MÔN VẬT LÝ LASER - Phần Sợi Quang

Cấu tạo sợi quangLõi: để truyền dữ liệu, có chiết suất cao hơn lớp sơn phủ Lớp sơn phủ: tăng độ phản chiếu, ngăn chặn sự thất thoát và suy giảm thông tin Hình ảnh cáp quang... TÍNH CHẤ

MÔN: VẬT LÝ LASER

GVHD: TS Lâm Quang Vinh

HV: Nguyễn Thị Hoài Phương

Lớp Cao học Quang học K21

Cấu tạo sợi quang

Lõi: để truyền dữ liệu, có chiết suất cao hơn lớp sơn phủ

Lớp sơn phủ: tăng độ phản chiếu, ngăn chặn sự thất thoát

và suy giảm thông tin

Hình ảnh cáp quang

2 TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TÍNH CHẤT:

Sợi quang phải có độ tổn hao (do hấp thụ bức xạ và tán xạ bức xạ) thấp 

Lựa chọn vật liệu và bước sóng tia laser sao cho hệ số hấp thụ thấp nhất Nâng cao chất lượng vật liệu

Giải pháp giảm tán xạ của bức xạ

Sợi quang phải có tính cơ học thích hợp, độ bền và chịu rung động cao

Cáp quang trong lòng biển có san hô và tảo biển đeo bám

PHÂN LOẠI:

Theo đặc tính truyền dẫn

(theo số mode có thể truyền

dẫn trong sợi quang):

Sợi quang dạng bậc đơn

mode SI- SM (Step Index

Single Mode)

Sợi quang liên tục đa

mode GI- MM (Grated Index

Sợi có chiết suất biến

thiên liên tục GI (Grated

Index)

Một mode sóng là một trạng thái truyền ổn định của ánh sáng trong sợi quang

Các loại sợi quang:

a) Sợi quang dạng bậc đơn mode (SI- SM) b) Sợi quang dạng bậc đa mode (SI- MM) c) Sợi quang liên tục đa mode (GI-MM)

2 TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÂN LOẠI:

Độ biến thiên chiết suất:

Đối với sợi quang đa mode: ∆≈ 0,02

Đối với sợi quang đơn mode: ∆≈ 0,005

1

2 1

Khẩu độ số NA (Numerical Apeture):

Khi độ chênh chiết suất không quá lớn: NA ≈

NA đặc trưng cho sự ghép nối hiệu quả giữa nguồn laser với sợi quang Nhưng nếu NA quá lớn làm tăng sự tán sắc dẫn đến tín hiệu thiếu trung thực

2

1 2 2

2 1

Gọi là sợi đa mode 50/125m

Chiết suất lõi: n1 = 1,47 ( = 1300nm) Khẩu độ số: NA = 0,2 – 0,29

Giá trị điển hình của sợi đơn mode: Đường kính lõi: d = 9-10m

Đường kinh lớp bọc: D= 125m

Chiết suất lõi: n1 = 1,465 ( = 1300nm) Khẩu độ số: NA = 0,13 – 0,18

2 TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO: lõi và vỏ được chế tạo đồng thời và liên tục Sự khác nhau về chiết suất được thực hiện bằng cách thay đổi nồng độ tạp chất trong vật liệu

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO: lõi và vỏ được chế tạo đồng thời và liên tục Sự khác nhau về chiết suất được thực hiện bằng cách thay đổi nồng độ tạp chất trong vật liệu

Cáp quang gồm từ vài sợi đến vài chục sợi quang có lõi thép để hạn chế độ cong xoắn và có thể có một số dây dẫn điện để tải dòng điện cung cấp cho bộ nguồn của các bộ hồi phục trên đường dây.

m

2

2 cos

2

Các mode sóng gián đoạn được phép dẫn truyền:

: góc dịch pha khi phản xạ toàn phần tại mặt giới hạn giữa lõi và vỏ

: bước sóng ánh sáng trong không khí.

Mỗi giá trị m ứng với một mode được phép thứ m Vì << 2, ta có công thức gần đúng cos

Với d= 50m, 0=1m, n= 1,5 thì m có giá trị khá lớn, nghĩa là có nhiều mode được truyền dẫn trong sợi quang → thời gian mỗi mode truyền qua sợi quang khác nhau

m 2. 1

DẠNG BẬC:

Độ giãn tín hiệu xung:

Xung sáng bị giãn ra, gọi là hiện tượng tán sắc giữa các mode Sự giãn các xung sáng dẫn đến sự giới hạn độ rộng giải thông của sợi quang

c

n

AB v

AB t

m m

1

sin

1 sin   



c

n

AB v

max

n

n t

t t

t

Tán sắc là hiện tượng các thành phần khác nhau của tín hiệu di chuyển với vận tốc khác nhau trong sợi quang.

3 CÁC MODE TRUYỀN DẪN TRONG SỢI QUANG

ĐA MODE:

Độ giãn tín hiệu xung có thể biểu diễn dưới dạng

L: chiều dài sợi quang

tmin= : thời gian dẫn truyền

Độ rộng dải thông cực đại:

Với L = 1km, ∆n = 0,01; n1 = 1,5 thì B = 5 M bit/s << độ rộng dải thông có thể 20.000 GHz.Hiện tượng tán sắc giữa các mode trong sợi quang đa mode làm độ rộng dải thông thu hẹp lại

2 1 1

4

4

1

n n n L

n

c t

2

cn

Ln n

n n

2 1

2

n n

2 1

405 ,

2

2

n n

Sợi quang đơn mode không gặp hiện tượng tán sắc giữa các mode.

BẬC ĐƠN MODE:

3 CÁC MODE TRUYỀN DẪN TRONG SỢI QUANG

Hai loại tán sắc:

Tán sắc do vật liệu:

Tán sắc do linh kiện dẫn sóng: có bao nhiêu bước sóng trong xung sáng phát ra

từ nguồn sẽ có bấy nhiêu hướng lan truyền liên quan đến mode m → sự tán sắc do mode giống như trong sợi quang đa mode

Tổn hao do cơ cấu

4 TỔN HAO TRONG SỢI QUANG

- Tán xạ tuyến tính: do các bất hoàn hảo của sợi quang, do thăng giáng chiết suất (gọi là tán xạ Rayliegh)

- Tán xạ phi tuyến: các quá trình thay đổi tần số của photon

5 TRUYỀN THÔNG TIN BẰNG SỢI QUANG

NHƯỢC ĐIỂM

Multimode: sử dụng cho truyền tải tín hiệu trong khoảng cách ngắn.

Graded index: thường dùng trong các mạng LAN

Step Index: dùng cho khoảng cách ngắn,

phổ biến trong các đèn soi trong

Single mode : dùng cho khoảng cách xa hàng nghìn km, phổ biến trong các mạng

điện thoại, mạng truyền hình cáp

6 ỨNG DỤNG KHÁC CỦA SỢI QUANG