Đo suy hao trong sợi quang bằng thiết bị OTDR

Khi truyền tới đầu bên kia sợi quang, tín hiệu này được đưa vào O/E để tạo lại tín hiệu điện, khôi phục lại nguyên dạng như ban đầu máy phát điện thoại, số liệu Fax gửi đi.. Như vậy, cấu

ĐO SUY HAO TRONG SỢI QUANG BẰNG THIẾT

BỊ OTDR

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, các hệ thống thông tin được phát triển mạnh mẽ hơn bao giờ hết, đáp ứng được phần nào sự bùng nổ thông tin trên toàn thế giới Các mạng thông tin điện hiện đại có cấu trúc điển hình gồm các nút mạng được tổ chức nhờ các hệ thống truyền dẫn khác nhau như cáp đối xứng, cáp đồng trục, sóng vi ba, vệ tinh… Nhu cầu thông tin ngày càng tăng, đòi hỏi số lượng kênh truyền dẫn rất lớn, song các hệ thống truyền dẫn kể trên không tổ chức được các luồng kênh cực lớ n

Đối với kỹ thuật thông tin quang, người ta đã có thể tạo ra được các

hệ thống truyền dẫn tới vài chục Gb/s Một số nước trên thế giới ngày nay,

hệ thống truyền dẫn quang đã chiếm trên 50% toàn bộ hệ thống truyền dẫn Xu hướng mới hiện nay của ngành Viễn thông thế giới là cáp quang hoá hệ thống truyền dẫn nội hạt, quốc gia, và đường truyền dẫn quốc tế

Đối với Việt Nam chúng ta, với chính sách đi thẳng vào công nghệ hiện đại, trong những năm qua, ngành Bưu điện Việt Nam đã hoàn thành

vô hoá mạng lưới truyền dẫn liên tỉnh, xây dựng và đưa vào sử dụng hệ thống truyền dẫn quang quốc gia 2,5 Gb/s với cấu hình Ring Và trong giai đoạn hiện nay ngành đang chủ trương cáp quang hoá mạng thông tin nội hạt, mạng trung kế liên đài… do những ưu điểm siêu việt của cáp sợi quang

Thành phần chính của hệ thống truyền dẫn quang là các sợi dẫn quang được chế tạo thành cáp sợi quang Sợi quang với các thông số của

nó quyết định các đặc tính truyền dẫn trên tuyến Do đó, đòi hỏi phải xác định chính xác các thông số của nó

Thông thường, thông số của sợi quang đã được xác định do nhà sản xuất Tuy nhiên, khi sử dụng nó trong thi công, lắp đặt, sử dụng… ta cũng

cần đo đạc lại vài thông số cần thiết cho một tuyến cáp sợi quang như: suy hao toàn tuyến, suy hao trung bình, suy hao hàn nối, suy hao ghép, khoảng cách của cuộn cáp sử dụng, khoảng cách của toàn tuyến… Trong

đó, quan trọng nhất là phải xác định một cách tương đối chính xác của sự

cố xảy ra trên tuyến

Một trong các phương pháp để xác định của thông số trên đang được

sử dụng rộng rãi là sử dụng thiết bị OTDR để đo Vì vậy trong bản đồ tốt nghiệp em đã chọn đề tài: ĐO SUY HAO TRONG SỢI QUANG BẰNG THIẾT BỊ OTDR, để nêu ra các phương pháp đo, trong đó giới thiệu các phương thức đo bằng OTDR, đồng thời cũng chỉ ra những yếu tố ảnh hưởng đến sai số của phép đo

Những nội dung và kiến thức trong tài liệu này là sự tổng hợp những nghiên cứu mà em đã tìm hiểu và đúc rút được trong thời gian học tập và

và quá trình thực tế tại đơn vị thực tập Với thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế, bản đồ án này sẽ không tránh khỏi nhiều thiếu sót, rất mong

có sự đóng góp của các thầy cô giáo và bạn bè Em xin chân thành cảm ơn thầy cô trong khoa, đặc biệt là ThS Nguyễn Thị Minh, đã hướng dẫn tận tình cho em trong thời gian làm đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên Nguyễn Văn Đức

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Mục đích của đồ án này là tìm hiểu về đo suy hao trong sợi quang bằng thiết bị OTDR Với việc xác định các thông số cần thiết cho một tuyến cáp sợi quang như: suy hao toàn tuyến, suy hao trung bình, suy hao hàn nối, suy hao ghép, khoảng cách của cuộn cáp sử dụng, khoảng cách của toàn tuyến… Trong

đó, quan trọng nhất là phải xác định một cách tương đối chính xác sự cố xảy ra trên tuyến và các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả trong quá trình thực hiện phép đo Ngoài ra trong đồ án này còn trình bày thêm về lý thuyết hệ thống thông tin quang và các phương pháp xác định suy hao sợi quang, để ta có cái nhìn tổng quan về hệ thống và đặc biết là hiểu được ý nghĩa quan trọng của đề tài

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 3

MỤC LỤC 4

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ 8

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 10

CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 12

1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin quang 12

1.2 Giới thiệu hệ thống thông tin quang 13

1.2.1.Sơ đồ khối hệ thống thông tin quang 13

1.2.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống thông tin quang 15

1.3 Sợi quang 16

1.3.1 Đặc tính của ánh sáng 16

1.3.2 Sợi quang 18

1.4 Thiết bị phát quang 23

1.4.1 Cơ chế phát xạ ánh sáng 23

1.4.2 Điode LED 24

1.4.3 Điốt Laser 25

1.4.4 Nhiễu trong nguồn phát Laser 26

1.5 Thiết bị thu quang 26

1.5.1 Cơ chế thu quang 26

1.5.2 Photođiốt PIN 27

1.5.3 Photođiốt thác 28

1.5.4 Tham số cơ bản của thiết bị thu quang 29

1.6 Kết luận chương 31

CHƯƠNG II - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SUY HAO CỦA SỢI QUANG 32 2.1 Suy hao trong sợi quang 32

2.1.3 Đặc tuyến suy hao 40

2.2 Tán xạ trong sợi quang 41

2.2.1 Hiện tượng, nguyên nhân và ảnh hưởng của tán sắc 41

2.2.2 Mối quan hệ giữa tán xạ với độ rộng băng truyền dẫn và tốc độ truyền dẫn bit 42

2.2.3 Các loại tán sắc 44

2.5 Xác định thông số sợi quang 52

2.5.1 Quy trình 53

2.5.2 Đo suy hao trên sợi quang 55

2.5.3 Đo suy hao theo phương pháp hai điểm 56

2.5.6 Đo suy hao theo phương pháp tán xạ ngược 59

2.6 Kết luận chương 62

CHƯƠNG III - THIẾT BỊ ĐO OTDR 63

3.1 Khái niệm 63

3.2 Nguyên lý hoạt động của máy đo OTDR 64

3.3 Sơ đồ tổng quát của máy đo OTDR 65

3.4 Các thông số chính của máy đo OTDR 69

3.4.1 Tần số phát xung 69

3.4.2 Độ phân giải 71

3.4.3 Dải động 72

3.4.4 Vùng chết 73

3.5 Những đặc điểm cơ bản của một vết OTDR 74

3.6 Cách thiết đặt một máy đo OTDR 76

3.7 Thực hiện phép đo bằng máy đo OTDR 78

3.7.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật 78

3.7.2 Sơ đồ mặt máy 79

3.7.3 Đo OTDR 81

3.8 Một số ứng dụng của máy OTDR 82

3.8.1 Do suy hao toàn tuyến 82

3.8.2 Các định chỗ sợi bị đứt: 83

3.8.4 Do suy hao của mối hàn và khớp nối 85

3.9 Kết luận chương 87

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hệ thống thông tin quang 13

Hình 1.2 Hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng 17

Hình 1.3 Hiện tượng phản xạ toàn phần 17

Hình 1.4 Cấu trúc sợi quang 18

Hình 1.5 Sự lan truyền ánh sáng trong sợi quang có chiết suất nhảy bậc 20

Hình1.6 Minh họa tia sáng đi trong sợi GI 20

Hình 1.8: Sơ đồ vùng năng lượng của Photođiốt PIN 28

Hình 1.9: Cấu trúc Photođiốt thác và trường điện trong vùng trôi 29

Hình 2.1 Sự suy giảm công suất của sợi quang 33

Hình 2.2 Sự hấp thụ của các tạp chất kim loại 34

Hình 2.3 Độ hấp thụ ion OH 34

Hình 2.4 Suy hao do hấp thụ vùng cực tím và hồng ngoại 35

Hinh 2.5 Suy hao do tán xạ Raylegh 36

Hình 2.6 Suy hao do uốn cong thay đổi theo bán kính R 38

Hình 2.7 Suy hao mối hàn phụ thuộc góc nghiêng đầu sợi 39

Hình 2.8 Suy hao do vị trí tương dối giữa hai đầu sợi 40

Hình 2.9 Ảnh hưởng của tán xạ lên tín hiệu số và analog 41

Hình 2.10 Hàm truyền đạt biên độ của sợi quang 43

Hình 2.11 Hệ số tán xạ vật liệu của các loại vật liệu 45

Hình 2.12 So sánh tia dài nhất và tia ngắn nhất trong sợi SI 47

Hình 2.13 Các loại tán sắc trong sợi quang 51

Hình 2.15 Đo suy hao theo phương pháp cắt sợi 56

Hình 2.16 Đo suy hao theo phương pháp xen thêm suy hao 58

Hình 2.18 Sự truyền tia tán xạ ngược 60

Hình 2.19 Nguyên lý đo tán xạ ngược 62

Hình 3.2 Kết quả hiện thị trên máy OTDR tương ứng với các vị trí trên dường

truyền cáp quang 66

Hình3.3 Chọn xung hẹp để độ phân giải tốt hơn 70

Hình3.4 Xung rộng cho giải động lớn hơn 71

Hình3.5 Sơ đồ phân bố công suất quang của máy OTDR 73

Hình 3.7 Bốn đặc điểm cơ bản của vết OTDR 75

Hình3.9 Sơ đồ mặt sau thiết bị 79

Hình 3.10 Màn hình hiện thị của một OTDR 82

Hình 3.11 Xác định chỗ đứt bằng cách dùng OTDR đo từ hai phía 84

Hình 3.12 Suy hao của mối hàn và khớp nối 85

Hình 3.13 Suy hao của mối hàn đo theo hai chiều 86

Hình 3.14 Dùng một OTDR để đo suy hao của mối hàn theo hai chiều 87

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

A

A/D Analog/Digital

APD Avalanche photodiote

ADC Analog Digital Converter

A/O Analog / Optical

DSP Digital Signal Processor

DVB Digital Video Broadcasting

F

FDM Frequency Division Multiplexing

FIR Finite Impulse Response (digital filter)

L LED Light emitting diode

G

I

ICI InterChannel Interference

IMD Inter-Modulation Distortion

R

RTM Reeference Test Mcthod

O

P

Q

QAM Quadrature Amplitude Modulation

CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin quang

- Năm 1854: Jonhn Tyndall, nhà vật lý tự nhiên Anh, đã thực hiện thành công một thí nghiệm đáng chú ý nhất là ánh sáng có thể truyền qua môi trường trong suốt

- Năm 1870: Cũng John Tyndall đã chứng minh được ràng ánh sáng có thể dẫn được theo một vòi nước uốn cong dựa vào nguyên lý phản xạ toàn phần

- Năm 1880: Alexander Graham Bell, người Mỹ, đã phát minh ra một hệ thống thông tin ánh sang, đó là hệ thống phontophone Ông đã sử dụng ánh sáng mặt trời từ một gương phẳng mỏng đã điều chiế tiến nói để mang tiếng nói đi ở máy thu, ánh sáng mặt trời đã được điều chế đập vào tế bào quang dẫn senlen,

nó sẽ biến đổi thông điệp thành dòng điện Bộ thu máy điện thoại hoàn tất hệ thống này Hệ thống photophone chưa bao giờ được thành công trên thương mại, mặc dù nó đã làm việc tốt hơn, do nguồn nhiễu quá lớn làm giảm chất lượng đường truyền

- Năm 1934: Norman Rfrench, kỹ sư người Mỹ, nhận được bằng sáng chế về

hệ thống thông tin quang Phương tiện truyền dẫn của ông là thanh thủy tinh

- Vào những năm 1950: Brian O’Brien, Harry Hopkins và Nariorge Kapany

đã phát triển sợi quang có hai lớp, bao gồm lớp lõi (Coer) bên trong (ánh sáng lan truyền trong lớp này) và lớp bọc(Cladding) bao xung quanh bên ngoài lớp lõi, nhàm nhốt ánh sáng ở lõi Sợi này sau đó được các nhà khoa học phát triển thanh Fibrescope uốn cong (một loại kính soi bằng sợi quang), một thiết bị có khả năng truyền một hình ảnh từ đầu tói cuối sợi tính uốn cong của Fiberscoope cho phét

ta quan sát một vùng mà ta không thể xem một cách bình thường được Đến này,

hệ thống fiberscope vẫn còn được sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong ngành y dùng

để soi bên trong cơ thể người

- Vào năm 1958: Charles H Townes đã phát minh ra con Laser cho phép tăng cường và tập trung nguồn sáng để ghép vào sợi

- Năm 1966: Chanrles K.Kao và George Hockham thuộc phòng thí nghiệm Standard telecommunication của Anh thực hiện nhiều thí nghiệm để chứng minh rằng nếu thủy tinh được chế tạo trong suốt hơn bằng cách giảm tạp chất trong thủy tinh thì sự suy hao ánh sáng sẽ được giảm tối thiểu Và họ cho rằng nếu sợi quang được chế tạo đủ tinh khiết thì ánh sáng có thể truyền đi xa nhiều Km

- Năm 1970: Hãng coming Glass Works đã chế tạo thành công sợi SI có suy hao α < 20 dB/Km ở bước sóng λ = 633 nm

- Năm 1988: Công ty NEC thiết lập một mạng lưới đường dài với tốc độ 10 Gbis/s trên chiều dài 80,1 Km dùng sợi dịch tán sắc và Laser hồi tiếp phân bố

- Hiện nay, sợi quang có suy hao α ≤ 0,2 dB/Km ở bước sóng 1550 nm, và có những loại sợi đặc biệt có suy hao thấp hơn giá trị này rất nhiều

1.2 Giới thiệu hệ thống thông tin quang

1.2.1 Sơ đồ khối hệ thống thông tin quang

Hình 1.1 biểu thị cấu hình cơ bản của một hệ thống thông tin quang Nói chung tín hiệu từ máy điện thoại, từ các thiết bị đầu cuối, số liệu Fax được đưa đến bộ E/O để chuyển thành tín hiệu quang, sau đó gửi vào cáp quang Khi truyền qua sợi quang, công suất tín hiệu (ánh sáng) bị suy yếu và dạng sóng bị rộng ra Khi truyền tới đầu bên kia sợi quang, tín hiệu này được đưa vào O/E để tạo lại tín hiệu điện, khôi phục lại nguyên dạng như ban đầu máy phát điện thoại,

số liệu Fax gửi đi Như vậy, cấu trúc cơ bản của một hệ thống thông tin quang có thể được mô tả đơn giản như hình 1.2 gồm:

- Bộ phát quang

- Bộ thu quang

- Môi trường truyền dẫn là cáp sợi quang

Khối E/O: Bộ phát quang có nhiệm vụ nhận tín hiệu điện đưa đến, biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang, và đưa tín hiệu này lên đường truyền (sợi quang) Đó là chức năng chính của khối E/O ở bộ phát quang Thường người ta gọi khối E/O là nguồn quang Hiện nay linh kiện được sử dụng làm nguồn quang

là LED và LASER

Khối O/E: Khi tín hiệu quang truyền đến đầu thu, tín hiệu quang này sẽ được thu nhận và biến đổi thành tín hiệu điện như ở đầu phát Đó là chức năng chính của khối O/E ở bộ thu quang Các linh liện được sử dụng để làm chức năng này là PIN và APD, và chúng thường được gọi là linh kiện tách sóng quang

Trạm lặp: Khi truyền trên sợi quang, công suất tín hiệu quang bị suy yếu dần Nếu cự ly thông tin quá dài thì tín hiệu quang này có thể không đến được đầu thu hoặc đến đầu thu với công suất thấp đầu thu không nhận biết được, lúc này ta phải sử dụng trạm lặp Chức năng chính của trạm lặp là thu nhận tín hiệu quang đã suy yếu, tái tạo chúng trở thành tín hiệu điện Sau đó sửa dạng tín hiệu điện này, khuếch đại tín hiệu đã sửa dạng, chuyển đổi tín hiệu đã khuếch đại

thành tín hiệu điện quang Và cuối cùng đưa tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra của trạm lặp đều ở dạng quang, và trong trạm lặp có các khối E/O và O/E

1.2.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống thông tin quang

a Ưu điểm:

Suy hao thấp: Suy hao thấp cho phép khoảng cách lan truyền dài hơn Nếu

so sánh với cáp đồng trục trong một mạng, khoảng cách lớn nhất đối với cáp đồng trục được khuyến cáo là 100m, thì đối với cáp quang khoảng cách đó là

2000 m Một nhược điểm cơ bản của cáp đồng trục là suy hao tăng theo tần số của tín hiệu Điều này có nghĩa là tốc độ dữ liệu cao dẫn đến tăng suy hao công suất và giảm khoảng cách lan truyền thực tế Đối với cáp quang thì suy hao không thay đổi theo tần số của tín hiệu

Dải thông rộng: Sợi quang có băng thông rộng cho phép thiết lập hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao Hiện nay, băng tần của sợi quang có thể lên tời hàng THz

Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ: Trọng lượng và kích thước nhỏ hơn cáp đồng nên sẽ dễ trong việc lắp đặt và thiết kế Không bị can nhiễu bởi sóng điện

từ và công nghiệp

b Nhược điểm:

Vấn đề về biến đổi điện - quang, trước khi đưa một tín hiệu thông tin điện vào sợi quang tín hiệu điện đó phải được biến đổi thành sóng ánh sáng Sợi quang sử dụng trong viễn thông được chế tạo từ thủy tinh nên dòn và dễ gẫy, hơn nưa kích thước sợi nhỏ nên việc hàn nối gặp nhiều khó khăn phải cần sử dụng đến cái thiết bị chuyên dụng Các quy trình sửa chữa đòi hỏi phải có một nhóm

kỹ thuật viên có kỹ năng, khi hàn nối các sợi quang cần đề phòng các mảnh cắt

n =

v

c

(1.1)

với: n: là chiết suất của môi trường, không có đơn vị

v: vận tốc ánh sáng trong môi trường (m/s) c: vận tốc ánh sáng trong chân không (m/s)

Sự phản xạ, khúc xạ, phản xạ toàn phần và định luật Snell Ánh sáng truyền thẳng trong môi trường đồng nhất, bị phản xạ và khúc xạ tại biên ngăn cách hai môi trường đồng nhất khác nhau Tổng quát, khi một tia sáng tới mặt ngăn cách giữa hai môi trường, tia sáng này bị tách ra làm hai phần, một phần dội lại môi trường đầu ( hiện tượng phản xạ) một phần truyền qua môi trường thứ hai Tia truyền bị lệch hướng truyền so với tia ban đầu ( hiện tượng khúc xạ)

Hình 1.2 Hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng Định luật phản xạ ánh sáng:

- Tia phản xạ năm trong mặt phẳng tới

- Góc phản xạ bằng góc tới

Định luật khúc xạ ánh sáng:

- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tơi

- Góc khúc xạ và góc tới liên hệ với nhau theo công thức Snell:

Khi ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn tia khúc xạ lệch sang phia pháp tuyến hay lệch gần về phía mặt ngăn cách giưa hai môi trường Cho nên khi tăng góc tới θ1 = θc < 90° thì θ2 = 90°, và khi θ1 > θc thì tia phản xạ hoàn toàn về môi trường 1 và được gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần

1.3.2 Sợi quang

1.3.2.1 Cấu tạo sợi quang

Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang được chế tạo cơ bản gồm hai lớp: Lớp trong cùng có dạng hình trụ tròn, có đường kính d = 2a, làm băng thủy tinh có chiết suất n1, được gọi là lõi (core) sợi Lớp thứ hai cũng có dạng hình trụ bao quanh lõi nên được gọi là lớp bọc (cladding), có đường kính D

= 2b, làm bằng thủy tinh hoặc plastic, có chiết suất n2 < n1 Cấu trúc tổng quát được mô tả ở hình 2.4

Hình 1.4 Cấu trúc sợi quang Ánh sáng truyền từ đầu này đến đầu kia sợi dây quang bằng cách phản xạ toàn phần tại mặt ngăn cách giữa lõi – vỏ và được định hướng trong lõi

Lõi sợi

vỏ sợi

1.3.2.2 Khẩu độ NA (Numericall Aperture)

Sự phả xạ toàn phần chỉ xảy ra đối với những tia sáng có góc tới ở đầu sợi nhỏ hơn góc tới hạn th sin của góc tới hạn này được gọi là khẩu độ số, ký

hiệu NA:

Áp dụng công thức Snell tính NA:

Tại điểm A đối với tia 2:

mà n0 = 1 ( chiết suất không khí)

sin (900 - th ) = costh )

1

2 2

1

2 2 2

0

;1

sin190

(

n

n viSin

1

2 2 2 1

n n n

Độ lệch chiết suất tương đối  có giá trị từ 0,002 đến 0,013

1.3.2.3 Phân loại sợi quang

a Phân loại theo chiết suất trong sợi quang

Chiết suất của lớp bọc không đổi và bằng n2, chiết suất của lõi nói chung thay đổi theo bán kính của sợi quang ( tâm nằm trên trục của lõi) Sự biến thiên chiết suất theo bán kính được viết dưới dạng như sau: Sợi quang có chiết suất nhảy bậc SI (Step-Index) Đây là loại sợi quang có cấu tạo đơn giản nhất với

tia từ nguồn quang phóng vào đầu sợi với góc tới khác nhau sẽ truyền theo những đường khác nhau

Hình 1.5 Sự lan truyền ánh sáng trong sợi quang có chiết suất nhảy bậc Các tia sáng truyền trong lõi sợi cùng với vận tốc mà chiều dài đường truyền khác nhau nên thời gian truyền sẽ khác trên cùng một chiều dài sợi điều này dẫn đến một hiện tượng Khi đưa một xung ánh sáng vào một đầu sợi lại nhận được một xung ánh sáng rộng hơn ở đầu cuối sợi, là hiện tượng tán sắc Do

có độ tán sắc lớn nên sợi SI không thể truyề tín hiệu số có tốc đọ cao qua cự ly dài được Nhược điểm này có thể khắc phục được trong loại sợi có chiết suất giảm dân Sợi quang có chiết suất giảm dần GI (Graded – Index) Vì chiết suât thay đổi một cách liên tục nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn cong dần nhưn hình sau

Hình1.6 Minh họa tia sáng đi trong sợi GI

b Phân loại theo mode truyền dẫn

Khái niệm mode: Một mode là một trạng thái truyền ổn định của ánh sáng trong sợi quang Khi truyền trong sợi quang ánh sáng đi theo nhiều đường, trạng thái truyến ổn định của các đường này được gọi là các mode sóng Có thể hình dung gần đúng một mode ứng với một tia sáng Chúng ta dùng từ bậc (order) để chỉ các mode Quy tắc như sau: góc lan truyền của mode càng nhỏ thị bậc của mode càng thấp Rõ ràng mode lan truyền dọc theo trục trung tâm của sợi quang

là mode bậc 0 và mode với góc lan truyền là góc tới hạn là mode bậc cao nhất đối với sợi quang này Mode bậc 0 được gọi là mode cơ bản Các mode được ký hiệu LPV  với v = 0, 1, 2, 3, … Và  = 1, 2, 3, Mode thấp nhất là LP01 Số mode truyền được trong sợi phụ thuộc các thông số của sợi, trong đó thừa số V

NA a k NA a

sau:

2

2

Trong đó: V: là thừ số v

g: là số mũ trong hàm chiết suât

Số mode truyền được trong sợi chiết suất nhảy bậc (SI) với g   là :

Với chiết suất giảm dần (GI) có g = 2 thì số mode

Đường kính lõi: d = 2a = 50m

Đường kính vỏ bọc D = 2b = 125m

Độ lệch chiết suất:  = 0,01 = 1%

Chiết suất lớn nhất của lõi n1 = 1,46

Nếu làm việc ở bước sóng  = 0,85 m thì:

38 2

2

2



V

Sợi đa mode có thể có chiết suất nhảy bậc hoặc chiết suất giảm dần

Sợi quang đơn mode: Sợi đơn mode là sợi quang trong đo chỉ có một mode sóng cơ bản lan truyền Theo lý thuyết điều kiện để sợi làm việc ở chế dố đơn mode là thừa số song V của sợi tại bước sóng làm việc V < Vc1 = 2,405 Sợi đơn mode có đường kính lõi và khẩu độ số nhỏ, giá trị điện hình

Ðường kính lõi: d = 9 ÷10 μm

Ðường kính lớp bọc: D = 125 μm

Chiết suất lõi: n1 = 1,465 (λ = 1300nm)

Khẩu độ số: NA = 0.13 ÷ 0.18

c Phân loại theo vât liệu điện môi

Phân loại theo vật liệu điện môi sợi quang gồm có:

- sợi quang thạch anh

- Sợi quang thủy tinh đa vật liêu

- Sợi quang bằng nhựa liệu

1.4 Thiết bị phát quang

1.4.1 Cơ chế phát xạ ánh sáng

Giả thuyết có một điện tử đang nằm ở mức năng lượng thấp (E1), không

có điện tử nào nằm ở mức năng lượng mức cao hơn (E2), thì ở điều kiện đó nếu

có một năng lượng bằng với mức năng lượng chênh lệch cấp cho điện tử thì điện

tử này sẽ nhảy lên mức năng lượngE2 Việc cung cấp năng lượng từ bên ngoài

để truyền năng lượng cần tới một mức cao hơn được gọi là kích thích sự dịch chuyển của điện tử tới một mức năng lượng khác được gọi là sự chuyển dời Điện tử rời khỏi mức năng lượng caoE2 bị hạt nhân nguyên tử hút và quay về trạng thái ban đầu Khi quay về trạng tháiE1 thì một năng lượng đúng bằng E2-



sóng tỷ lệ nghịch với độ lệch năng lượng của các nguyên tử cấu tạo nên linh kiện phát quang Do đó bước sóng ánh sáng phát xạ phản ánh bản chất của vật liệu

Khi ánh sáng có năng lượng tương bằng E2 E1 đập vào một điện tử ở trạng thái kích thích, điện tử ở trạng thái kích thích E2 theo xu hướng sẽ chuyển dời về trạng thái E1 nay bị kích thích chuyển về trạng thái E2 Sau khi hấp thụ năng lượng ánh sáng đập vào (hình 3.1c) Đó là hiện tượng phát xạ kích thích Năng lượng ánh sáng phát ra tại thời điểm này lớn hơn năng lượng ánh sáng phát ra tự nhiên Còn đối với cơ chế phát xạ của bán dẫn: là nhờ khả năng tái hợp bức xạ phát quang của các hạt dẫn ở trạng thái kích thích Từ điều kiện cân bằng nhiệt, điện tử tập trung hầu hết ở vùng hoá trị có mức năng lượng thấp và một số

ít ở vùng dẫn ó mức năng lượng cao Giả sử rằng trong bán dẫn có N điện tử trong đó có n điện tử ở vùng hoá trị 1 n2 điện tử ở vùng dẫn Khi ánh sáng chiếu

từ bên ngoài vào bán dẫn ở trạng thái này, tỷ lệ giữa bức xạ cưỡng bức và hấp thụ tỷ lệ thuận với tỷ số n2và n1 Việc hấp thụ chiếm đa số và ánh sáng phát ra giảm đi

quang phát xạ theo góc trên một đơn vị diện tích của bề mặt phát và được tính bằng Watt Chính công suất bức xạ cao sẽ tạo điều kiện cho việc ghép giữa các sợi dẫn quang và LED dễ dàng và cho công suất phát ra từ đầu sợi lớn Thời gian đầu, khi công nghệ thông tin quang chưa được phổ biến, điốt phát quang thường dùng cho các sợi quang đa mode Nhưng chỉ sau đó một thời gian ngắn, khi mà các hệ thống thông tin quang phát triển khá rộng rãi, các sợi dẫn quang đơn mode được đưa vào sử dụng trong các hệ thống thông tin quang thì LED cũng đã

có dưới dạng sản phẩm là các modul có sợi dẫn ra là sợi dẫn quang đơn mode Công suất quang đầu ra của nó ít phụ thuộc vào nhiệt độ và thường chúng có mạch điều khiển đơn giản Thực nghiệm đã đạt được độ dài tuyến lên tới 9,6Km với tốc độ 2Gbit/s và 100Km với tốc độ 16Mbit/s LED có ưu điểm là giá thành thấp và độ tin cậy cao, tuy nhiên chúng phù hợp với mạng nội hạt, các tuyến thông tin quang ngắn với tốc độ bit trung bình thấp

1.4.3 Điốt Laser

Nói chung, Laser có rất nhiều dạng và đủ các kích cỡ Chúng tồn tại ở dạng khí, chất lỏng, tinh thể hoặc bán dẫn Đối với các hệ thống thông tin quang, các nguồn phát Laser là các Laser bán dẫn và thường gọi chúng là LD Các loại Laser có thể là khác nhau nhưng nguyên lý hoạt động cơ bản của chúng là như nhau Hoạt động của Laser là kết quả của ba quá trình mấu chốt là: hấp thụ phôton, phát xạ tự phát và phát xạ kích thích Ba quá trình này tương tự cơ chế phát xạ ánh sáng và được trình bày ở mục 3.2.1 Các hệ thống thông tin quang thường là có tốc độ rất cao, hiện nay nhiều hệ thống thông tin quang có tốc độ 2.5Gbit/s đến 5Gbit/s đã được đưa vào khai thác Băng tần của hệ thống thông tin quang đòi hỏi khá lớn, như vậy các LD phun sẽ phù hợp hơn là các điốt phát quang LED Các LD thông thường có thời gian đáp ứng nhỏ hơn 1ns, độ rộng

phổ trung bình từ 1nm đến 2 nm và nhỏ hơn, công suất ghép vào sợi quang đạt vài miliwatt

1.4.4 Nhiễu trong nguồn phát Laser

Khi các LD được sử dụng trong các hệ thống thông tin quang có tốc độ cao, thì một số hoạt động của Laser bắt đầu xuất hiện và tốc độ biến đổi càng cao thì chúng càng thể hiện rõ và có thể gây ra nhiễu ở đầu ra của bộ thu Các hiện tượng này được gọi là nhiễu mode, nhiễu cạnh tranh mode và nhiễu phản xạ Vì ánh sáng lan truyền dọc theo sợi dẫn quang nên sự kết hợp của các suy hao mode phụ thuộc, thay đổi pha giữa các mode và sự bất ổn định về phân bố năng lượng trong các mode khác nhau sẽ làm thay đổi nhiễu mode Nhiễu mode xuất hiện khi có sự suy hao bất kỳ nào đó trong tuyến Các nguồn phát quang băng hẹp có tính kết hợp cao như các Laser đơn mode sẽ gây ra nhiễu mode lớn hơn các nguồn phát băng rộng Ngoài ra, hiện tưởng phản xạ nhỏ trở lại Laser do các mặt phản xạ từ ngoài có thể gây ra sự thay đổi đáng kể nhiễu mode và vì thế cũng làm thay đổi đặc tính của hệ thống Nhiễu phản xạ có liên quan tới méo tuyến tính đầu ra LD gây ra do một lượng ánh sáng phản xạ trở lại và đi vào hốc cộng hưởng Laser từ các điểm nối sợi Có thể giảm được nhiễu phản xạ khi dùng các

bộ cách ly quang giữa LD và sợi dẫn quang Nguồn phát quang đóng một vai trò rất quan trọng đối với hệ thống thông tin quang, ở phần này ta quan tâm chủ yếu đến LD, Laser đơn mode Từ đó, ta có thể lựa chọn nguồn phát sao cho phù hợp với hệ thống

1.5 Thiết bị thu quang

1.5.1 Cơ chế thu quang

Như đã nói ở trên, cơ sở của hiệu ứng quang điện là quá trình hấp thụ ánh sáng trong chất bán dẫn Khi ánh sáng đập vào một vật thể bán dẫn, các điện tử trong vùng hoà trị được chuyển dời tới vùng dẫn nhưng nếu không có một sự tác

động sảy ra thì sẽ không thu được kết quả gì mà chỉ có các điện tử chuyển động

ra xung quanh và tái hợp trở lại với các lỗ trống vùng hoá trị Do đó để biến đổi năng lượng quang thành điện ta phải tận dụng trạng thái khi mà lỗ trống và điện

tử chưa kịp tái hợp Trong linh kiện thu quang, lớp chuyển tiếp p-n được sử dụng

để tách điện tử ra khỏi lỗ trống Khi ánh sáng đập vào vùng p sẽ bị hấp thụ trong quá trình lan truyền đến vùng n Trong quá trình đó, các điện tử và lỗ trống đã được tạo ra và tại vùng nghèo do hấp thụ photon sẽ chuyển động về hai hướng đối ngược nhau dưới tác động của điện trường nên chúng tách rời nhau Vì không có điện trường ở bên ngoài vùng nghèo nên các điện tử và lỗ trống được tạo ra do hiệu ứng quang điện và sẽ tái hợp trong quá trình chuyển động của chúng Tuy nhiên, sẽ có một vài điện tử di chuyển vào điện trường trong quá trình chuyển động và có khả năng thâm nhập vào mỗi vùng Và do đó có một điện thế sẽ được tạo ra giữa các miền p và n Nếu hai đầu của miền đó được nối với mạch điện ngoài thì các điện tử và lỗ trống sẽ được tái hợp ở mạch ngoài và

sẽ có dòng điện chạy qua

1.5.2 Photođiốt PIN

Phôtođiốt PIN là bộ tách sóng dùng để biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện Cấu trúc cơ bản của Photođiốt PIN gồm các vùng p và n đặt cách nhau bằng một lớp tự dẫn i rất mỏng Để thiết bị hoạt động thì cần phải cấp một thiên

áp ngược để vùng bên trong rút hết các loại hạt mang Khi có ánh sáng đi vào Photođiốt PIN thì sẽ xảy ra quá trình như sau Nếu một photon trong chùm ánh sáng tới mang một năng lượng hlớn hơn hoặc ngang bằng với năng lượng dải cấm của lớp vật liệu bán dẫn trong Photođiốt thì photon có thể kích thích điện tử

từ vùng hoá trị sang vùng dẫn.Quá trình này sẽ phát ra các cặp điện tử, lỗ trống Thông thường, bộ tách sóng quang được thiết kế sao cho các hạt mang này chủ

(hình 3.2) Sự có mặt của trường điện cao trong vùng nghèo làm cho các hạt mang tách nhau ra và thu nhận qua tiếp giáp có thiên áp ngược Điều này làm tăng luồng dòng ở mạch ngoài, với một luồng dòng điện sẽ ứng với nhiều cặp mang được phát ra và dòng này gọi là dòng photon

Hình 1.8: Sơ đồ vùng năng lượng của Photođiốt PIN [1]

Trong trường hợp lý tưởng, mỗi photon chiếu vào phái sinh ra một xung điện ở mạch ngoài và giá trị trung bình của dòng điện sinh ra phải tỷ lệ với công suất của ánh sáng chiếu vào nhưng trong thực tế, không đạt được như vậy mà một phần ánh sáng bị tổn hao do phản xạ

1.5.3 Photođiốt thác

Để tăng độ nhạy điốt quang người ta ứng dụng hệ thống giống như hiệu ứng nhân điện tử trong các bộ nhân quang điện Photođiốt thác ký hiệu APD (Avalanche photodiote) có đặc tính tốt hơn đối với tín hiệu nhỏ Sau khi biến đổi

các photon thành các điện tử thì nó khuếch đại ngay dòng photo ở bên trong nó trước khi dòng này đi vào mạch khuếch đại tiếp sau và điều này làm tăng mức tín hiệu dẫn tới độ nhạy máy thu tăng lên đáng kể Để thu được hiệu ứng nhân bên trong thì các hạt mang phải được tăng dần năng lượng tới mức đủ lớn để ion hoá các điện tử xung quanh do va chạm với chúng Các điện tử xung quanh này được đẩy từ vùng hoá trị tới vùng dẫn rồi tạo ra các cặp điện tử- lỗ trống mới sẵn sàng dẫn điện Các hạt mang mới này tạo ra tiếp tục được gia tốc nhờ điện trường cao

và lại có thể phát ra các cặp điện tử- lỗ trống mới khác Hiệu ứng này gọi là hiệu ứng thác

Hình 1.9: Cấu trúc Photođiốt thác và trường điện trong vùng trôi

1.5.4 Tham số cơ bản của thiết bị thu quang

1.5.4.1 Hiệu suất lượng tử

Hiệu suất lượng tử được định nghĩa là tỷ số điện tử được sinh ra trên số photon được hấp thụ Thường các điốt đạt hiệu quả khoảng 60% đến 80%

Vùng nghèo

Trường tối thiểu cần thiết để tác động ion hoá

1.5.4.2 Độ nhạy quang

Độ nhạy quang cho biết khả năng biển đổi công suất quang thành dòng điện Nếu tại một bước sóng có số photon rơi vào là N0 và năng lượng mỗi photon là:m

1.5.4.3 Tạp âm của tách sóng quang

Đối với các bộ tách sóng quang, bộ thu quang cần phải có độ nhạy thu rất cao, điều đó đòi hỏi các photođiôt phải tách được tín hiệu quang rất yếu từ phía đường truyền tới Để thực hiện thu được các tín hiệu rất yếu này, cần phải tối ưu

hoá được bộ tách sóng quang và cả các mạch khuếch đại tín hiệu đi kèm theo đó,

điều này cho phép ta nhận được tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm S/N:

KD TS

p

P P

P N

S



với P p: Công suất tín hiệu do dòng photo tạo ra

P TS: Công suất tạp âm của bộ tách sóng

P KD: Công suất tạp âm của bộ khuếch đại

Để đạt được tỷ lệ S/N cao thì phải hội đủ các điều kiện sau: Sử dụng các

bộ tách sóng quang có hiệu suất lượng tử cao nhằm tạo ra công suất tín hiệu lớn

Phải hạn chế được các tạp âm của bộ tách sóng quang và bộ khuếch đại tín hiệu

trong bộ thu quang càng nhiều càng tốt Tạp âm của các bộ khuếch đại quang là

tạp âm của bộ tiền khuyếch đại và của các bộ khuyếch đại phía sau Nhưng trong

thực tế, phần lớn tạp âm là do các bộ tách sóng và các bộ tiền khuyếch đại quyết

định

1.6 Kết luận chương

Qua chương 1, tổng quan về hệ thống thông tin quang Ta thấy hệ thống

thông tin quang ngày càng được sử dụng rộng rãi với những ưu thế nổi bật mà

các hệ thống khác không có được về đặc tính kỹ thuật và hiệu quả kinh tế Trong

hệ thống thông tin quang việc xét đến yếu tố kỹ thuật của các thiết bị góp một

phần rất quan trọng Ngoài ra, để đảm bảo một hệ thống thông tin chất lượng tốt

thì phụ thuộc rất nhiều vào môi trường truyền dẫn tín hiệu Ở chương tiếp theo

của đồ án này em xin trình bày về các yếu tố gây suy hao và phương pháp xác

định suy hao trên đường truyền cáp quang

CHƯƠNG II - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SUY HAO CỦA SỢI QUANG

2.1 Suy hao trong sợi quang

2.1.1 Đinh 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 trong, nó tác động toàn bộ quá trình thông tin, định

cỡ về khoảng cách và tốc độ của tuyến truyền dẫn cũng như xác định cấu hình

của hệ thống thông tin quang Công suất quang truyền trên sợi sẽ giảm dần theo

cự ly với quy luật hàm số mũ tương tự tín hiệu điện biểu thức tổng quát của

hàm truyền công suất có dạng:

-  l

P ( L ) = P ( O ) * 10 10 ( 2.1 )

Trong đó : P ( O ): Công suất đầu sợi ( L = O )

P ( L ): Công suât cự ly tính theo ( Km ) tính từ đầu

Trong đó: P1 = p ( 0 ): Công suất đưa vào đầu sợi

P2 = P ( L ): công suất ở cuối sợi

 ( dB / Km ) =  

 Km L

dB A

( 2.3 )

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 tri tuyệt đối mà có quan hệ công suất hoặc mức, do đó phép đo đơn giản hơn

P2

P1

L

P

Hình 2.1 Sự suy giảm công suất của sợi quang

2.1.2 Các nguyên nhân gây suy hao trên sợi quang

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

có thể kể thêm suy hao mối hàn, mối nối và 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 thủy tinh là một trong những ngồn hấp thụ năng lượng ánh sáng Các tạp chất thường gặp là sắt (Fe), Đồng ( Cu), Mangan (Mn), Crom (Cr), Coban (Co), Niken (Ni) Mức độ hấp thụ của từng loại tạp chất phụ thuộc vào nồng độ tạp chất và bước sóng ánh sáng truyền qua nó Với nồng độ tạp chất một phần triệu thì độ hấp thụ của vài tạp chất được biểu diễn như dưới đây

Hình 2.2 Sự hấp thụ của các tạp chất kim loại [2]

Như vậy để có được sợi quang có độ suy hao dưới 1 dB/ Km cần phải có thủy tinh thật tinh khiết với nồng độ tạp chất không quá một phần tỷ Sự có mặt ion OH trong sợi quang cũng tạo ra một độ suy hao hấp thụ đáng kể Đặc biệt, độ hấp thụ tăng vọt ở các bước sóng gần 9950 nm, 1240nm và 1400nm Như vậy độ

ẩm cũng là một trong những nguyên nhân gây suy hao ở sợi quang Trong quá trình chế tạo, nồng độ của các ion OH trong lõi được giữ ở mức dưới một phần

Hình 2.3 Độ hấp thụ ion OH

Hấp thụ bằng tia cực tím và hồng ngoại, do có cấu tạo vỏ điện tử bao và

do có mối liên quan giữa năng lượng và tần số bức xạ quang, nên các nguyên tử của vật liệu sợi quang cũng phả ứng với ánh sáng theo đặc tính chọn lọc bước sóng Như thế, vật liệu cơ bản chế tạo sợi quang sẽ cho ánh sáng qua tự do trong một dải bước sóng xác định với suy hao nhỏ, hoặc hầu như không suy hao Còn các bước sóng khác sẽ có hiện tượng cộng hưởng quang, quang năng bị hấp thụ

và chuyện hóa thành nhiệt năng Thủy tinh silaca (SiO2) hiện nay được sử dụng

để chế tạo sị quang có các đỉnh cộng hưởng nằm trong vùng viễn hồng ngoại

10m đến 20m, khá xa vùng bước sóng sử dụng hiện nay cho thông tin quang

là 0,8m đến 1,6m hoặc trong vùng lân cận Tuy vậy, hiện tượng cộng hưởng hấp thụ hồng ngoại cũng còn ảnh hưởng suy hao ở các bước sóng gần phía trên bước sóng 1,6m trở lên thì suy hao tăng rất nhanh theo bước sóng Như vậy, bản thân thủy tinh tinh khiết cũng hấp thụ ánh sáng trong vùng cực tím và vùng hồng ngoại Độ hấp thụ thay đổi theo bước song như hình 2.4 Sự hấp thụ trong vùng hồng ngoại gây trở ngại cho khuynh hướng sử dụng các bước sóng dài trong thông tin quang

0.01

10 100

b) Suy hao do tán xạ: Tán xạ Rayleigh: nói chung, khi sóng điện từ truyền trong môi trường điện môi gặp những nơi không đồng nhất trong sợi quang do những sắp xếp của các phần tử thủy tinh, các khuyết tật của sợi quang như: bọt khí, các vết nứt,… Khi kích thước của vùng không đồng nhất vào khoảng một phần mười bước sóng thì trở thành những nguồn điểm để tán xạ Các tia sáng truyền qua những nơi không đồng nhất này sẽ tỏa theo nhiều hướng Chỉ một phần năng lượng của ánh sáng tiếp tục truyền theo hướng cũ, phần còn lại sẽ truyền theo hướng khác thậm chí truyền ngược về phía nguồn quang Độ suy hao của tán xạ Rayleigh tỉ lệ nghịch lũy thừa bậc 4 của bước sóng nên giảm rất nhanh

Hinh 2.5 Suy hao do tán xạ Raylegh

Trong (2.5)  tx ( o ) là hệ số tán xạ tại mỗi bước sóng mẫu o xác định theo vật liệu chế tạo sợi Đối với thủy tinh Silica thì có o = 1m và tx ( o) = 0,8dB/Km Ở bước sóng 850 nm suy hao do tán xạ Rayleigh của sợi silica

khoảng 1 dến 2 dB/Km và ở bước sóng 1300 nm suy hao cỡ khoảng 0,3 dB/Km Cần lưu ý rằng tán xạ Rayleigh là một nguyên nhân gây suy hao sợi quang nhưng hiện tượng này lại được ứng dụng để đo lường máy các máy đo quang dội Tán xạ do mặt phân cách giữa lõi và lớp vỏ bọc không hoàn hảo Khi tia sáng truyền đến những nơi không hoàn hảo giữa lỏi và lớp vỏ bọc, tia sáng sẽ bị tán

xạ lúc đó một tia tới sẽ có nhiều tia phả 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 đường cong bán kính xác định sẽ có hiện tượng phát xạ tín hiệu ánh sáng ra ngoài vỏ sợi và như 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 vùng bị uốn cong nhỏ thì suy hao sợi quang tăng lên Sự suy hao này xuất hiện do tia sáng bị lệch trục khi đi qua những vùng vi uốn cong đó Một cách chính xác hơn, sự phân bố trường bị xáo trộn khi đi qua những vùng vi uốn cong và dẫn đến sự phát xạ năng lượng ra khỏi lỏi sợi Đặc biệt sợi đơn mode rất nhảy cảm với những vùng này, nhất là về phía bước sóng dài

Uốn cong: Khi sợi bị uốn cong với bán kính uốn cong càng nhỏ thì suy hao càng lớn ( Hình 2.6) tuy nhien không thể tránh được việc uốn cong sợi quang trong quá trình chế tạo và lắp đăt Song nếu chúng ta giữ cho bán kính uốn cong lớn hơn một bán kính tối thiệu cho phép thì suy hao do uốn cong không đáng kể Bán kính uốn cong tối thiểu do nhà sản xuất đề nghi, thông thường 30

nm đến 50 nm Bán kính uốn cong tối thiệu quy đinh

R =  1 2

1 4

3

n n

Hình 2.6 Suy hao do uốn cong thay đổi theo bán kính R

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

 / 2

2 10

R a g

g

Trong đó : : độ chênh 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 được nối các đầu sợi với nhau chuẩn trực nếu lõi hai sợi không được gắn với nhau hoàn toàn

và đồng nhất thì một phần ánh sáng qua lõi này sẽ không được qua sợi bên kia hoàn toàn và bị phản xạ ra ngoài gây suy hao Nguyên nhân chính của suy hoa này là việc không đắt đồng trục hai sơi quang, do vậy tạo nên suy hao lơn Nếu

có một khe nhỏ nào tại chõ nối thi khe nay tao nên suy hao phản xạ, nếu độ lớn của phản xạ này lớn thì người ta gọi là phạn xạ Frensnel Có nhiều yếu tố ảnh

hưởng đến độ suy hao mối hàn, thông thường xếp thành ba loại chính: Chất lượng mặt cắt đầu sợi, vị trí tương đối giữa hai đầu sợi và thông số của sợi Chất lượng mặt cát đầu sợi: Suy hao của mối hàn trước tiên phụ thuộc vào công tác chuẩn bị Các yếu cầu đối với mặt cắt là: Mặt cắt phẳng, không mẻ, không lồi, mặt cắt phải sạch sẽ: không có bụi, chất bẩnvà mặt cắt phải vuông góc với trục Góc nghiêng của mặt cắt càng lớn thì suy hao mối hàn càng cao ( Hình 2.7)

α (dB/Km)

0.25 0.5 0.75

Hình 2.7 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 để ghép ánh sáng từ linh kiện phát quang vào sợi quang được xác định bằng khẩu độ

NA Khi so sánh về đặc điểm của LD và LED thì chugs có độ rộng chùm ánh 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 đường kính lõi khác nhau Trong ghép nối sợi quang và linh kiện thu quang thì các lại sợi quang có NA lớn, loại sợi GI có suy hao lớn hơn loại SM vì

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, nhưng

có sự khác biệt về thông số sẽ gây suy hao lớn cho mối hàn Suy hao mối hàn còn phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa hai đầu sợi (hình 2.8), bao gồm Lệch trục là trục của hai sợi không song song với nhau, lệch tâm của hai mặt cắt đầu sợi không trùng nhau và khe hở đầu hai sợi không khít nhau

S

Độ lệch tương đối



Hình 2.8 Suy hao do vị trí tương dối giữa hai đầu sợi

2.1.3 Đặc tuyến suy hao

Đặc tuyến suy hao của sợi quang khác nhau tùy theo từng chủng loại sợi nhưng tất cả đều thể hiện được đặc tuyến suy hao chung như đã phân tích Một đặc tuyến điển hình như hình vẽ trên dây, cần lưu ý rằng trên đặc tuyến suy hao của sợi quang có 3 vùng bước sóng có suy hao thấp, gọi là ba cửa suy hao Cửa

sổ thứ nhất có bước sóng 850 nm: Được xem là bước sóng có suy hao thấp nhất đối với sợi quang được chế tạo trong giai đoạn đầu Suy hao trung bình ở bước song này từ 2-3 dB/Km Ngày nay bước sóng này ít được dung vì suy hao ở đó