tìm hiểu bộ biến đổi quang điện

Hệ thống truyền dẫn quang Error: Reference source not found Các thành phần chính của tuyến có phần phát quang, cáp sợi quang và phần thu quang.. Trong mạng digital dịch vụ tổng hợp, sợi

bộ biến đổi quang điện

Chương1: KHáI QUáT Về THÔNG TIN QUANG

I Khái quát

Do sự phát triển của hệ thống truyền dẫn, đòi hỏi tổ chức các luồng kênh cực lớn Với kỹ thuật thông tin quang người ta cũng có thể tạo ra các hệ thống truyền dẫn nhiều kênh hơn các hệ thống điện Hiện nay các hệ thống truyền dẫn từ chục Mb tới vài Gb/s

Trước tiên sử dụng các khoá điện tử, rồi sau đó đến các hệ thống chuyển mạch photon “dùng ánh sáng để chuyển mạch” Khi đó mạng thuê bao đã chuyển sang dùng cáp quang và mạng là thông tin thuần túy Hiện nay thông tin quang đang ở giai đoạn phát triển ban đầu Nó được ứng dụng để hoạt động song song với các hệ thống truyền dẫn và truyền dẫn thông tin điện bằng tải tin quang nhờ các quá trình chuyển đổi điện quang và quang điện ở bên thu và bên phát

II Hệ thống truyền dẫn quang

Error: Reference source not found Các thành phần chính của tuyến có phần phát quang, cáp sợi quang và phần thu quang Phần phát quang được cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang và các mạch điều khiển liên kết với nhau Cáp sợi quang gồm các sợi dẫn quang và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo

vệ khỏi tác động môi trường bên ngoài Phần thu quang do bộ tách sóng quang và các mạch khuyếch đại, tái tạo tín hiệu thành phần Ngoài các thành phần chủ yếu này còn có các mối hàn bộ nối quang, chia quang và các trạm lặp Tất cả tạo thành tuyến thông tin quang hoàn chỉnh

III Phạm vi ứng dụng của kĩ thuật truyền dẫn quang

Ngày nay cỏc hệ thống truyền dẫn quang được sử dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống Trong lĩnh vực thụng tin, cỏc hệ thống truyền dẫn quang được ứng dụng vào cỏc hờn thống trung kế giữa cỏc hệ thống tổng đài điện thoại và cỏc tuyến truyền dẫn đường trục cú dung lượng lớnvà cự li xa Trong mạng digital dịch vụ tổng hợp, sợi quang cũn được sử dụng vào miền thuờ bao để cho phộp truyền dẫncỏc loại thụng tin khỏc nhau: tiếng núi, hỡnh ảnh, số liệu… Trong mạng truyền hỡnh cỏp, sợi được sử dụng cú hiệu quả, thay thế cho việc truyền dẫn qua khụng gian bằng súng vụ tuyến Ngoài ra súng cũn được sử dụng trong cỏc hệ thống cự li rất ngắn để truyền cac số liệu đo lường , điều khiển, số liệu giữa cỏc thiết bị tớnh toỏn hoặc cỏc thụng tin văn phũng trong phạm vi mạng LAN

Đầu thu quang Khuếch đại

Hệ thống truyền dẫn quang xếp thành 2 loại theo phạm vi ứng dụng: hệ thống thông tin đường dài và hệ thống thông tin cù li ngắn.

Hệ thống truyền dẫn gồm : cáp quang, linh kiện phát quang ở đầu phát

và linh kiện thu quang ở đầu thu, các bộ nối, các chỗ hàn nốivà linh kiện thụ động Chúng quyết định giá thành của hệ thống Với hệ thống đường dài, tuyến cáp quang qm nhiều đoạn cáp hàn nối với nhau, nhiều trạm lặp nằm cách nhau 1 khoảng lặp Vì cáp quang cần khối lượng lớn nhưng nó là phần tử quyết định giá cả Để tăng khoảng lặp dùng cáp có tiêu hao nhỏ, phần tử phát

có công suất lớn Vì vậy sợi quang đơn mốt được ưu tiên sử dụng, kèm theo

đó là cáac bộ hàn bộ nối đắt tiền Điot LED Ýt được sử dụng vì công suất nhỏ, mà LD được sử dụng nhiều hơn Điot thu cũng được lưu ý chọn có độ nhạy cao, chẳng hạn APD hoặc PIN-FET

Với hệ thống cự li ngắn thì cáp không có vai trò quyết định, mà ngược lại là các bộ nối và linh kiện thu, phát quang Có thể sử dụng sợi quang đường kính lớn nh sọi đa mốt SI và GI Công suất phát quang cũng không cần lớn, nên có thể dùng LED Tốc độ truyền dẫn cũng không lớn, nên diot thu cũng không cần loại băng rộng và đọ nhạy cao, có thể dùng diot PIN Nh vậy tuyến truyền dẫn quang trong 2 trường hợp là có những chỉ tiêu tối ưu khác nhau

IV Các phương pháp ghép kênh

1 Ghép kênh tín hiệu điện PCM và tín hiệu quang theo thời gian

Hiện nay tồn tại 2 tiêu chuẩn truyền dẫn điều xung mã PCM Đó là của châu Âu 2,048Mb/s cho 30 kênh thoại tiêu chuẩn và của Mỹ-Nhật 1,544Mb/s cho 24 kênh thoại tiêu chuẩn Vì sợi quang có tiêu hao nhỏ và độ rộng băng lớn nên có thể tăng số kênh đến 1,6 hoặc 2,2Gb/s mà không phải rút ngắn khoảng lặp Khi tăng tốc độ truyền dẫn PCM bằng các xung phát đi ngày càng hẹp lại , đòi hỏi độ rộng băng truyền dẫn tăng lên rất lớn Chỉ có sợi quang

PCM tốc độ lớn hơn nh thế Từ khả năng ghộp thời gian trờn cỏc hệ thống truyền dẫn cú thể ghộp tớn hiệu theo thời gian Mỗi tớn hiệu quang là chựm PCM đó qua biến đổi điẹn quang Nhờ đú tốc độ truyền dẫn tăng lờn cao hơn.

2.Ghộp kờnh theo bước súng

Nguyên lý ghép kênh theo bước sóng

Trong phương pháp phân kênh theo thời gian cần sử dụng 2 sợi quang cho hai hướng thu phát độc lập Ngoài ra thực hiện thu phát kênh theo bước sóng để thực hiện truyền dẫn 2 chiều theo cùng 1 sợi quang Nhiều tín hiệu PCM ghép theo thời gian sẽ được truyền dẫn cùng 1 sợi quang nhờ ghép vào các bước sóng khác nhau nguyên tắc tổ chứcghép luồng hiển thị ở hình dưới Các thiết bị ghép và tách luồng MULDEX là các bộ lọc ánh sáng Máy phát P1, P2 phát xạ ánh sáng có bước sóng Còn ở đầu kia máy phát P3,P4 bức xạ ánh sáng bước sóng  Các tần số quang được các

bộ lọc ở 2 đầu đường dây tách ra Tại trạm lặp tách riêng tín hiệu quang để tái sinh sau đó ghép trở lại đi trên tuyến chung

3 Phương pháp ghép luồng rẽ hướng

Hai luồng quang 1và 2 hòan tòan độc lập với bước sóng sử dụng và phương pháp ghép kênh tín hiệu điện, được tách thành luồng quang đi và luồng đến Hai gương ở đầu thu G1, G2 là loại thu một chiều Một gương sẽ cho luồng béc xạ phát của máy phát tại đó đi qua và một phần tổn thất ra ngoài, không lọt vào điôt thu Các gương làm nhiệm vụ tách luồng thu và phát được trên cùng một sợi quang

Các phương pháp trên độc lập nhau, nên có thể kết hợp chung để sử dụng, tăng hiệu suất cho sợi

V Phân loại các hệ thống truyền dẫn quang

1 Phân loại theo dạng tín hiệu điện

Tín hiệu đưa vào điều biến có thể là analog hoặc digital Hệ thống analog

Ýt được chế tạo sử dụng, nhất là hệ thống băng tần tín hiệu rất rộng vì đặc tính công tácphi tuyến của diot laser phát, của diot thu quang, ảnh hưởng của tán xạ sợi quang

Các hệ thống thu quang dải rộng hiện nay truyền dẫn digital dưới dạng ghép kênh PCM theo các cấp tiêu chuẩn

2.Theo phương pháp điều biến và giải điều biến tín hiệu biên

Theo phương pháp điều biến quang ở đầu phát và tách tín hiệu quang ở đầu thu nên phân ra các loại sau:

a Hệ thống thu trực tiếp: Đầu phát thực hiện điều biến trực tiếp các diot laser Các tín hiệu điện điều biến vào cường độ bức xạ nguồn quang ở đầu thu tách tín hiệu điện trực tiếp trên diot quang từ công suất quang dưa vào Các phần tử của hệ thống làm việc ở chế độ dơn mốt "một tần số" mà vẫn đẩm bảo khả năng truyền dẫn Nhưng các hệ thống có tốc độ cực lớn thì bị hạn chế về độ nhạy về độ rộng băng truyền dẫn và cự li khỏang lặp

b Hệ thống thu kết hợp: Phương pháp này điều biến gián tiếp nguồn quang ở đầu phát Luồng tín hiệu điện và luồng bức xạ quang dơn sắc đưa vào được điều biến trong bộ điều biến quang

Ở đầu thu cần nguồn quang đơn sắc, độc lập với nguồn quang ở đầu phát Luồng tín hiệu quang thu được từ sợi quang được đưa vào bộ trọn là diot quang cùng với nguồnquang đơn sắc của bộ phát quang nội để lấy ở đầu

ra một tần số trung gian, được đưa đến mạch tách sóng để tách ra tín hiệu điện ban đầu.

Tín hiệu điều biến với nguồn quang có bước sóng  tương ứng phần bước sóng f1 điều biến tải tin có thể là điều biên, điều tần hoặc điều pha Tại đầu thu có bộ phát quang nội, phát xạ tia có bước sóng  tương ứng fo Cả f1, fo đưa vào bộ trộn là diot quang để lấy tần số trung gian /f1-fo/ chọn đủ lớn cỡ 10GHz Đủ để mang tín hiệu điều biến ban đầu có độ rộng băng lớn Nhưng cũng không quá lớn để đảm bảo khả năng khuếch đại củamạch khuếch đại điện tử Sau quá trình tách sóng và lọc sẽ thu được tín hiệu ban đầu

So với phương pháp trực tiếp thì phương pháp này có độ nhạy cao hơn, tỉ số tín hiện nhiễu S/N lớn hơn nên tăng cự li trạm lặp nên có thể truyền các tín hiệu băng tần rất rộng Hiện nó đang được sử dụng rộng rãi

3 Theo tốc độ và cự li truyền dẫn

Các hệ thống đường dài chủ yếu đươch sử dụng trên mạng điện bao gồm các mạng két nối truyền dẫn giừa các vùng, mạng trung kế giữa các tổng đài, mạng thuê bao của mạng dịch vụ tổng hợp và các mạng phân phối truyền hình Hiện nay có thể phân phối thành các loại:

Hệ thống có dung lượng truyền dẫn nhỏ, tốc độ truyền dẫn8 Mb/s hoặc dung lượng trung bình với tốc độ34Mb/s sử dụng trên mạng thuê bao ISDN

và mạng trung kế giữa các tổng đài, cự li truyền đẫn khỏang 1km trong thành phố hoặc 20_30km ở vùng nông thôn , không có trạm lặp

Các hệ thống liên tỉnh với dung lượng rất lớn và tốc độ truyền dẫn 140Mb/s trở lên, cự li truyền dẫn rất xa Hệ thống gồm các trạm đầu cuốivà các trạm lặp với cự li khỏang lặp lớn hơn 50km cho đến hàng trăm km

Đặc biệt các hệ thống cáp quang quốc tế dưới biển hiện nay đều được thiết kế với tốc độ 280,420,565,1200 và 2400Mb/s với cự li khỏang lặp từ40

độ rộng băng (B) và độ dài khỏang lặp (L) nhá BL=400 >1200MHz Tán xạ

và tiêu hao của sợi quang lớn nên hạn chế tốc độ truyền và cự li khỏang lặp

Hệ thống có dung lượng nhỏ và trung bình, chủ yếu sử dụng trong mạng trung

kế và tổng đài

2.Thế hệ thứ hai

Nhờ tiến bộ của công nghệ sợi quang chuyeern sang sử dung bước sóng dài 1,3mm Sợi loại đa mốt GI, linh kiện phát là LD,LED loại InGaAsP Linh kiện thu là APD Hoặc PIN nhóm III-IV hoặc tổ hợp PIN-GaAsMESFET Không còn tán xạ vật liệu, còn tán xạ mốt, tích số BL tăng lên Tốc độ truyền trung bình 34Mb/s cù li trung bình 3km

3 Thế hệ thứ ba

Sử dụng sợi đơn mốt SM, bước sóng dài 1,3m.Không còn tán xạ mốt

và vật liệu Tán xạ tổng cộng rất bé Hệ thống dùng cho đường trục với dung lượng lớn, tốc độ truyền dẫn cao và vượt cự li xa

Thực tế độ dài khỏang lặp L tỉ lệ nghịch với tán xạ trung bình và độ rộng phổ bức xạ, do đó muốn tăng L thì giảm tán xạ của sợi quang hoặc gỏam độ rộng phổ bức xạ

Nếu sử dụng LD cộng hưởng Fabry-Perot thông thường (FP-LD) đạt cự

li 50-60km cho hệ thống 140MB/s ở bứoc sóng 1,3mm

Nếu tốc độ cao 400MB/s và 565MB/s để cự li 50km Khi dùng FP-LD thì phải chọn và điều khiển cáp có tán xạ nhỏ và độ rộng phổ nhỏ, cáp được lắp đặt tốt

Với tốc độ cao 1GB/s, muốn đạt 59km thì chọn nguồn bức xạ có độ rộng phổ nhỏ Loại FP_LD có vạch phổ rộng làm giảm L do tán xạ tăng, gây ra tạp

âm phân bố mốt Thế hệ này được sử dụng rộng rãi trên thế giới

4 Thế hệ thứ tư

Tăng tốc độ truyền dẫn, cự li khỏang lặp lớn thì phải:

Giảm tổn hao sợi quang đồng thời có tán xạ nhỏ Sợi quang đơn mốt có tán

5 Xu thế phát triển của hệ thống truyền dẫn quang tương lai

- Sử dụng kĩ thuật phân kênh theo bứoc sóng WDM sử dụng khi nhu cầu truyền dẫn tăng vượt quá số lượng đường thông tin hiện có Mỗi kênh quang cần có bộ lặp trung gian riêng Ghép nhiều kênh quang với tốc độ bít của mỗi kênh rất lớn

- Sử dụng kĩ thuật ghép kênh tần số quang FDM kết hợp thu Coherent, nhờ đạt mật độ kênh rất cao Trong tương lai phương pháp Coherent đóng vai trò chủ yếu vì tăng độ nhạyh máy thu quang lên 17dB Cù li khỏang lặp kéo dài đáng kể

Truyền dẫn 46bit qua khỏang lặp 155km

Truyền dẫn 36bit/s và 400Mbit/s vượt khỏang lặp 300km Khó khăn là chế tạo diot leser bức xạ ánh sáng kết hợp chất lương cao

- Phát triển các loại sợi quang trên vật liệu mới Flor(F) thay SiO2, đạt giá trị tiêu hao bé, cự li khỏang lặp hàng ngàn km

- Phát triển vi mạch quang Tích hợp và quang điện tử tích hợp DEIC Sử dụng cách thức mới sử dụng tín hiệu điện, quang để xử lí ánh sáng

VII Ưu điểm của kĩ thuật truyền dẫn quang

Sợi quang nhỏ và nhẹ hơn cáp kim loại Đường kính mẫu của sợi quang

là 0,1mm nhỏ hơn nhiều cáp đồng trục có đường kính là 10mm

Do nhỏ và nhẹ hơn, dễ uốn cong, chi phí chế tạo Ýt, lại được lắp đặt dễ dàng ngay cả bằng tay Các cáp quang hiện nay cho phép tăng cường được nhiều kênh truyền mà tăng đường kính Ýt

Sợi quang chế tạo từ thuỷ tinh thạch anh là môi trường trung tính với ảnh hưởng của nước, axit, kiềm v.v nên không sợ bị ăn mòn nếu lớp ngoài bảo vệ

có hư hỏng thì bên trong sợi thuỷ tinh còn tốt thì vẫn hoạt động được

Sợi thuỷ tinh là sợi điện môi nên hoàn toàn cách điện không sợ bị chập mạch.

Tín hiệu truyền trong sợi quang không sợ bị ảnh hưởng của điện từ bên ngoài Nên có thể sử dụng ở những nơi có nhiễu điện từ trường mạnh nh là trong nhà máy, nhà máy điện …

Vì nhẹ và không ảnh hưởng của điện từ nên được dùng trong máy bay, tàu thuỷ, trong công nghiệp truyền số liệu

Vì không gây nhiễu ra bên ngoài và không gây xuyên âm giữa các sợi quang nên bảo đảm không bị nghe trém

Vì là sợi điện môi nên đầu vào và ra cách điện nhau không có mạch vòng chạy qua đất

Tiêu hao nhỏ và không phụ thuộc vào tần số tín hiệu Tiêu hao nhá trong dải tần rộng nên cho phép truyền dẫn băng rộng truy nhập tốc độ lớn hơn cáp kim loại khi có cùng chi phí xây dựng

Vì tiêu hao nhỏ nên cho phép khoảng lặp lớn

VIII Nhược điểm

Truyền dẫn quang đòi hỏi đầu tư ban đầu rất lớn và tốn kém Nước ta là nước đang pháp triển nên vấn đề này gặp nhiều khó khăn

Lắp đặt giữa các sợi quang đòi hỏi độ chính xác cao, thiết bị thì đắt tiền

Chương 2: Sợi quang

I Nguyên lí truyền dẫn ánh sáng, cấu tạo và phân loại

1 Nguyên lí

Dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần của tia sáng tại mặt phân cách giữa hai môi trừơng Khi nó đi từ môi trường chiết suất cao hơn sang môi trường chiết suất thấp hơn để truyền ánh sáng trong sợi quang

2.Cấu tạo

Error: Reference source not found

Sợi gồm một lõi dẫn quang đặc có chiết suất n, bán kính là a, đương kính

là dk Lớp vỏ cũng là vật liệu dẫn quang bao quanh ruột có chiết suất n2 < n1

có đường kính là dm

Độ lệch chiết suất tuyệt đối n = n1 – n2

Độ lệch chiết suất tương đối n/n1

Hai tham số này đặc trưng cho khả năng truyền dẫn của sợi quang

Những đường kính thông dụng của sợi quang

Lõi từ 8 – 10 / 125 m: là sợi đơn mốt nó truyền thông tin với tốc độ cao

dm

trong truyền số liệu tốc độ cao Do lõi nhỏ nên đòi hỏi độ chính xác mối hàn cao.

Lõi 50/125 m: loại này sử dụng rộng rãi Do góc mở ( nA) thấp và kích thước lõi nhỏ nên chỉ cần lượng ánh sáng tối thiểu cho một sợi đa mốt Trong tất cả các loại sợi đa mốt thì loại này có băng thông rộng nhất

Lõi 62,5/125 m: Loại này băng thông Ýt hơn loại 50/125 m nhưng lại Ýt nhạy cảm với uốn cong Góc mở (nA) cao hơn đường kính lõi nên làm cho loại này có công suất ghép nối ánh sáng tốt hơn một Ýt loại 50/125 m Loại 80/125 m có khả năng kết nối ánh sáng tốt

Lõi 100/140 m : đường kính lõi lớn làm cho loại này rễ kết nối nhất nhưng lại Ýt nhậy cảm với độ chính xác Nó tập trung được hầu hết ánh sáng

từ nguồn nhưng lại có băng thông hẹp so với các loại trên Nó được sử dụng ở những khoảng cách độ dài trung bình tốc độ thấp Loại này Ýt thông dụng

Bảng phân loại các loại sợi

3 Phân loại sợi quang

Theo cấu tạo : theo kích thước ruột và vỏ, theo vật liệu sử dụng và theo

sự biến thiên của chiết suất trong ruột sợi

Theo đặc tính truyền dẫn: theo sợi đơn mốt, đa mốt

Phân loại theo đa mốt, đơn mốt

Đặc điểm của sợi đa mốt là truyền dẫn đồng thời nhiều mốt, còn sợi đơn mốt thì truyền duy nhất một mốt Sợi đa mốt có đường kính ruột dk khá lớn, còn sợi đơn mốt thì nhỏ hơn Trong sợi đa mốt có nhiều tia sáng được truyền dẫn theo các đường khác nhau Còn sợi đơn mốt thì chạy song song với trục của sợi

Theo sự biên thiên của chiết suất trong ruột sợi Người ta chia ra chiết suất bậc SI (Step Index) và chiết suất biến thiên đều GI ( Graded Index)

Trong sợi SI chiết suất ruột n1 không thay đổi và vì n1 > n2 nên tại mặt phân cách vỏ ruột chiết suất có bước nhảy Trong sợi GI có chiết suất n1 của ruột đạt giá trị lớn nhất tại tâm ruột và giảm dần đến mặt phân cách vỏ ruột thì bằng giá giá trị n2 của vỏ, sợi đơn mốt đực chế tạo từ sợi GI Ta tạm chia làm

3 loại

Sợi đa mốt chiết suất SI – MM ( Multi Modes)

Sợi đa mốt chiết suất biến đổi GI – MM

Sợi đơn mốt SI – SM (Single mode)

Error: Reference source not found

Error: Reference source not found

Sự biến thiên chiết suất của sợi biểu thị qua công thức:

Các sợi quang sử dụng trong viễn thông đều chế tạo từ thuỷ tinh thạch anh có chiết suất n= = 1,5.

Với r là hằng só điện môi tương đối của vật liệu Thực tế chiét suất còn thay đổi theo bước sóng công tác

Error: Reference source not found

Muốn thay đổi chiết suất để chế tạo ruột vỏ từ cùng thuỷ tinh thạch anh ,

ta cho thêm hoạt chất vào

Cho GeO2 làm tăng chiết suất

Cho Flurit(F) làm giảm chiết suất

II Các đặc tính và tham số của sợi quang

1 Sù lan truyền ánh sáng trong sợi quang

Trong sợi đa mốt :

Trong sợi SI_MM

Xét hình bỏ dọc trục sợi

Error: Reference source not found

Các tia sáng từ nguồn bức xạ đưa vào sợi quang, phải di qua môi trương không khí , có chiết suất nk=1 rồi đi vào môi trường sợi có n1>nk Khi vào các tia bị khúc xạ ,chùm ánh sáng vào là chùm các vô số các góc tới khác nhau

Để các tai này lan truyền được thì mặt phân cách thoả mãn diều kiện phản xạ toàn phần góc tới hạn sinT=n2/n1 Các tia muốn lan truyền được thì góc tới

Kết quả tính toán cho giá trị max=arcsinn1.=arcsin

với =(n12-n22 )/2n12

Muốn các tia được truyền dẫn còn phản xạ trên mặt phân cách vỏ ruột thì các tia đưa vào sợi phải nằm trên hình nón với các tia nửa góc mở là

max ở đầu cuối dây

Để đặc trưng cho khả năng cho khả năng ghép nguồn bức xạ quang vào sợi Đại lượng đặc trưng cho sợi là độ mở ( hay khẩu độ số ): N =sinmax Khi N tăng thì max tăng

Các tia khi phản xạ đều đi qua trục sợi là tia kinh tuyến, còn các tia mà phản xạ mà không đi qua trục sợi , khi phản xạ nhiều lần có xu hướng đến gần một hình tròn tới hạn mà nằm trên một mặt phẳng như tia kinh tuyến gọi là tia nghiêng

Các tia chạy với đường dích dắc khác nhau Đến cuối sợi với quãng đường khác nhau nhưng vận tốc là không đổi v=c/n1=const Khi chiết suất ruột biến thiên, nên vận tốc trong ruột cũng biến thiên theo bán kính r : v=c/n1(r)=v(r)

ở sợi GI tia chạy theo dạng hình sóng, với chu kì vài khoảng vài milimet

Error: Reference source not found

Tia 1: là tia dọc trục

Tia 2: là tia không đến mặt giới hạn vỏ ruột

Tia 3: là tia vừa đạt đến mặt giới hạn vỏ ruột

Muốn tia sáng không tiếp xúc với mặt phân cách vỏ ruột thì phụ thuộc vào tia sáng đưa vào sợi và độ mở sợi()

1

32

r

n

Các tia dọc trục có đường đi ngắn nhất nhưng vận tốc là nhỏ nhất, vì n(r)=no=max Các tia khác có đường đi dài hơn nhưng tốc độ lớn hơn Nên trong sợi SI có sự bù trừ cho nhau về thời gian, và sự trênh lệch thời gian trong sợi GI < trong sợi SI Chiết suất biến thiên theo hàm gần parabol

Sợi SI có nhược điểm là ánh sáng đưa vào mặt cách của sợi trên mộ mặt cách nhỏ hơn, hay chùm ánh sáng sẽ nhọn hơn

Trong sợi đơn mốt

các tia không thể lan truyền dưới các góc bất kì mà chỉ lan truyền theo các hướng nào đó để các tia thành phần không triệt tiêu nhau

Số mốt được lan truyền phụ thuộc vào tỉ số của đường kính sợi và bước sóng công tác Tham số công tác dkn1//

Để đạt được chế độ đơn mốt thì  phải nhỏ hơn giá trị tới hạn  G

(chiết suất bậc thông dụng) G=2,405

Với sợi SI : M=2/4

Với sợi GI :M=v2.g/2(g+2)

2.Sù lan truyền các mốt trong sợi quang

Mốt là trạng thái dao động điện từ ứng với nghiệm của phương trình sóng của Măcwel và điều kiện bờ là từ sợi quang

Khi lan truyền thì năng lượng tập trung trong ruột sợi , còn phần năng lượng rò ra vỏ tạo ra các mốt rò và mốt vỏ thì bị dập tắt ngay Ta chỉ chú đến mốt lan truyền trong ruột sợi

Các mốt lan truyền có đặc tính sau:

Mỗi mốt có sự phân bố năng lượng điện trường riêng trên mặt của sợi

và không dổi dọc theo trục của sợi trong khi lan truyền

Các mốt hoàn toàn độc lập nhau

Mỗi mốt có tốc độ lan truyên riêng.

Mỗi mốt chỉ tồn tại cho một bước sóng xác định của nguồn sáng thoả mãn điều kiện G Trong chế tạo , có những chỗ không đồng nhất gây

ra sù thay đổi chiết suất n1 của ruột sợi ảnh hưởng đến điều kiện lan truyền của các sóng ánh sáng Khi lan truyền thì các mốt không còn độc lập với nhau nữa mà giữa chúng có sự trao đổi năng lượng qua lại, gọi là trộn mốt Hiện tượng này có lợi khi lan truyền các sợi đa mốt ở cự li dài, một số mốt mất đi Giảm ảnh hưởng tán xạ của đa mốt

Nh vậy với mỗi sợi quang chỉ xác định được một ngưỡng G2 để bên trên nó chỉ tồn tại mọt mốt lan truyên

III Suy hao

Suy hao trên sợi dẫn quang có vai trò quan trọng trong việc thiết kế hệ thống là tham số xác định khoảng casxh giữa phía thu và bên phát

Suy hao sợi hay suy hao tín hiệu bằng công suất đầu ra, vào và chiều dài L là

=10.log(Pvào/Pra)/L

1 Hấp thụ tín hiệu trong sợi dẫn quang

a Do tạp chất : trong thuỷ tinh có tạp chất làm tăng đặc tính suy hao: nước, coban, ion sắt,…Để giảm suy hao xuống thấp hơn 20dB/km thì sự có mặt của nước Ýt hơn nài phần tỉ Có thể đạt được nhờ chế tạo từ phương pháp MCVD Vời mức tạp chất này làm cho đường cing suy hao sẽ trơn hơn tại các đỉnh và khe suy hao

Error: Reference source not found

b Hấp thụ vật liệu: ở bước sóng dài sẽ cho suy hao nhỏ hơn Nhưng các liên kết nguyên tử lại kiên quan đến vật liệu sẽ hấp thụ ánh sáng có bước sóng dài, gọi là hấp thụ vật liệu Mặc dù các bước sóng cơ bản của liên kết hấp thụ nằm

Suy hao Uèn cong do t¹p chÊt

HÊp thô vËt liÖu

ngoài vùng bước sóng sử dụng, nhưng đuôi hấp thụ vẫn ảnh hưởng và kéo dài đến bước sóng1550nm ở vùng này không giảm suy hao một cách đáng kể

c Hấp thụ điện tử : Trong vùng cực tím, ánh sáng bị hấp thụ là do các photon kích thích các diện tử trong nguyên tử lên một trạng thái năng lượng cao hơn Lúc này bờ cực tím của dải hấp thụ điện tử của hai vật liệu không kết tinh và kết tinh có quan hệ =c.eE/Eo

Với C,Eo là hằng số rót ra từ kinh nghiệm, E là năng lượng photon

Dặc tuyến đi xuống theo hàm mũ so với chiều tăng của bước sóng

3 Suy hao do uốn cong sợi

Là suy hao ngoài bản chất của sợi , khi bất kì sợi dẫn quang nào cũng bị uốn cong theo một đường cong có bán kính xác định Thì sẽ bị phát xạ tín hiệu ra bên ngoài vỏ của sợi, nên ánh sáng lantruyền sẽ bị suy hao Có hai loại uốn cong

Uốn cong vĩ mô: là uốn cong có bán kính uốn cong tương đối lớn hoặc lớn hơn đường kính sợi

Vi uốn cong: là sợi uốn cong nhỏ một cách ngẫu nhiên, nó hay xảy ra trong lúc bọc thành cáp

Hiện tượng suy hao do uốn cong có thể xảy ra khi góc tới lớn hơn góc tới hạn ở các vị trí bị uốn cong

Error: Reference source not found

Nếu sợi bị uốn cong Ýt, giá trị suy hao xảy ra là Ýt và khó có thể thấy được

Một dạng khác của suy hao do tán xạ trong sợi dẫn quang là suy hao do uốn cong ngẫu nhiên gây ra Vi uốn cong là sự dao động trong phạm vi nhỏ của trục sợi, chúng nẩy sinh khi không đồng đều trong chế tạo sợi cũng nh khi

có áp lực bên trong đều trong lúc bọc cáp

Để giảm vi uốn cong là bọc một lớp vỏ có khả năng chịu nén cho sợi, khi có lực bên ngoài tác động vào Với sợi đa mốt có bán kính lõi a, vỏ là b, chênh lệch chiết suất là  thì suy hao do uốn cong m=[1+2.(b/a)4.Ef/Ej]-2 Với Ef, Ej là các modul Young của vỏ bảo vệ và sợi

Error: Reference source not found

Uốn cong và vi uốn cong đều có thể gây suy hao Giá trị suy hao tuỳ thuộc vào bán kính uốn cong của sợi, bán kính càng nhỏ thì suy hao càng lớn

IV Tán xạ trong sợi quang

1 hiện tượng và nguyên nhân ảnh hưởng

Khi truyền dẫn các tín hiệu số qua sợi quang, xuất hiện hiện tượng dãn rộng xung ánh sáng ở đầu thu và các xung lân cận có thể đè lên nhau Khi đó không phân biệt dduwowcjcasc xung với nhau, gây méo tín hiệu khi tái sinh Hiện tượng dãn xung gọi là tán xạ

Nguyên nhân là do ảnh hưởng của sợi quang mà tồn tại các thời gian chạy khác nhau do các thành phần ánh sánh phát đi đồng thời

Tán xạ ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn

Vá ph¶n x¹

Vi uèn cong

Vá ph¶n x¹

lâi

khi truyền dẫn tín hiệu số miền thời gian nó gây ra có sự dãn rộng các xung ánh sáng.

khi truyền tín hiệu tương tự ở đầu thu biên độ tín hiệu giảm nhỏ và có hiện tượng dịch pha Độ rộng băng truyền dẫn bị giới hạn

Trường hợp xung phát hẹp S<<E Coi gần đúng = E

Độ dãn xung thể hiện mức độ tán xạ tín hiệu do sợi gây ra vì nó ảnh hưởng đến độ rộnh băng truyền dẫn và tốc độ truyền bit

Hàm truyền đạt biên độ là H(f)=Pn(f)/Pn(f=o)=e3,5ff

.

Pn(f): là công suất xoay chiều ở tần số f

Thực tế có nhiều loại tán xạ cùng tác động, cũng gây méo qua các xung thành phần 1,thì tán xạ tổng cộng là 2=12+22+32+…

Và độ rộng băng truyền là B1, B2,…thì 1/B2= 1/B12+ 1/B22+…

Error: Reference source not found

B fB

fH(f)

22

Do ảnh hưởng của tán xạ, các xung ở đầu váo của máy thu bị dãn rộng, nhưng hai xung kề nhau thì phân biệt được Khi dó tốc độ bit là c=1/(s)=2,26B.

Nh vậy độ rộng xung , độ rộng băng truyền dẫn B và tốc độ C có quan

hệ với nhau Thực tế tốc độ truyền bit lớn nhất của sợi quang bằng độ rộng băng tần truyền dẫn Muốn sợi có độ rộng băng truyền dẫn và tốc độ bit lới thì phải giảm nhỏ ảnh hưởng của tán xạ đến mức thấp nhất để có độ dãn xung bé nhất

4 Hiện tượng tán xạ vật liệu

Nguồn bức xạ quang phát ra sóng ánh sáng duy nhất một bước sóng o

thì không có hiện tượng lệch thời gian truyền dẫn giữa các xung thành phần của xung ánh sáng Thế nhưng các nguồn phát quang : LED, diot Laser không phải chỉ bức xạ một vạch phổ ứng với bước sóng o mà bước sóng một dải  giảm quanh bước sóng o ở mức 0,5 nh hình vẽ

Error: Reference source not found

Giá trị độ rộng phổ tương đối 0, của diot phát là :

Hệ số tán xạ vật liệu là M= M() cho biết dộ lệch thời gian khi lan truyền xung ánh sáng trên độ dài 1km sợi quang với phổ bức xạ của nguồn phát quang rông 1nm.

Độ dãn xung ánh sáng ở đầu vào của máy thu chính là độ lệch thời gian truyền nhóm và có: M(L=’.L (’: độ dãn xung khi lan truyền qua 1nm)

Độ dãn xung (tán xạ ) gây méo xung truyền dẫn, nó vừa hạn chế cự li truyền vừa hạn chế độ rộng băng truyền dẫn Ta đưa ra khái niệm tích số đọ rộng băng với chiều dài truyền dẫn B’= B.L= L/2,26

Hệ số tán xạ M phụ thuộc vào vật liệu chế tạo sợi

Error: Reference source not found

Với bước sóng 1,3m thì thuỷ tinh thạch anh có M=0, hay ở bước sóng 1,3m không có tán xạ vật liệu Do đó mà cửa sổ truyền dẫn quanh bước sóng 1,3 m thường dược chọn cho các hệ số truyền dẫn đường dài với dung lượng lớn Không có tán xạ vật liệu, không sợ ảnh hưởng đến độ rộng băng truyền dẫn, chỉ chú Ý đến tiêu hao tín hiệu

5 Hiện tượng tán xạ mốt

Chỉ xuất hiện ở sợi đa mốt Các thành phần ánh sáng truyền là nhờ các mốt riêng rẻ với thời gian khác nhau Có sự trênh lệch thời gian sinh re méo xung Dạng xung đầu vào phụ thuộc vào 2 yếu tố :

Thành phần công suất từ nguồn phát quang ghép vào sợi

Sự phân bố các mốt truyền dẫn trên sợi quang

Coi sợi quang là lí tưởng, không gây ra trộn mốt với nhau, coi chiết suất phụ thuộc vào bước sóng, thì sự trênh lệch thời gian giữa tia nhanh nhất và tia chậm nhất là t=L.(n1-n2)/c.

Với sợi SI có n1-n2=0,012 thì xung ánh sáng tới đầu vào bị dãn rộng là

t/L=40ns/km Nh vậy tán xạ mốt của sợi chiết suất bậc là lớn nhất

ánh sáng trong sợi GI lan truyền treo các đường cong dạng sin Thời gian lan truyền các tia tương đối đều nhau hơn Nếu g=2 thì thời gian lệch giữa tai nhanh nhất và chậm nhất là t=L.(n1-n2)2/2c

Nếu n1-n2 =0,012 thì xung ánh sáng tới đầu thu bị tán xạ là t= 0,24ns/km<< so với đa mốt chiết suất bậc

6 Hiện tượng tán xạ mặt cắt

Chiết xuất n1, n2 của ruột và vỏ biến thiên bước sóng không cùng một mức nh nhau, nên giá trị cũng thay đổi theo bước sóng, gây ra hiện tượng tán

xạ phụ gọi là tán xạ mặt cắt, Đặc trưng cho tham số tán xạ P=

Từ ảnh hưởng phụ của tán xạ mặt cắt, ta thaasy rằng mỗi sợi quang có độ rộng băng truyền dẫn lớn nhất tại một bước sóng cụ thể Vậy mỗi loại sợi quang đa mốt được chế tạo sẽ được tối ưu cho một vùng bước sóng công tác

7 Hiện tượng tỏn xạ sợi dẫn quang

Sự phõn bố của trường và hằng số truyền lan của cỏc mốt phụ thuộc vào đường kớnh ruột dK của một loại sợi khụng đổi , cỏc mốt lan truyền với bước súng  lệch nhau một chỳt Vận tốc pha vỏ vận tốc nhúm phụ thuộc vào bước súng Nh thế xung bị dón rộng (tỏn xạ) do vận tốc Thời gian truyền nhúm biến đổi phụ thuộc vào bước súng

Với sợi đa mốt cú đường kớnh ruột lớn thỡ ảnh hưởng của tỏn xạ này rất nhỏ Trong sợi đa mốt cú đường kớnh ruột nhỏ thỡ tỏn xạ cú ảnh hưởng đỏng

kể Điều chỳ í ở đõy là do ruột cú sợi quỏ nhỏ, khi truyền dẫn thỡ cú một phần ỏnh sỏng lọt ra vỏ , vẫn lan truyền trong lớp tiếp giỏp vỏ ruột, cú chiết suất thay đổi Với sợi đơn mốt cú chiết suất bậc thỡ trị số tỏn xạ cú sẵn và khụng dổi nữa Trong một số loại sợi đơn mốt người ta sẽ thiết kế chế tạo để tỏn xạ sợi dẫn bự trừ tỏn xạ vật liệu, để giảm tỏn xạ tổng cộng ở một số bước súng cần thiết nào đú

λ/àm1,6

0,10

-0,1

1,41,2

1P

Sự phụ thuộc của tham số tán xạmặt cắt vào bước sóng

8 ảnh hưởng của sự trộn mốt vào tán xạ mốt trong sợi đa mốt

Khi không có hiện tượng trộn mốt thì giá trị tán xạ tăng tuyến tính với chiều dài của sợi, nên vừa hạn chế băng tần truyền dẫn vừa hạn chế cự li truyền dẫn

Thực tế sợi không phải thẳng một cánh lí tưởng, cũng nh không phải lúc nào cũng là dạng hình trụ, mà thường có chỗ uốn cong nhỏ hoặc thiết diện có dạng elip,… Sẽ làm thay đổi một phần tia sáng đi qua đoạn sợi Nên gây ra sự trộn mốt, nó vừa có tác dụng vừa có hại: Các mốt bậc cao sẽ bị ảnh hưởng nhiễu, rất dễ vượt qua ruột sợi nên các mốt bậc cao còn lại năng lượng rất nhỏ

9 kết luận

Tán xạ mốt chỉ xuất hiện ở sợi đa mốt , nguyên nhân là do thời gian chạy của các thành phần sóng phụ thuộc vào các mốt Nó phụ thuộc vào cấu trúc sợi quang, phụ thuộc vào sự biến thiên của hàm số chiết suất trong sợi SI thì tán xạ trên 1km sợi dài gần như không đổi Sợi GI thì cho tán xạ cực tiểu tại tham số mặt cắt tói ưu Tấn xạ có tác động hạn chế độ rộng băng truyền dẫn lớn nhất tại một bước sóng nhất định Không có sợi GI nào có độ rộng băng truyền dẫn lớn nhất tại hai vùng bước sóng công tác khác nhau

Tán xạ xuất hiện ở cả sợi đa mốt và đơn mốt, bên cạnh là tán xạ sợi dẫn quang, là do chiết suất phụ thuộc vào bước sóng công tasc Tán xạ sợi dẫn quang là do hằng số truyền dẫn của mốt phụ thuộc vào bước sóng Nh vậy tán

xạ vật liệu và sợi dẫn quang phụ thuộc vào độ rộng phổ bức xạ của nguồn bức

xạ quang(LED, LD) Tán xạ sợi dẫn quang là không đáng kể với sợi đa mốt Sợi SI tán xạ mốt lớn hơn nhiều tán xạ vật liệu Sợi GI tán xạ vật liệu ảnh hưởng lớn còn phụ thuộc vào vật liệu Sợi có độ rộnh băng truyền dẫn lớn tại các bước sóng có tiêu hao truyền dẫn nhỏ,nâng cao năng lực truyền dẫn cho

sợi Để đạt điều này, người ta chế tạo sợi có cấu tạo đặc biệt và chiết suất biến đổi phức tạp.

V So sánh các loại sợi dẫn quang

Sợi đơn mốt SI truyền dẫn rát nhiều mốt, tán xạ và tiêu hao vật liều lớn Giá trị tích số B.L khỏang 10 >20 MHz Chỉ được sử dụng cho các hệ thống truỳen dẫn tốc độ bé và cự li ngắn

Sợi đơn mốt GI, tán xạ mốt nhỏ Tán xạ vật liệu bằng không ở

=1,304m Do vậy tích số B.L là lớn nhất tới 2000MHz ở vùng =1,3m Khi sử dụng diot laser có độ rộng phổ bức xạ hẹp vài nm thì tán xạ vật liệu rất nhỏ Sợi có thể sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn đường dài dung lượng lớn ở cả 0,85m và 1,3m

Sợi đơn mốt không có tán xạ mốt Tán xạ chủ yếu là tán xạ vật liệuvà tán

xạ sợi dẫn sóng ở bước sóng trên 1m sợi công tác ở chế độ đơn mốt , vói tán xạ này tiêu hao đều rất bé Tích số B.L tói hàng trăm GHz ở

=1,055m thì tiêu hao nhỏ nhất Nên có xu hướng chế tạo sợi tán xạ dịch chuyển có tán xạ bằng không ở 1,5m và được chú ý cho các hệ thống hiện đại

Trong các hệ thóng truyền dẫn cự li lớn trên khỏang cách xa thì xu hướng hiện nay sử dụng đơn mốt ở =1,3m hoặc sợi có tán xạ dịch chuyển

ở 1,55m Khi sử dụng laser phát đơn mốt thì ảnh hưởng của tán xạ là rất bé,

sẽ phát huy ưu điểm tối đa của sợi đơn mốt

Chương 3: CáP QUANG

I Đặc điểm, yêu cầu của cáp quang

Cáp quang cần có yêu cầu, đặc điểm riêng cần đáp ứng Lớp vỏ bao bên ngoài để bảo vệ sợi quang khỏi ánh hưởng của môi trường Cần đáp ứng các yêu cầu sau :

Không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ

Không thấm nước , lọt nước

Chống được các tác động cơ học: va trạm, lực kéo, lực nén, lực uốn cong…

ổn định khi nhiệt độ thay đổi

Ýt bị lão hoá, có thời gian làm việc lâu

Trọng lượng nhỏ và kích thước bé

Sợi quang được thiết kế ngặt nghèo đảm bảo về cơ học và truyền dẫn:Sợi quang là vật liệu cách điện nên Ýt nhạy với nhiễu điện từ Nên trong cáp không cần có lớp bao tre nh với cáp kim loại

Sợi quang nhá, Ýt tốn nguyên liệu Xét về cùng khả năng truyền dẫn thì 1gam thủy tinh làm sợi dẫn thay thế được vài kg đồng kim loại Nên sợiquang sẽ nhẹ và gọn hơn nhiều cáp kim loại Về kinh tế thì nó rất ưu việt.Sợi quang rất ròn, bị tác động của hơi nước, bị tác động của nước Lớp

vỏ được làm để tránh tác động của độ Èm,t¨ng độ bền cơ học lại dễ uốn cong sợi.Nên lớp bảo vệ tránh được tác động của độ Èm, tăng độ bền cơ học, lại dễ uốn cong được

Xét về phương diện truyền sóng , nếu sợi bị uốn cong nhỏ , thì năng lượng truyền lọy từ ruột ra vỏ ggây ra tiêu hao phụ Nếu bán kính uốn cong 60mm thì tiêu hao phụ có thể bỏ qua Nếu bán kính uốn cong là 30mm thì đặc tuyến truyền đạt bị ảnh hưởng đáng kể Nếu sợi quang trong cáp không được bảo vệ cẩn thấnẽ chịu tác động ở bên ngoài: lực tác động ngang, sợi uốn cong tại một chỗ nào đó, hoặc khi sợi cáp uốn cong với bán kính nhỏ, sợi cũng bị uốn theo sinh tiêu hao phô.

II Phân loại cáp quang

2 Phân loại theo mục đích sử dụng

Cáp dùng trong mạng thuê bao nội hạt nông thôn

Cáp trung kế giữa các tổng đài

Cáp đường dài

3 Theo điều kiện lắp đặt

Cáp trôn trực tiếp

Cáp thả dưới nước.

Cáp treo ngoài trời

Cáp dùng trong nhà

III.Cấu tạo cáp quang

1 Bảo vệ sợi trước khi bện cáp

Sợi quang được boa bọc xung quanh bằng nhựa cứng có đương kính 1,5mm Có hai loại là ống chặt và ống lỏng

ống chặt thì người ta phun nhựa bao bọc trực tiếp quanh sợi

ống lỏng thì sợi đặt trong lòng một ống rỗng có đổ chất độn mềm nh dạng

mỡ Nếu trong ống có một sợi thì đường kính trong là 0,9mm và đường kính ngoài là 1,4mm Trường hợp ống có bốn dây thì đường kính ống là 1,7/2,8mm ống bọc nhựa để tăng sức bền cô học cho sợi quang

Dùng ống chặt thì tác dụng chống nước lâu dài cho sợi, và cho phép sợi cáp

có kích thước nhỏ Còn ống lỏng thì cho ống nằm ở vị trí tự do thuận tiện

2.Bện lõi cáp

Sợi quang được bện xung quanh một lớp phần tử gia cường đặc biệt thép hoặc nhựa tổng hợp Các sợi quang có thể bên theo lớp hoặc đơn vị Chọn lựa tham số xoắn sao cho bán kính uốn cong của đường kính xoắn ốc phải lớn hơn 60mm để không sinh tiêu hao phô

Error: Reference source not found

3 Bảo vệ ruột cáp

Phần tử gia cường ở trong ruột cáp tăng khả năng chịu lực cho cáp Bên ngoài lõi cáp được quấn chặt bằng sợi thuỷ tinh với sợi tơ aramit cùng hồ dính Để tăng khả năng chịu lực tác động ngang cáp Lớp này dính chặt với

ruột cáp không sợ ruột cáp dồn trong lòng cáp Bên ngoài lớp này có lớp nhôm chống Èm hoặc sợi tơ chịu lực.

4.Vỏ cáp

Bảo vệ ruột cáp khỏi tác động bên ngoài, hiện nay dùng nhựa PE Cáp trong nhà có thể dùng PVC mềm Trong các trường hợp đặc biệt dùng thêm các chất khác

5.Chất làm đầy

Để ngăn nước vào ruột, dùng chất nhờn đổ vào khe hở trong ruột cáp dưới áp suất lớn Chất này phải không gây tác hại phụ lên các chất khác, có hệ

số nở nhiệt bé không đông cứng không làm cáp bị dãn nở hay bị cứng quá

6 Các lớp gia cường đặc biệt

Để bổ xung cho khả năng chịu lực của các phần tử gia cường khác trong ruột cáp Vật liệu gia cường thường là sợi tơ Aramit Băng thép hoặc các phần

tử thép tròn

Để thả dưới nước,tránh đứt quãng do ảnh hưởng của dòng chảy, dòng xóay thì tăng thêm hai lớp mạ tròn bên ngoài lớp vỏ PE của cáp

IV Một số loại cáp quang theo mục đích sử dụng

1 Cáp sử dụng trên mạng nội hạt và nông thôn

Đặc điểm là cần số lượng mạng cáp rất lớn Đáp ứng được các yêu cầu riêng cho điều kiện cụ thể Mạng cáp thuê bao càn rẽ nhiều nhánh, nên cần loại cáp nhỏ Ýt sợi để phân phối cho các cáp rất lớn Phải xây dựng theo các mẫu thống nhất để dễ nối rẽ nhánh dễ dàng

Đơn vị chuẩn là con, nỗi đơn vị có 10 sợi quang 10 sợi này đặt trong ống đệm lỏng Chất nhờn độn làm đày để chống nước lọt vào cvà tăng cường đặc tính cơ học cho cáp.

Người ta chế tạo cáp có số lượng lớn bằng cách xoắn các đơn vị con với nhau Hoặc trước tiên tạo ra các đơn vị chủ gồm 5 đơin vị con với đủ các thành phần là cáp 50 sợi Rồi tạo cáp lớn hơn bằng cách xoắn các đơn vị chủ thành ruột cáp Chất nhờn làm đầy chống lọt nước vào và tăng đặc tính cơ học cho sợi

Nếu trên mạng có thiết bị lặp, thiết bị ghép kênh, thì đung cáp đồng cấp nguồn riêng chứ không đưa dây đồng vào cáp quang, nhờ đó giảm được số lượng chủng loại cáp

2.Cáp trên mạng trung kế

Xu thế của mạng trung kế giữa các tổng đài diện thoại là tạo ra các đường truyền digital, có tiêu hao nhá, dung lượng truyền dẫn lớn Thực tế cũng là mạng cáp dùng cho mạng đường dài Sử dụng cáp đa mốt GI hơn cáp đơn mốt SM vì giá thành thấp và cự li truyền dẫn không quấ dài nên tiêu hao

và tán xạ truyền dẫn không quá ngặt nghèo

Cáp quang sử dụng ở mạng trung kế cũng là cáp quang sử dụng opử mạng đường dài Người ta sử dụng cáp đa mốt GI hơn là cáp đơn mốt SM vì giá thành sản xuất và cự li truyền dẫn không quá dài nên tiêu hao về tán xạ truyền dẫn khong quá ngặt ngèo

Mạng digital nở các thành phố lớn liên quan đến nhiều yếu tố khác nhau:

Số mạng trung kế, diều kiện lắp đặt, khỏang cách giữa các tổng đài, diều kiện bảo dưỡng Đặt dây kim loại vào để cấp nguồn là không nên, vì trạm lặp cấp nguồn tại chỗ, còn cáp đi qua được các nguồn sét đánh, điện lực dễ bị hư hại.Cáp của hãng NTT của Nhật Cáp gồm 24 sợi đặt trong 4 nhóm 6 sợi và được quấn xen trong các nhóm gia cường rỗng quanh lõi thép gia cường thành

ruột cáp Từ hai sợi cáp với 24 sợi dây quang ghép quấn thành 1 cáp với 48 sợi quang.

Hãng ASS&SIP của Italia tên là cos3/foster Trong thành phần ruột cáp, ngoài sợi quang, phần tử gia cường, chất làm đầy, bao bọc còn có các dây làm chức năng phụ

4 dây cấp nguồn

2 đôi dây liên lạc nghiệp vụ

2 sợi dây cảnh báo cho nước rò vào

Ngoài ra cáp cấu thành từ các băng dẹp, mỗi cáp dẹp có 12 sợi quang(của Mỹ) và cáp có 7 đơn vị con tạo thành sợi cáp với 70 sợi quang( của Pháp)

3 Cáp trên mạng truyền dẫn đường dài

Là kết nối cho các vùng xa nhau tới hàng trăm km Cáp trên mạng trung

kế đáp ứng các yêu cầu sau:

Có khoảng cách trạm lặp lớn để giảm thiết bị trung gian

Có độ rộng băng thông rất lớn, để có dung lượng truyền dẫn lớn

Giá thành chế tạo thành cáp thấp

Kích thước cáp nhỏ để giảm nhỏ cống cáp

Xuyên âm rất Ýt

Chống can nhiễu Ýt

Hoàn toàn cách điện

Chính vì vậy mà không cần tăng nhiều sợi, do đó dường kính nhỏ Cáp quang hiện nay phổ biến từ 612 sợi đường kính khoảng 20mm ở việt nam hiện nay sử dụng cáp của hãng pirreli(Italia) có 8 sợi quang đa mốt sử dụng

4 Cáp treo

Sử dung ở nhiều nơi, ở mạng thuê bao nông thôn hoặc ở vùng đầm lầy

ao hồ Cáp phải chịu tác động cơ học lớn Với cáp trọng lượng lớn thì quang sợi cáp

Người ta bó bằng các sợi cáp mạch xoắn và phải có hệ thống treo vững trắc

Cáp có 4 sợi, được nhần biết bằng màu: sợi 1là xanh da trời, sợi 2 là vàng, sợi 3 là xanh lá cây,sợi 4 là đỏ Dây treo chế tạo từ sợi thủy tinh tổng hợp phải có cường độ chịu lực lớn để thỏa mãn các yêu cầu trên

Đường kính cáp: 1,5mm, lực căng cho phép0,3kN

Đường kính dây treo:8, 9 và 10mm với cường độ căng tương ứng là 17,

Cáp phải chịu tác đông cơ học lớn và trong ruột nó phải luôn khô Khi thiết kế cần có các yêu cầu sau:

Các sợi quang phải dược bọc trong một ống nhôm hoặc đồng và được bao bọc bằng các sợi thép quấn xung quanh, để tăng khả năng chịu lực cho cáp

Bên ngoài các dây thép xoắn được bao bọc băng ống nhôm hoặc đồng và ngăn không cho hơi nước xâm nhập vào qua chất cách điện bảo vệ bên ngoài

Có đặt dây dẫn để cấp nguồn cho các trạm lặp

Căn cứ vào điện áp cung cấp lớn nhất đẻ tính toán chế tạo lớp Poli len đầy để ngăn cách các dây dẫn điện với nước biển.

Bên ngoài lớp bọc ngăn cách còn có lớp vỏ dày làm bằng nhựa để bảo vệ

Nếu cáp thả ở vùng nước nông thì ben ngoài còn được bọc một hoặc nhiều lớp thép mạ

V Các thông số kĩ thuật của cáp quang

Gới thiệu cấu trúc phần ruọt cáp, số lượng sợi quang, cách bện cáp, bảo

vệ ruột cáp,cấu trúc phần vỏ bảo vệ Các hãng còn giới thiệu chi tiết chất độn, loại sợi tơ, quy cách các vỏ bảo vệ, các lớp vỏ bảo vệ đặc biệt

Kích thước và trọng lượng cáp bao gồm các thông số:

Đường kính bên ngoài cáp (mm)

Trọng lượng mỗi km cáp (Kg)

Độ dài cung cấp của cuộn cáp (m)

Các đặc tính cơ học, bao gồm các thông số:

Lực kéo lớn nhất không làm dãn cáp (kg)

Bán kính úon cong nhỏ nhất (cm)

Lực va trạm cho phép, không làm đứt sợi hoặc không làm tăng tiêu hao sợi quang

Lực nén cáp (trên đoạn 100m) cho phép (kg)

Dải nhiệt dộ công tác ( độ c)

Cường độ cách điẹn trên 1 chiều dài vỏ thép quấn và lõi chịu lực bằng thép nếu có (kV)

Tiêu hao ở bước sóng công tác ( (dB/km).

Tiêu hao truyền dẫn trung bình ởbước sóng , được đo trên một đoạn lặp

Bước sóng giới hạn của cáp thực tế gg(nm)

Tiêu hao trong dải bước sóng quanh bước sóng công tác



 Đặc tính cơ học của sợi quang có lớp phủ bao gồm:

Lực căng cho phẻptong 1 giây (g)

Bán kính uốn cong nhỏ nhất

Độ mở N

Biến thiên của đường bao chiết suất

Kích thước của sợi bao gồm:

Đường kính trường mốt (m)

Đường kính vỏ sợi (m)

Độ lệch của vỏ sợi (%)

Độ tập trung của trường mốt(m)

Lớp vỏ bảo vệ: vật liệu và đường kính (mm)

Chương 4: Bộ BIếN ĐổI QUANG ĐIệN

I Sự bức xạ ánh áng kết hợp và nguyên lí laser

Mạch dao động là gồm một bộ khuếch dại cộng và một mạch hồi tiếp đồng pha Một quá trình dao đông nhẫu nhiên của một tần số dao động mong muốn nào đó xuất hiện trong mạch dao động được sử dụng tạo ra chuỗi tác động dây chuyền Một phần năng lượng dao động đồng pha trở về mặch dao động Vậy trong mạch dao đông có tự khuếch đại, nhờ dó dao động tự khuếch đại Nhờ đó nhận được dao động liên tục, ổn đinh và hoàn toàn kết hợp Nhờ thế đạt được các dao động ngẫu nhiên và kết hợp Dựa vào nguyên lí này tạo

ra nguồn bức xạ ánh sáng kết hợp

Laser thể rắn có ưu điểm là tạo ra ánh sáng có độ kết hợp cao, nhưng có nhược điểm: Khả năng điều biến khó ,kồng kềnh, tuổi thọ thấp Hiện nay người ta chế tạo ra laser bán dẫn rất tốt

II Nguyên lí bức xạ ánh sáng do tái hợp trong bán dẫn

1.Nguyên lí

Laser bán dẫn có cùng nguyên lí với laser rắn và khí, đó là khi điện tử chuyển từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp sẽ giải pháng phần năng lượng ra dưới dạng bức xạ photon Quá trình laser, quá trình bức

xạ kích thích sẽ xuất hiện khi hệ số khuếch đại trong bộ cộng hưởng quang lớn hơn tổn hao bức xạ

Trước khi có bức xạ ánh sáng, bán dẫn cần phải được kích thích,tức là phá vỡ sự cân bằng nhiệt, có thể thực hiện được nhờ chiếu ánh sáng ngoài hoặc khuếch tán các phần tử mang điện tích qua một vùng không gian đồng nhất chẳng hạn lớp tiếp giáp p-n