Bài giảng Kỹ thuật thông tin quang Chương 3

SUY HAO ATTENUATION+ Hấp thụ tử ngoại và hồng ngoại: o Suy hao do bản chất của vật liệu chế tạïo thủy tinh o Phụ thuộc bước sóng ánh sáng: suy hao thấp nhất tại bước sóng 1550nm đối với

Trang 1

KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG

Bài 3:

CÁC THÔNG SỐ CỦA SỢI QUANG

Trang 2

NỘI DUNG

Suy hao (Attenuation)

Tán sắc (Dispersion)

Thiết kế tuyến truyền dẫn quang

Bài tập

Trang 3

SUY HAO (ATTENUATION)

Ñònh nghóa:

0 ( )

(

L

P L

Trang 4

- Độ suy hao của sợi quang:

Trang 5

Trang 6

Các nguyên nhân gây ra suy hao:

+ Hấp thụ tạp chất kim loại: độ suy hao phụ thuộc vào

o Loại tạp chất: Cu, Fe, Mn, …

o Nồng độ tạp chất Ỉ giá trị cho phép <10 -9

o Bước sóng ánh sáng

0 100 200 300 400 500 600

Cu

Fe Mn

500 600 800 1000 1200 1400 1600 λ(nm)

α (dB/Km)

nồng độ độ tạp chất 10 -6

Trang 7

+ Hấp thụ ion OH - : độ suy hao phụ thuộc vào

o Nồng độ ion OH - Ỉ giá trị cho phép <10 -9

o Bước sóng ánh sáng: đỉnh suy hao tại bước sóng gần 950nm, 1240nm và 1400nm

Ỉ Độ ẩm là một nguyên nhân gây ra suy hao trong sợi quang

Trang 8

+ Hấp thụ tử ngoại và hồng ngoại:

o Suy hao do bản chất của vật liệu chế tạïo (thủy tinh)

o Phụ thuộc bước sóng ánh sáng: suy hao thấp nhất tại bước

sóng 1550nm đối với sợi quang bằng thủy tinh (khoảng 0.2 dB/km)

Ỉ Giới hạn hệ số suy hao tối thiểu của sợi quang

Ỉ Làm cách nào để có thể chế tạo sợi quang có suy hao nhỏ hơn 0,2dB/km (ví dụ 0,01dB/km)?

Trang 9

− Suy hao do uoán cong

Trang 10

− Suy hao do tán xạ Rayleigh (Rayleigh Scattering)

những chỗ không đồng nhất (có kích thước của khoảng 1/10 bước sóng) sẽ xảy ra hiện tượng tán xạ

o Do cách sắp xếp không đồng nhất của nguyên tử thủy tinh

o Botï không khí

o Vết nứt

…

Trang 11

Ỉ Một phần năng lượng ánh sáng bị phân tán ra nhiều hướng khác nhau không truyền đi xa được (khúc xạ ra ngòai lớp bọc, truyền ngược về đầu sợi quang…)

+ Ứng dụng trong máy đo quang dội OTDR

(Optical Time Domain Reflectometer)

Ỉ Gây ra suy hao cho sợi quang

Trang 12

Đặc tuyến suy hao:

nhân gây ra suy hao khác nhau

sổ bước sóng) sử dụng được xác định

+ 850nm + 1300nm + 1550nm

Trang 13

1978

Trang 14

TÁN SẮC (DISPERSION)

Định nghĩa:

sợi quang lại nhận được một xung ánh sáng rộng hơn ởcuối sợi

Trang 15

Nguyên nhân gây ra tán sắc:

sắc mode (modal dispersion)

bước sóng + vận tốc truyền pha của mỗi bước sóng lại khác nhau Ỉ thời gian truyền của các bước sóng

dispersion)

Trang 16

Sợi quang đơn mode :dmode = 0Sợi quang đa mode : dSI = (n1/c) ∆

dGI = (n1/c) (∆2/8)

Với: Dchr = Dmat + Dwg dchr = dmat + dwg

Trong đó:

Trang 17

Aûnh hưởng của tán sắc đến tốc độ bit truyền tối

đa của sợi quang:

Trong đó:

Dt: tán sắc tổng cộng của sợi quang có chiều dài L (ns)

Dtmax: tán sắc tổng cộng tối đa cho phép của sợi quang dài L (ns)

Brmax : tốc độ bit tối đa có thể truyền qua sợi quang dài L ( Gb/s )

Br : tốc độ bit truyền thực tế qua sợi quang dài L ( Gb/s )

Br = R × (hệ số mã hoá) R: tốc độ bit danh định (tín hiệu chưa qua mã hoá)

Hệ số mã hoá: phụ thuộc vào loại mã đường truyền

Trang 18

THIẾT KẾ TUYẾN TRUYỀN DẪN QUANG

Tính toán một tuyến truyền dẫn quang có thể

được tiến hành theo hai hướng sau:

biết tốc độ bit cần truyền dẫn và đặc tính của các

phần tử trong tuyến

và cự ly cần truyền

Trang 19

Khoảng cách có thể lắp đặt giữa hai trạm phụ thuộc vào:

+ Bước sóng ánh sáng

+ Công suất phát

+ Độ nhạy, dải động thu quang

+ Độ rộng phổ nguồn quang

Trang 20

Mô hình một tuyến truyền dẫn quang:

APD LD

Cắm Cắm Mối hàn Mối hàn Cắm Cắm

Connector Máy phát Connector

Adaptor

Connector Adaptor

Điểm tham chiếu S Điểm tham chiếu R

Dây nhảy quang FC/FC

Dây nhảy quang FC/FC Dây nối

quang Cáp đường trục Dây nốiquang

Trang 21

Công suất nguồn quang phóng vào sợi

Suy hao của connector

Suy hao của mối hàn

Suy hao của sợi

Suy hao của connector

Công suất thu

Trang 22

Điều kiện để có thể lắp đặt hai trạm được mà không cần trạm lặp:

Với tốc độ bit cho trước, tính khoảng cách tối đa có thể lắp đặt hai thiết bị được mà không cần trạm lặp

Tùy theo địa hình, quy hoạch, khả năng quản lý, vận hành thiết bị, khoảng cách lắp đặt cho phép Ỉ số lượng và vị trí lắp đặt trạm

Trang 23

BÀI TẬP 1

Một tuyến quang dài L=15km, dùng sợi quang SI (50/125µm) có độ chênh lệch chiết suất tương đối ∆=1%, chiết suất lõi n1=1.48 Sợi quang có suy hao trung bình α=4dB/km (tại λ=850nm) hoặc α=2,4dB/km (tại λ=1300nm), hệ số tán sắc chất liệu M=130ps/nm.km (tại λ=850nm) hoặc M=10ps/nm.km (tại λ=1300nm).

Nguồn quang được sử dụng LED phát ra ánh sáng có bước sóng 850nm có công suất phát quang 4mW, độ rộng phổ ∆λ=35nm.

Bộ thu quang sử dụng PIN có độ nhạy -45dBm

Biết rằng cứ 2km có một mối hàn có suy hao 0,1dB/mối hàn

Suy hao ghép quang ở đầu phát là 13dB, đầu thu là 10dB.

Trang 24

BÀI TẬP 1

a Tính công suất quang tại điểm 1km, 7km và 12km kể từ đầu

phát

b Tuyến quang trên có cần trạm lặp hay không? Nếu có hãy tính

số trạm lặp cần sử dụng, khoảng cách giữa các trạm lặp Vẽ hình minh hoạ và chú thích.

c Với chiều dài trên, tốc đô bit cực đại có thể truyền được của

tuyến quang là bao nhiêu? Bỏ qua ảnh hưởng của tán sắc ống dẫn sóng Mã đường truyền là NRZ.

d Thay nguồn quang LED phát ra ánh sáng có bước sóng 1300nm,

công suất phát quang 1mW, ∆λ=35nm Hỏi tuyến quang trên có thể hoạt động được không? Tại sao?

e Nhận xét kết quả ở hai câu b và d.

Trang 25

Bài tập 2

Một tuyến quang được lắp đặt sử dụng sợi quang SMF (9/125µm) có n1=1,46, ∆=0,25%, suy hao trung bình 0,2 dB/km, hệ số tán sắc chất liệu

M=20 ps/nm.km tại λ=1550nm Máy phát có

công suất phát 1mW, độ rộng phổ ∆λ=1nm Máy thu có độ nhạy – 30 dBm và dải động 28 dB

Biết tại mỗi trạm sử dụng 1 connector có suy

hao 0.5 dB/connector để kết nối sợi quang và

thiết bị; chiều dài một đoạn cáp 2km/đoạn, suy hao mối hàn 0,1 dB/mối hàn.

Trang 26

d Tính khoảng cách lắp đặt tối đa của tuyến quang này

nếu không sử dụng trạm lặp?

Trang 27

Bài tập 3

Một tuyến quang được lắp đặt sử dụng sợi quang

GI (62.5/125µm) có NA=0,275, suy hao trung

bình α=0,9dB/km, băng thông BxL=800MHz.km tại λ=1300nm Máy phát có công suất phát PT Máy thu có độ nhạy -30dBm, dải động 20dB

Biết tại mỗi thiết bị thu phát quang sử dụng 1

connector có suy hao 0,7dB/connector để kết nối sợi quang và thiết bị; chiều dài một đoạn cáp

1km/đoạn, suy hao mối hàn 0,2 dB/mối hàn

Hỏi:

Trang 28

Bài tập 3

Hỏi:

a Sợi quang có thể truyền đơn mode tại bước sóng 1300

nm không?

điểm cách đầu sợi quang 5km?

hai thiết bị thu phát cách nhau 200m?

d Tính khoảng cách lắp đặt tối đa của tuyến quang này

hiệu truyền có băng thông 50MHz

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	251,25 KB