đạt Gauss Hàm truyền đạt biên

Đồ thị hàm truyền đạt biên độ ( 2.14 ) đợc miêu tả nh ( hình 2.22 )

Các xung ánh sáng theo phân bố Gauss truyền đa qua sợi quang thì biên

độ giảm theo quy luật :

P = P max 2

2 36 ,

0 τ τ

−

e ( 2.15 ) Xét đặc tính truyền dẫn của sợi nhờ hình vẽ ( 2.22 )

Khi biên độ của hàm H ( f ) giảm còn một nữa biên độ lớn nhất ( tơng ứng giảm 3dB ), ngời ta nhận đợc tần số fB ( ở mức 3dB ), và định nghĩa độ rộng băng truyền dẫn B=fB ( từ f = 0 đến f = fB ) Thay giá trị  H (f) = 0,5 vào( 2.14 )nhận đợc B:

Hình 2.22 Hàm truyền đạt biên độ của sợi quang.

Trong thực tiễn nếu có nhiều hiện tợng tán xạ cùng tác động gây méo xung thẻ hiện qua các giá trị dãn xung thành phần τ1 ,τ2 , thì có tán xạ tổng cộng thể hiện là tổng :

τ2 = τ1 + τ2 +

Nếu tơng ứng với τ1 , τ2 có giá trị B1 ,,B2 thì độ rộng băng truyền dẫn của sợi khi có tác động tổng hợp của các hiện tợng tán xạ khác nhau là B vì theo công thức :

1 1 1

2 1

B B

Ngời ta cũng định nghĩa một đại lợng đặc trng cho dung lợng truyền dẫn của sợi quang là tốc độ bit có thể truyền dẫn lớn nhất C ( bit/s )

Do ảnh hởng của tán xạ, các xung ở đầu vào của máy thu bị dãn rộng ,

nh-ng hai xunh-ng kề nhau còn đủ phân biệt đợc khi độ dãn xunh-ng τ còn nhỏ hơn độ rộng xung τs của xung phát đi, từ đố tốc độ bit là :

C =

τ

1 = 2,27 B ≈ 2B

Nh vậy độ dãn xung τ, độ rộng băng tần truyền dẫn B và tốc độ bit C có quan hệ ảnh hởng nhau Để truyền đợc 2bit/s theo công thức C ≈ 2B cần có độ rộng băng tần khoảng 1 Hz Trên thực tế để truyền đợc 2bit/s cần có độ rộng băng tần khoảng 1,6 Hz Do đó trên thực tế có thể nói tốc độ bit lớn của sợi quang bằng độ rộng băng tần truyền dẫn Muốn có sợi có độ băng tần truyền dẫn và tốc độ bit lớn thì phải giảm nhỏ ảnh hởng của tán xạ đến mức thấp nhất

vφ = c /n (λ0) = const ( vφ = Vận tốc pha của sóng ánh sáng ) Vì độ dãn xung τ ( tán xạ ) gây nên méo xung truyền dẫn , nên nó vừahạn chế cự ly truyền vừa hạn chế băng truyền dẫn , nên để đánh giá năng lực truyền dẫn của các loại sợi quang có tán xạ, ngời ta đa ra đại lợng đặc trng là tích số độ rộng băng truyền và cự ly truyền dẫn BL

B = B.L = τ 2 , 27 τ

1

27 , 2

1

=

L ( 2.17 ) Với τ là độ giãn xung khi truyền qua độ dài 1 km

Rõ ràng độ dãn xung trên một kilomet thể hiện năng lực truyền dẫn của sợi trên ( hình 2.23 ) cho thấy sự phụ thuộc của D vào bớc sóng của hai loại vật liệu

là thuỷ tinh thạch anh ( SiO2 ) thuần và thuỷ tinh thạch anh có pha hoạt chất GeO2

D

Hình 2.23 Hệ số tán xạ vật liệu của các loại vật liệu

Theo (hình 2.23) ngời ta thấy ở bên cạnh bớc sóng 1,3 àm thì thuỷ tinh thạch anh có giá trị D = 0 Hay có thể nói vùng bớc sóng 1,3 àm thì không có tán xạ vật liệu và ở bớc sóng 1,3àm thì thuỷ tinh thạch anh cũng có tiêu hao rất bé

Do đó mà cửa sổ truyền dẫn thứ hai quanh bớc sóng 1,3 àm thờng đợc chọn cho các hệ thống truyền dẫn đờng dài với dung lợng lớn Và ở vùng này không có tán xạ vật liệu, không sợ ảnh hởng đến độ rộng băng truyền dẫn chỉ cần chú ý đến suy hao tín hiệu , do vậy , nếu có diode phát quang có công suất phát đủ lớn thì ta có thể sử dụng thay cho các diode laser hiện nay khá đắt tiền Ngời ta cũng tính đợc độ dãn bớc sóng tơng đối ∆λ/λ của ánh sáng lan truyền bằng :

λ

(2.18)

ở đây λ , và bớc sóng trung tâm và tần số của ánh sáng , ∆λs, B là độ

rộng phổ của nguồn quang và độ rộng của tần điều chế Vì vậy dù trong trờng hợp lý tởng, khi mà độ rộng phổ của nguồn quang bằng 0, độ rộng tơng của bớc sóng điều chế phải đợc chú ý tới

HAI TRƯờng hợp của tán xạ vật liệu :

*Khi độ rộng phổ ∆λs của nguồn sáng là lớn :

Nếu băng tần điều chế cở khoãng vài GHz thì ta có ∆λS / λ << B/f.

Nếu độ rộng băng tần B liên hệ với ∆τn  bởi B = A / ∆τn  với A làhằng số thì áp dụng công thức ( 2.19 ), ( 2.20) trên ta thu đợc :

d

n d c f A

Còn nếu nguồn quang là laser diode có ∆λ = 3nm thì độ nới rộng xung chỉ khoãng 0,3 ns / Km ở bớc sóng 1300nm tán sắc do vật liệu bằng dẫn sóng ngng ngợc dấu nên tán sắc sắc thể bằng không Do đó bớc sóng 1300nm thờng đợc chọn cho các đờng truyền tốc độ cao ở bớc sóng 1500nmđộ tán sắc do vật liệu khoãng 20 ps /nm Km

b) Tán sắc dẫn sóng :

Sự phân bố của trờng và hằng số lan truyền của các mode phụ nthuộc vào

tỷ số của đờng kính ruột 2a và bớc sóng công tác λ ( tỷ số 2a/λ ) Khi đờng kính ruột 2a của một loại sợi không đổi, các mode lan truyền với bớc sóng λ lúc này gọi là một hàm của đặc tính hình học của sợi quang nh thế xung bị thu dãn rộng phụ thuộc vào bớc sóng Đối với sợi đa mode do đờng kính ruột lớn nên

ảnh hởng do tán xạ này rất nhỏ Còn sợi đơn mode có đờng kính ruột khá nhỏ nên tán sắc này có ảnh hởng đáng kể Điều đáng nói là do sợi có đờng kính ruột quá nhỏ nên khi truyền dẫn có một luồng ánh sáng lọt ra vỏ, mà vẫn lan truyền trên lớp tiếp giáp vỏ – ruột, có chiết suất thay đổi, nếu sinh ra trể nhóm với sợi

đa mode chiết suất bậc thì trị số tán xạ này có sẵn và không đổi nữa

XEM TRị Số DƯới đây:

Vb Vd n C

với : b = 1 - ( )

2 1 2 2

V

n k

a − β

(2.23) Trong sợi đơn mode có 0,2 < V < 2,4, hệ số d2 ( Vd ) / d V2 khoảng 0,1-0,2.Đối với tán xạ dẫn sóng ở xung quanh bớc sóng 0,85àm ( cửa sổ truyền dẫn thứ nhất ) ta có vận tốc nhóm tỷ lệ với độ dài bớc sóng, giống nh tán xạ vật liệu, do đó hai tán xạ này đều dơng( cùng làm giản rộng xung ánh sáng ) Nhng

độ lớn của tán xạ dẫn sóng nhỏ hơn một bậc so với tán xạ vật liệu ở bớc sóng 1,25àm thì tán xạ dẫn sóng có độ lớn đáng kể so với tán xạ vật liệu Tới bớc

* Thành phần công suất từ nguồn quang đợc ghép với sợi quang

* Sự phân bố các mode truyền dẫn trên sợi quang

Để có thể hiểu hiện tợng một cách đơn giản, ngời ta sử dụng phơng pháp tia, coi mỗi mode truyền dẫn đợc đặc trng nhờ một tia sáng Sợi quang đựoc coi

là lý tuởng, không gây ra hiện tợng trộn các mode với nhau và coi chiết suất của sợi quang không phụ thuộc vào bớc sóng

Trong sợi SI , các tia sáng ứng với mỗi mode chạy theo các đờng kính dzích dzắc với độ dài khác nhau , trong đó tia song song với trục quang có độ dài ngắn nhất vì chiết suất n1 của thuỷ tinh chế tạo ruột không đổi , nên vận tốc lan truyền của các tia sóng thành phần nh nhau vì vậy thời gian cần thiết để lan truyền của các tia là khác nhau các tia đến đầu cuối sợi không cùng một lúc,

mà có sự chênh lệch thời gian, gây ra dãn xung

Thời gian lệch giữa các tia sáng nhanh nhất và chậm nhất đợc tính nh sau ( hình 2.24 )

Lớp bọc

1 Lỏi sợi

2