Tìm hiểu về sự truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống thông tin quang UTF1

Các vật liệu chế tạo và đặc tính cơ học của sợi quang 12 Chơng 2: Truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống thông tin quang 152.1.. Qua đề tài này chúng ta biết đợc sự ra đời và quá trình phát

Khoa ỵât lý

-0o0 -Tóm tắt Luận Văn

Tên đề tài:

Khoá luận tốt nghiệp

Giáo viên hớng dẫn: TS Đoàn Hoài Sơn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Hoàng

Lớp: 44B - Vật Lý

Lời cảm ơn

Để hoàn thành bản luận văn, tác giả đã nhận đợc sự hớng dẫn và giúp đỡtận tình của Thầy giáo Đoàn Hoài Sơn, Thầy giáo Nguyễn Thế Tân…

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo , các anh chị và các bạn

đồng nghiệp tại khoa Vật Lý Trờng Đại Học Vinh đã tạo điều kiện thuận lợi vàgiúp đỡ nhiệt tình trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với bạn bè, ngời thân các

đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tác giả trong thời gian này

Vinh, tháng 5 năm 2007

Sinh viên

Nguyễn Ngọc Hoàng

mục lục

trang

Chơng 1: Tổng quan về hệ thống thông tin quang 3

1.2 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin sợi quang 51.3 Các thành phần chính của hệ thống thông tin quang 7

1.3.4 Các vật liệu chế tạo và đặc tính cơ học của sợi quang 12

Chơng 2: Truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống thông tin quang 152.1 Các định luật cơ bản của ánh sáng trong sợi quang2.2 Truyền dẫn

2.4 Tán sắc trong sợi quang đơn mode2.5 ảnh hởng của tán sắc hệ

Chơng 3 : Nghiên cứu sự truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống thông

3.2 Giới thiệu chung về các khối trong Modul UTF1 46

3.4.1 Khảo sát quá trình truyền dẫn tín hiệu hình sin 1KHZ 603.4.2 Khảo sát quá trình truyền dẫn tín hiệu âm thanh 64

Lời nói đầu

Chúng ta đã bớc vào một thời kì hội nhập mà ở đó thông tin và trí thức

đã và đang đợc phát huy mạnh mẽ, nó trở thành nền tảng, động lực và là cơ sởcủa nền kinh tế trí thức Trong nền kinh tế trí thức con ngời luôn tìm kiếm thôngtin và phải tìm kiếm cái mới

Đặc điểm của kinh tế trí thức là phải luôn cải tiến và hớng tới cái mới đểlàm sao luôn đáp ứng đợc nhu cầu cấp thiết của thời đại Hiện nay và sau này xuthế toàn cầu hóa là một tất yếu của sự phát triển trong đó nền kinh tế trí thức làchủ đạo Nhịp sống của thời đại phát triển với tốc độ rất nhanh do đó để đápứng đợc thì cần có sự liên lạc kịp thời Nh vậy nhu cầu truyền thông tin có tốc

độ cao, có dung lợng lớn và nắm bắt thông tin kịp thời phải là hệ thống thôngtin quang dự đoán sẽ bao gồm cả các hệ thống máy tính lợng tử quang, nó sẽgiữ vai trò quan trọng Cơ sở của mạng điện tử thông tin quang bao gồm cáclinh kiện quang điện tử, các mạc vi điện tử quang, các máy tính, tivi, điện thoại,

điện thoại di động, điện báo, các dữ liệu, các đờng cáp xuyên biển, các hệ thống

định vị, các thiết bị phục vụ cho cho dữ liệu truyền số liệu, in ấn đến các mạngthông tin địa phơng, mạng toàn cầu Để đáp ứng cho chính cuộc sống của mình

thì con ngời sống trong thời đại thông tin cần phải trang bị cho mình các kiếnthức về các thiết bị thông tin đó.

Từ những lí do đó nên chúng tôi đặt vẫn đề nghiên cứu “ Tìm hiểu sự truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống thông tin quang UTF1 ” Qua đề tài này

chúng ta biết đợc sự ra đời và quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang,cũng nh nguyên lí truyền tín hiệu quang trong sợi quang Nhiệm vụ của đề tàinày là giới thiệu sơ bộ về Modul UTF1 và Nghiên cứu quá trình truyền dẫn tínhiệu trong hệ thống thông tin quang trên cơ sở lí thuyết và trên mô hình thựcnghiệm modul UTF1

Bản luận văn này gồm 3 chơng

Chơng 1: Tổng quan về hệ thống thông tin quang.

Chơng 2: Truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống thông tin quang.

Chơng 3: Nghiên cứu về sự truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống thông tin quang UTF1.

Là một sinh viên nên có hạn chế về mặt trình độ cũng nh thời gian cha cónhiều trong nghiên cứu khoa học Vì vậy, luận này chắc chắn không tránh khỏithiếu sót Mong đợc sự góp ý của quý thầy giáo, cô giáo cũng nh các bạn sinhviên để đề tài đợc hoàn chỉnh hơn

chơng 1 Tổng quan về hệ thống thông tin sợi quang

Hệ thống thông tin quang đợc hiểu một cách đơn giản là hệ thống truyềnthông tin nơi này đến nơi khác Khoảng cách giữa các nơi có thể từ vài trăm mét

đến hàng trăm kilômét, và thậm chí hàng chục ngàn kilômét Thông tin có thể

đợc truyền thông qua các sóng điện với các dải tần khác nhau từ vài MHZ tớihàng trăm THZ Còn thông tin quang đợc thực hiện trên hệ thống sử dụng tần sốsóng mang cao trong vùng nhìn thấy hoặc gần hồng ngoại của phổ sóng điện từ

Hệ thống thông tin quang sợi là hệ thống thông tin bằng sóng ánh sáng, và sửdụng các sợi quang để truyền thông tin

1.1 Sự ra đời và các loại hệ thông tin

Lịch sử của thông tin quangđầu tiên là việc sử dụng thông tin bằng ánh sángcủa nhân loại trớc đây vốn là một trong những hình thức thông tin sớm nhất Ngay từ xa xa để thông tin cho nhau, con ngời đã biết sử dụng ánh sáng để báohiệu Qua thời gian dài của lịch sử phát triển nhân loại các hình thức thông tinphong phú dần và ngày đợc phát triển thành những hệ thống thông tin hiện đại

nh ngày nay Thông tin quang đợc tổ chức hệ thống cũng tơng tự nh các hệthống thông tin khác, vì thế mà thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quangluôn tuân thủ theo một hệ thống thông tin chung nh hình 1.1

Đây là nguyên lý thông tin mà loài ngời đã sử dụng ngay từ thời kỳ khaisinh ra các hình thức thông tin

Hình 1.1 Các phần tử cơ bản của một hệ thống thông tin.

Nguồn

bản tin

Máy phát

Kênh truyền

nhận tin

Hệ thống thông tin gồm một nguồn tin tạo ra thông tin đa tới phân phát.Phần phát này ghép thông tin vào một kênh truyền dẫn dới dạng một tín hiệuphù hợp với các đặc tính truyền của kênh Kênh truyền dẫn là một môi trờngnối giữa phần phát và phần thu Nó có thể là đờng truyền có hớng nh cáp đồngtrục hay ống dẫn sóng hoặc có thể là kênh đẳng hớng, kênh không gian Đối với

hệ thống thông tin quang thì môi trờng truyền dẫn ở đây chính là sợi dẫn quang,

nó thực hiện truyền ánh sáng mang tín hiệu thông tin từ phía phát đến phía thu.Cho tới nay,đã có rất nhiều hệ thống thông tin dới các hình thức đa dạng Các

hệ thống thông tin này đợc gán cho các tên gọi nhất định theo môi trờng truyềndẫn và đôi khi theo cả tính chất dịch vụ của hệ thống Động cơ thúc đẩy sựrađời của một hệ thống thông tin mới là nâng cao độ tin cậy truyền dẫn, tăngtốc độ truyền dữ liễu để có thể truyền đợc nhiều thông tin hơn nữa, hoặc tăngkhoảng cách truyền dẫn giữa các trạm lắp Trớc thế kỷ XIX, tất cả các hệ thốngthông tin đều thuộc loại có tốc độ rất thấp và về cơ bản chỉ dới dạng ánh sánghay âm thanh nh đèn tín hiệu hay kèn Trong thế kỷ thứ IV trớc công nguyên,khoảng cách truyền dẫn đã đợc mở rộng thông qua việc sử dụng các trạm lặp

Khoảng năm 150 trớc công nguyên, các tín hiệu nhìn thấy này đợc mãhóa theo các ký tự Alphabet để sau đó bất kỳ một bản tin nào cũng có thể phát

điện từ bớc sóng dài vào năm 1887 Năm 1895, lần đầu tiên Guglielom Marconiứng dụng bức xạ này để truyền tín hiệu vô tuyến

Trong những năm sau đó, ngời ta ngày càng mở rộng việc sử dụng phổ tần số

điện từ để truyền thông tin từ nơi này đến nơi khác Trong các hệ thống điện từ

để truyền trên các kênh thông tin bằng cách chồng tín hiệu chứa thông tin lênmột sóng điện từ gọi là sóng mang ở phía thu, tín hiệu chứa thông tin sẽ đợctách ra khỏi sóng mang và đợc xử lý lại theo yêu cầu Lợng thông tin đợc phát

đi có liên quan trực tiếp tới băng tần mà sóng đang hoạt động, nh vậy tăng tần

số sóng mang tức là tăng băng tần truyền dẫn, lúc đó sẽ đợc dung lợng thông tinlớn Hệ thống thông tin Viba đầu tiên hoạt động với tần số song mang 4GHz đã

đợc da vào khai thác năm 1948, và sau đó các hệ thống có băng tần cao hơn tiếptục đợc lắp đặt trên mạng lới

Năm 1975, hệ thống các đồng trục tiên tiến nhất có tốc độ 274 Mb/s Yếu tố

ảnh hởng tới khả năng của hệ thống thông tin là tính tốc độ bít – cự ly BL ( Bitrate – Distance), trong đó B là tốc độ bít và L là cự ly khoảng lặp

1.2 Quá trình phát triển của hệ thống thông tin sơi quang

Điều đáng chú ý nhất trong hệ thống thông tin quang là sự ra đời củanguồn laser vào năm 1960 Về lý thuyết nguồn laser có dung lợng thông tin lớnhơn các hệ thống thông tin Viba 105 lần, tơng đơng bằng 10 triệu kênh tivi.Năm 1966 khi Kao, Hocman và Wertst đồng thời phán đoán ra rằng những giátrị suy hao lớn này là kết quả của độ không tinh khiết của nguyên liệu sợi quang

và cho rằng có thể giảm đợc những giá trị suy hao này tới một giá trị mà ở đócác ống dẫn sóng ánh sáng trở thành môi trờng truyền dẫn khả thi Vào năm

1970 khi mà Kapron, Keck và Maurer chế tạo một sợi silica có suy hao là20dB/km (hệ số suy hao công suất tín hiệu là 100 lần/ km) Đầu năm 1980, các

hệ thống thông tin trên sợi dẫn quang đã đợc phổ biến khá rộng với vùng bớcsóng làm việc 1300nm Ngày nay, sợi dẫn quang đã đạt tới mức suy hao rấtnhỏ, giá trị suy hao dới 0,154dB/km tại bớc sóng 1550nm đã cho thấy sự pháttriển mạnh mẽ của công nghệ sợi quang trong gần 3 thập niên qua

- Suy hao truyền dẫn thấp và độ rộng băng lớn Sợi quang có các giá trịsuy hao truyền dẫn thấp và rộng băng lớn hơn cáp đồng Ta truyền đi nhiều dữ

liệu hơn với khoảng cách dài hơn bằng các hệ thống cáp sợi quang, giảm số ợng đã và giảm số lợng các bộ lọc cần thiết dẫn đến chi phí và tính phức tạp của

từ các đờng dây mang tín hiệu

- Cách điện tốt: Vì cáp quang đợc chế tạo bằng cáp thủy tinh, là chất dẻocách điện, nên việc tiếp đất là không cần thiết, xuyên âm sợi quang sợi là rấtnhỏ và các vấn đề liên quan đến giao điện của thiết bị trở nên đơn giản hơn

- Bảo mật: Sử dụng cáp quang để truyền dẫn sẽ tăng khả năng bảo mật tínhiệu vì tín hiệu quang đợc truyền trong ống dẫn

- Nguyên liệu thô sẵn có: Silica là nguyên liệu chính để chế tạo cáp quang.Những ứng dụng đầu tiên của các hệ thống truyền dẫn cáp quang chủ yếu làlàm các đờng trung kế Các tuyến số này gồm các kênh thoại 64Kb/s đợc phépkênh theo thời gian (TDM) Hình 1.2 Trình bày sự phân cấp truyền dẫn số đợc

sử dụng trong mạng điện thoại ghép kênh cận đồng bộ theo tiêu chuẩn châu Âu.Tốc độ truyền dẫn cơ bản 2,048Mb/s gọi là tốc độ E1 đợc tạo thành từ 30 kênhthoại ghép kênh theo thời gian, mỗi kênh đợc số hóa với tốc độ

1

1

Hình 1.2 Phân cấp truyền dẫn số

Hiện nay các hệ thống thông tin quang đã đợc ứng dụng rộng rãi trên thếgiới, chúng đáp ứng cả các tín hiệu tơng tự (analog) và số (Digital), chúng chophép truyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp và băng rộng , đáp ứng đầy

đủ các yêu cầu của mạng số liên kết đa dịch vụ (ISDN)

1.3 Các thành phần chính của hệ thống thông tin quang

Môi tuyến truyền dẫn cáp quang thờng bao gồm các phát triển ần tử nh môtả trong hình 1.3

Các thành phần chính của tuyến gồm có thiết bị phát quang- còn gọi là bộphát quang, cáp sợi quang và thiết bị thu quang hay bộ thu quang

Hình 1.3 Các ph ần tử chính của một thông tin quang

Bộ ghép kênh E4

Bộ ghép kênh E1

Bộ ghép kênh E2

Bộ ghép kênh E3

4 đầu vào tốc độ34,68Mb/s

4 đầu vào tốc độ8,448 Mb/s

4 đầu vào tốc độ

2,048 Mb/s

1

11

1

30

1.3.1 Thiết bị phát quang

Thiết bị phát quang đợc cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang và các mạch

điện điều khiển liên kết với nhau Chức năng của thiết bị phát quang là biến đổitín hiệu điện đầu vào thành tín hiệu quang tơng ứng và phát tín hiệu quang nàyvào trong sợi quang để thực hiện truyền dẫn các thông tin Các nguồn phátquang bán dẫn thờng đợc sử dụng trong các hệ thống thông tin quang là điốtphát quang LED (light- emitting- diode) và điốt laer bán dẫn LD (Laer Diode)

Đây là các loại nguồn phát có nhiều u điểm kết hợp; chẳng hạn nh có kích cỡnhỏ gọn, hiệu suất cao, đảm bảo độ tin cậy, giải bớc sóng phù hợp, vùng phát xạhẹp tơng ứng với kích thớc lõi sợi, và khả năng điều chế trực tiếp tại các tần sốtơng đối cao

1.3.2 Thiết bị thu quang

Thiết bị thu quang đợc cấu tạo từ bộ tách sóng quang và các mạch khuyếch

đại, tái tạo tín hiệu hợp thành Thiết bị thu quang, hay còn gọi là bộ thu quang,

là một trong những bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống thông tin quang vì

nó ở vị trí sau cùng của tổ chức hệ thống truyền dẫn nơi mà thiết bị này thunhận mọi đặc tính tác động trên toàn tuyến đa tới, và cũng vì thế cho nên hoạt

động của nó có liên quan trực tiếp đến chất lợng toàn bộ hệ thống truyền dẫn.Chức năng chính của nó là biến đổi tín hiệu quang thu đợc thành tín hiệu điện.Thiết bị thu quang cần phải có độ nhạy thu cao, đáp ứng nhanh, nhiễu thấp, giáthành hạ, và đảm bảo có độ tin cậy cao

Tại bộ thu quang, sóng tín hiệu quang từ phía phát đi tới đợc biến đổi thànhtín hiệu điện, rồi đợc khuyếch đại và hồi phục trở lại thành tín hiệu cùng dạng

nh ở đầu vào thiết bị phát quang Tín hiệu quang đợc biến đổi thành tín hiệu

điện tại bộ biến đổi quang- điện Bộ biến đổi quang- điện thờng là một bộ táchsóng pho-tô- điốt đây là một bộ tách sóng theo luật bình phơng vì nó biến đổicông suất quang thu đợc trực tiếp thành dòng điện( dòng phôtô) tại đầu vào của

nó Vì vậy mà bộ thu kiểu này đợc gọi bộ thu tách sóng trực tiếp DD (DirectDêtction) Thành phần thực hiện tách sóng trong bộ biến đổi O – E có thể là

phôtô điốt p- i- n hoặc phôtô điốt thác APD (Avalanche phôtô điốt) Tín hiệuquang từ phía phát đi vào sợi quang sẽ bị suy hao dần, và bị méo tăng lên theo

độ dài cự ly truyền dẫn do tác động của bán xạ, hấp thụ tán sắc trong sợi dẫnquang Vì vậy bộ thu quang phải hoạt động trong điều kiện gặp nhiều các yếu tốtác động Việc thiết kế thiết bị thu quang sẽ gặp khó khăn và phức tạp hơnnhiều so với thiết kế thiết bị phát quang Bộ thu phải đảm bảo thu đợc tin hiệurất yếu, bị méo và phải tách đợc các thành phần nhiễu khá lớn so với tín hiệu

Để có đợc một tuyến truyền dẫn dài với tốc độ bít lớn, bộ thu quang cầnphải thỏa mãn các yêu cầu sau đây:

+ Phải có tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR (Signal – to – Nosie Ratio) lớn

và độ nhạy thu cao

+ Hoạt động đợc trong điều kiện tín hiệu có băng tần lớn

1.3.3 Cáp sợi quang

Cáp quang, hay còn gọi là cáp sợi quang, bao gồm hai thành phần chính làsợi quang và các lớp bọc cáp Sợi quang, hay còn gọi là sợi dẫn quang, là thànhphần chính của cáp có chức năng truyền dẫn sóng ánh sáng Vì thế khi mô tảmôi trờng truyền dẫn quang của hệ thống thông tin quang thì chỉ cần diễn dảitrên sợi quang là đủ Mỗi sợi cáp có cấu trúc lớp bọc khác nhau phù hợp vớitừng môi trờng lắp đặt cáp

Sợi quang đợc hiểu là “ sợi mảnh dẫn ánh sáng” có hình trụ đồng tâm, làm

từ hai chất điện môi trong suốt khác nhau bao bọc vào nhau Chất điện môi cóthể là thủy tinh hoặc nhựa Lõi sợi quang cho ánh sáng mang thông tin truyềnqua, phần bao bọc bên ngoài gọi là lớp vỏ Sợi quang đợc cấu tạo sao cho ánhsáng đợc truyền dẫn chỉ trong lõi sợi bằng cách sử dụng tính chất phản xạ toànphần của ánh sáng Hiện tợng này đợc tạo nên do cấu tạo của sợi quang có chiếtsuất lớp vỏ nhỏ hơn chiết suất bên trong lõi khoảng 0,2% hoặc 0,3% Sự lantruyền của ánh sáng dọc theo sợi đợc mô tả dới dạng các sóng điện từ truyềndẫn đợc gọi là mode trong sợi Mỗi một mode truyền là một mẫu các đờng tr-ờng điện và trờng từ đợc lặp đi lặp lại dọc theo sợi ở các khoảng cách tơng đơng

với bớc sóng Chỉ có một vài mode riêng biệt nào đó là có khả năng truyền dọctheo suốt chiều dài sợi trong số nhiều mode đợc ghép vào tại đầu sợi Lớp vỏphản xạ mặc dù không là môi trờng truyền ánh sáng nhng nó là môi trờng tạo raranh giới với lõi và ngăn chặn sự khúc xạ ánh sáng ra ngoài, tham gia bảo vệ lõi

và gia cờng thêm độ bền của lõi Để tránh các trầy sớc vỏ, sợi quang thờng đợcbao bọc thêm một lớp chất dẻo Sợi quang có đờng kính vỏ vào khoảng0,125mm Kích thớc lõi sợi quang dẫn ánh sáng có thể khác nhau, phụ thuộcvào sợi quang là đa mode hay đơn mode

Đờng kính lõi sợi quang đơn mode cỡ khoảng 1àm đến hơn chục àm cònlõi của sợi đa mode lớn hơn, cỡ vài chục àm.

Phân loại sợi quang

Tùy theo yêu cầu sử dụng khác nhau mà sợi quang đợc sản xuất theo các kỹthuật khác nhau với các đặc tính khác nhau Trên cơ sở này ngời ta phân sợiquang theo nhiều cách khác nhau, vì nh phân loại theo vật liệu điện môi sửdụng trong chế tạo, theo mode truyền dẫn, theo phân bố chiết suất khúc xạ củalõi

- Phân loại theo vật liệu điện môi

Sợi quang đợc chia làm 3 loại

+ Sợi quang thạch anh

+ Sợi quang thủy tinh

+ Sợi quang nhựa

Các sợi quang thạch anh không những chỉ chứa thạch anh nguyên chất(SiO2) mà còn có các tạp chất thêm vào nh Ge, B và F nhằm làm thay đổi chiếtsuất khúc xạ của sợi Các sợi quang có cấu tạo phần lớn là thủy tinh có thànhphần chủ yếu gồm hỗn hợp Na, thủy tinh hoặc thủy tinh Bo – silicát ở sợiquang chế tạo từ vật liệu nhựa hữu cơ thì gồm nhựa silicon và nhựa acrelic Đốivới mạng lới viễn thông, sợi quang thủy tinh thạch anh đợc sử dụng nhiều nhấtbởi vì nó có khả năng cho sản phẩm có độ suy hao thấp và các đặc tính truyềndẫn ổn định trong thời gian dài Nhng các loại sợi quang bằng nhựa thờng đợc

sử dụng ở những nơi cần truyền dẫn cự ly ngắn, hoặc ở những nơi khó lắp đặtsợi quang bằng máy móc, nó thuận tiện trong việc sử dụng lắp đặt thủ công( nh

dễ dàng hàn nối, không phơng hại đến các đặc tính truyền dẫn khi bẻ gấp) mặc

dù loại này có đặc tính truyền dẫn kém

- Phân loại theo mode lan truyền

Trên sơ sở số mode lan truyền, sợi quang đợc chia làm hai loại

+ Sợi quang đơn mde SM (Singl mode)

+ Sợi quang đa mode MM (Multi mode) loại sợi này cho phép nhiềumode truyền dẫn trong sợi

-Phân loại theo phân bố chiết suất khúc xạ

Loại sợi có chỉ số chiết suất đồng đều ở lõi sợi gọi là sợi có chỉ số chiết suấtphân bậc SI (Step index) Nghĩa là có chiết suất thay đổi theo bậc giữa lõi và vỏ.Loại thứ 2 có chỉ số chiết suất ở lõi giảm dần từ tâm lõi sợi ra tới tiếp giáplõi và vỏ phản xạ gọi là lõi có chỉ số chiết suất Građien

Nh vậy ta có thể tổng hợp sự phân loại sợi dẫn quang nh bảng 1.1

Phân loại theo vật liệu điện

môi

- Sợi quang thạch anh

- Sợi quang thuỷ tinh

- Sợi quang bằng nhựaPhân loại theo mode truyền

- Sợi quang có chỉ số chiết suất phân bậc

- Sợi quang có chỉ số chiết suất Građien

Bảng 1.1 Phân loại sợi quang 1.3.4 Các vật liệu chế tạo và đặc tính cơ học của sợi quang

1.3.4.1 Các vật liệu chế tạo

Sợi dẫn quang có vai trò truyền tín hiệu thông tin cho cự ly xa và tốc độ lớncho nên phải đợc cấu tạo từ các vật liệu phù hợp với bản chất truyền tín hiệu củachúng Nh vậy trong quá trình lựa chọn vật liệu cho sợi dẫn quang, cần phảithỏa mãn các yêu cầu sau:

- Vật liệu phải đảm bảo tạo đợc các sợi dẫn quang dài, mảnh và mềm dẻo.

- Vật liệu phải đảm bảo thật trong suốt tại các bớc sóng hoạt động thôngdụng, tạo cho sợi truyền tín hiệu tốt, ít bị suy hao và méo

- Các vật liệu chế tạo ra lõi và vỏ của sợi phải có bản chất vật lý tơng thích

để tạo ra sự chênh lệch về chỉ số chiết suất lõi và vỏ là khá nhỏ

Từ đó thì vật liệu thích ứng nhất là thủy tinh và chất dẻo trong suốt Các loạisợi đợc chế tạo có lõi là thủy tinh suy hao lớn thì dùng cho các cự ly xa, tốc độcao Và các hệ thống thông tin quang tiên tiến

Sợi thủy tinh

Thủy tinh đợc tạo ra từ các hỗn hợp ôxít kim loại nóng chảy, Sulfide hoặcsnlenide Chúng tạo ra một vật liệu có cấu trúc dạng phân tử liên kết hỗn hợp.Loại thủy tinh trong suốt tạo ra các sợi dẫn quang chính là thủy tinh ôxít ở sợidẫn quang chiết suất của lõi lớn hơn vỏ, nh vậy ta có thể thấy đợc hỗn hợp vậtliệu tạo ra các sợi nh sau:

- Sợi có lõi GeO2 – SiO2 (lõi SiO2 có pha GeO2) và vỏ phản xạ SiO2

- Sợi có lõi là P2O5 – SiO2 và vỏ phản xạ là SiO2

- Sợi có lõi là P2O5 – B2O3 – SiO2 và vỏ phản xạ là B2O3 – SiO2

- Sợi lõi SiO2 và phản xạ B2O3 – SiO2

Đặc điểm là nhiệt độ làm biến dạng chúng khoảng 1000oC, chúng rất ít nở

ra vì nhiệt độ tăng; có tính bền vững hóa học cao, rất trong suốt ở vùng ánhsáng nhìn thấy và vùng hồng ngoại do đó hoàn toàn phù hợp với các hệ thốngthông tin quang sợi

Một nhợc điểm của chúng là có nhiệt độ nóng chảy cao dẫn đến khó khănkhi muốn làm chảy nó trong quá trình chế tạo sợi

Sợi thủy tinh Halogen

Năm 1975, các nhà nghiên cứu ở trờng đại học tổng hợp Rennes đã phátminh ra loại thủy tinh Fluoride có suy hao truyền dẫn rất nhỏ ở vùng bớcsóng giữa hồng ngoại ( từ 0,2 àm đến 0,8 àm ), suy hao thấp nhất ở khoảngbớc sóng quanh 2,55 àm.

Sợi thủy tinh cực tính

Kết quả nghiên cứu về sợi dẫn quang cho ra các đặc tính từ và quang mới làviệc kết hợp các nguyên tố đất hiếm vào sợi thủy tinh thụ động bình thờng Đặctính này cho phép vật liệu sợi có thể khuyếch đại, suy hao và trễ pha tín hiệu

ánh sáng truyền trong sợi dẫn quang

Các loại sợi vỏ chất dẻo

Đối với cự ly ngắn( cỡ vài trăm mét), các loại lõi thủy tinh và vỏ phản xạ làchất dẻo đợc sử dụng với mục đích giảm chi phí, vì cự ly này cho phép sử dụngcác loại có độ suy hao lớn Sợi này còn gọi là sợi thủy tinh vỏ chất dẻo PCS( Plastic- clad silica), vỏ thờng đợc chế tạo từ hỗn hợp Polimer có chỉ số chiếtsuất thấp hơn lõi điôxít silic Giá trị chỉ số chiết suất vỏ này khoảng 1,405 tại b-

ớc sóng 850 àm.

Sợi chất dẻo

Đó là sợi chiết suất phân bậc có cả lõi và vỏ phản xạ hoàn toàn đợc cấutạo từ vật liệu chất dẻo

Loại sợi này chỉ đáp ứng cự ly truyền dẫn không quá 100m vì có suy haorất lớn

1.3.4.2 Đặc tính cơ học của sợi quang

Các đặc tính cơ học đặc trng cho sợi dẫn quang đợc thể hiện ở lúc chế tạocáp, lắp đặt cáp và trong suốt thời gian cáp đợc khai thác Sự bền và độ mỏi củahai đặc tính cơ học cơ bản của sợi dẫn quang Sợi dẫn quang thủy tinh có dàingắn có thể chịu lực căng lớn nhất khoảng 14Gpa; trong khi đó sợi thép chịu đ-

ợc 20Gpa Sự khác nhau giữa sợi kim loại và sợi thủy tinh là sợi thủy tinh khôngthể co giản nh sợi kim loại , khi tới ngỡng đứt gãy, sợi thủy tinh có thể giãn mộtlợng không đángkể ở đây sợi đồng nó có thể giãn tới hơn 20% trớc khi bị đứt.Một yếu tố quan trọng nữa để xem xét đặc tính cơ học của sợi dẫn quang là độmỏi động Khi các sợi dẫn quang đặt trong đờng ống cáp , nó phải chịu các ngsuất lặp đi lặp lại do tác động của việc dâng cáp lên Cáp bị dâng lên là do

những cọ sát giữa đờng ống và cáp hoặc dụng cụ dẫn cáp trong các bể cáp ở cáctuyến cáp đi lợn vòng.

Chơng 2

Truyền dẫn tín hiệu trong hệ thống

thông tin quang

2.1 Các định luật cơ bản của sự truyền ánh sáng trong sợi quang

Hiện tợng phản xạ toàn phần bên trong đã đợc biết đến t năm 1854, và nó lànguyên nhân dẫn đến việc truyền sóng ánh sáng đến sợi quang Một cách chungnhất, có thể coi ánh sáng là một chùm các phân tử hạt rất nhỏ bé đợc phát ra từ một nguồn sáng Năm 1864, Maxwell đã chứng minh bằng lý thuyết rằng bản chất của sóng ánh sáng là sóng điện từ Hơn thế nữa khi quan sát hiệu ứng phân cực, ngời ta nhận thấy sự chuyển động của sóng luôn luôn vuông góc với hớng

mà sóng đi, điều đó chỉ ra rằng sóng ánh sáng là sóng ngang Theo quan điểm của sóng quang hay vật lý quang thì sóng điện từ đợc phát từ một nguồn nhỏ có thể đợc đặc trng bởi một loạt các mặt sóng hình cầu mà nguồn đặt ở trung tâm các mặt cầu này Theo quan điểm lý thuyết về ánh sáng nh ở trên thì chúng hoàn toàn có liên quan tới việc truyền dẫn ánh sáng Tuy niên khi xét tới sự tác

động tơng tác của ánh sáng và vật chất cũng nh các hiện tợng tán sắc Sự hấp thụ và sự bức xạ ánh sáng, thì cả lý thuyết hạt và lý thuyết sóng của sóng ánh sáng đều có ý nghĩa Về bản chất hạt, năng lợng ánh sáng luôn luôn bức xạ hoặc hấp thụ trong các đơn vị rời rạc gọi là phôtôn:

Mối quan hệ giữa năng lợng E và tần số ν của phôtôn

trong suốt khác thì vân tốc là v < c Khi dó chỉ số chiết suất của vật liệu đó đợc viết là:

n = ν

c

(2.2)Giá trị chiết suất n của không khí là 1,00; nớc là 1,33; thủy tinh là 1,50

và kim cơng là 2,42

Hiện tợng phản xạ và khúc xạ ánh sáng trong trờng hợp có hai môi ờng khác nhau về chỉ số chiết suất Nh ta đã biết, các tia sáng đợc truyền từ môi trờng có chỉ số chiết suất nhỏ hơn sẽ thay đổi hớng truyền của chúng tại ranh giới phân cách giữa hai môi trờng Các tia sáng khi đi qua ranh giới này

tr-bị thay đổi hớng nhng tiếp tục đi vào môi trờng chiết suất mới thì ta nói tia đó

bị khúc xạ, còn các tia nào khi qua ranh giới này lại quay trở lại môi trờng ban

đầu thì ta nói tia đó bị phản xạ

Theo định luật Snell ta có mối quan hệ:

n1sin φ1= n2sinφ2n (2.3)

Với φ1 là góc tới – góc hợp giữa bởi pháp tuyến của mặt phân cách

hai môi trờng với tia tới, φ 2 là góc khúc xạ- góc tạo bởi pháp tuyến của mặt phân cách hai môi trờng với tia khúc xạ

n1, n2 là chiết suất của môi trờng 1 và môi trờng 2

Pháp tuyến Pháp tuyến

Tia tới

Hình 2.1: Hiện tợng phản xạ và khúc xạ ánh sáng

Từ phơng trình (2.3) ta có thể viết tơng tự nh sau:

n1cos θ 1= n2cos θ 2 (2.4)

ở đây, vì n1 > n2 cho nên góc tới φ1 ở môi trờng chiết quang hơn sẽ nhỏ hơn

góc khúc xạ φ2 ở môi trờng kém chiết quang hơn Nếu góc tới φ1 lớn dần lên

(góc θ 1 nhỏ dần) tới một giá trị góc φc tạo ra tia khúc xạ nằm song song với

ranh giới phân cách hai môi trờng thì lúc ấy φc đợc gọi là góc tới hạn nh ở

Nh vậy, điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần là:

-Các tia sáng phải đi từ môi trờng chiết quang hơn sang môi trờng kém chiết quang hơn

-Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạn

Các định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng trên nguyên lý cơ bản áp dụng cho việc truyền tín hiệu ánh sáng trong sợi dẫn quang ở sợi dẫn quang các tín hiệu ánh sáng đợc truyền dựa vào hiện tợng phản xạ toàn phần bên trong

2.2 Truyền dẫn sóng trong sợi quang

Trong phần này, chúng ta giới thiệu sự lan truyền của sóng ánh sáng trong sợi quang bằng việc sử dụng các phơng trình Maxwell Việc phân tích các vấn đề xung quanh các phơng trình Maxwell đối với ranh giới lõi sợi là cần thiết để ta có thể hiểu một cách chi tiết cơ cấu truyền tín hiệu quang trong sợi dẫn quang

2.2.1 Các phơng trình Maxwell

Với một môi trờng điện môi đẳng hớng, tuyến tính, không có dòng

∇ = 0 (2.8)

B

∇ = 0 (2.9)Trong đó: E : Là véc tơ cờng độ điện trờng (V/m)

à là độ từ thẩm của môi trờng chân không và ε là hằng số điện môi

Từ công thức (2.6) ta có thể thấy sự tồn tại của một từ trờng biến thiên theo thời gian tại một điểm trong không gian sẽ xuất hiện điện trờng tại điểm

đó Tại một thời điểm một điện trờng biến đổi theo thời gian sẽ làm xuất hiện một từ trờng nh công thức (2.7)

Sở dụng phơng trình (2.8) ∇.E = 0 Từ phơng trình (2.13), (2.14) ta có

Hình 2.2: Hệ thống tọa độ trục để phân tích sự truyền sóng điện từ trong sợi

Đây là hàm điều hòa theo thời gian t trong tọa độ z Tham số β thuộc thành phần z của véc tơ truyền lan và đợc xác định nhờ các điều kiện biên trên trờng

điện từ tại ranh giới phân cách lõi và vỏ của sợi Hi thay thế các phơng trình (2.17) và (2.18) vào phơng trình dạng xoắn của Maxwell, từ phơng trình (2.6)

∂

∂ + (2.20)

H q

E q

r q

2

= +

∂

∂ +

r r

2

= +

∂

∂ +

∂

∂ +

∂

∂

Z Z

Z

r r

H r

Tuy nhiên, cặp EZ và HZ phải thỏa mãn điều kiện bờ của các thành phần trờng

điện từ đợc mô tả trong phần phơng trình mode tiếp theo sau Nếu nh các điều kiện bờ không dẫn tới ghép giữa các thành phần trờng thì các giải pháp mode

có thể thu đợc cả EZ = 0 và HZ = 0 Khi EZ = 0, các mode sẽ đợc gọi là mode

điện ngang hoặc mode TE, khi HZ = 0 sẽ cho các mode trờng ngang hoặc TM.2.2.2.1 Sợi quang đa mode chỉ số chiết suất phân bậc

Nh đã đề cập ở trên, sợi dẫn quang trong trờng hợp này thực tế có bán kính lõi

là a với chỉ số chiết suất n1 thờng là 1,48 Bao quanh lõi là lớp vỏ chỉ số chiết suất là n2 thấp hơn và có liên quan với n1 bằng biểu thức:

n2 = n1(1 – ∆) (2.31)

∆ là sự khác nhau về chỉ số chiết của lõi và vỏ

- Các phơng trình sóng cho sợi chiết suất phân bậc

Phơng pháp toán học chuẩn để giải các phơng trình nh (2.29) ta dùng phơng pháp phân ly biến số:

Vì sóng có dạng hình sin theo thời gian và lan truyền theo hớng z Thêm vào

đó, vì tính đối xứng tròn của ống dẫn sóng (sợi), cho nên từng thành phần ờng phải không đợc thay đổi khi tọa độ φ tăng thêm 2π ở đây giả sử hàm

∂

∂ +

∂

r

v q r

F r r F

(2.35)

Phơng trình (2.35) là phơng trình vi phân cho hàm Bessel Một phơng trình

đồng nhất có thể đợc chuyển hóa cho HZ

Tiếp giáp vỏ và lõi Tiếp giáp vỏ và không khí

Tiếp giáp vỏ và lõi

b→ ∞

Hình 2.3: Cấu trúc sợi phân bậc để phân tích sự truyền sóng

Đối với cấu trúc loại sợi chiết suất phải xem xét lõi có chiết suất đồng nhất n1 và bán kính a, và đợc bao bởi lớp vỏ vô tận chiết suất n2 hình 2.3 Giả thiết vỏ phản xạ dày vô tận là vì các mode dẫn truyền trong lõi sợi có trờng phân rã theo luật hàm mũ bên ngoài lõi, và nó sẽ có ý nghĩa tại biên giới ngoàicủa vỏ phản xạ Trong thực tế, các sợi quang đợc thiết kế có vỏ phản xạ đủ dày

để trờng mode dẫn không tiến ra đợc tới bên ngoài của vỏ

Bây giờ, phơng trình (2.35) phải đợc giải cho các vùng phía trong và phía ngoài của lõi sợi Đối với vùng phía trong lõi, phép giải cho các mode truyền dẫn phải duy trì giới hạn r→ 0,nhng trái lại phép giải cho phía ngoài phải phân rã tới không vì r→ ∞ .Nh vậy với r<a phép giải hàm Besssel loại một

bậc v Đối với các hàm này ta sử dụng tên chung Jv(ur)

Phía ngoài lõi sợi, phép giải phơng trình (2.35) đợc giải bằng hàm Bessel biến đổi loại 2Kv(wr) với 2

2 2

w = β − trong đó k2 = 2 πn2/ λ, vì thế biểu thức cho EZ và Hz phía ngoài lõi là:

Do r → ∞ K v( )wr → 0nên w > 0 ở đâylật lại vấn đề β ≥k2chính là điều

kiện giới hạn (ngỡng) Vậy ta có thể nói điều kiện giới hạn là điểm mà tại đó mode không còn là biên cho vùng lõi Điều kiện giới hạn thứ hai về β có thể suy ra từ Jv(ur) ở bên trong lõi tham số u phải là thực để F1 là thực, từ đó kéo theok1 ≥ β Vì thế dải cho phép của β về giải pháp đờng bao là:

k n k k

k

Với k = 2 π / λ gọi là hằng số truyền ở khoảng không tự do

- Phơng trình mode

Các giải pháp để β phải đợc xác định từ các điều kiện đờng biên Các

điều kiện dờng biên đòi hỏi rằng, các thành phần tiếp tuyến Eφvà E2 của E ở bên trong và bên ngoài ranh giới điện môi tại r = a phải giống nhau và tơng tự

nh các thành phần Hφvà Hz Trớc hết ta khảo các thành tiếp tuyến của E Theo thành phần z ta có, từ phơng trình (2.36) ở phía trong ranh giới lõi – vỏ (EZ = EZ1) và từ phơng trình (2.38) ở bên trong ranh giới (EZ= EZ2) là:

v z t j jv v Z

1

2

2 =u =k − β

1− =−  − −  a k a −D wK aw =

jv C w ua uJ B ua J a

jv A u

j E

(2.45)Tơng tự đối với các thành phần tiếp tuyến của H, cũng chỉ ra tại r = a rằng

HZ1 – HZ2 = BJv(ua) – DKv(wa) = 0 (2.46)

Và

2 2

' 1 2

2

1− =−  + −  a K a +C wK wa =

jv D w ua uJ A ua J a

jv B u

j H

2 2

2 2

1

1 1 )

(

w u a

v k

V V

β (2.49)

Với

) (

) (

ua uJ

ua J v

v v

′

=

ℑ và

) (

) (

wa wK

wa K v

v v

′

= ℵ

Bằng cách giải các phơng trình (2.49) đối với βsẽ thấy đợc rằng chỉ các giá trị rời rạc mới giới hạn dải đã cho trong trong biểu thức (2.40)

- Các mode trong sợi chỉ số chiết suất phân bậc

Ta sử dụng các hàm số Bessel loại J để mô tả các mode trong sợi chiết suất phân bậc này

Các hàm Bessel loại J tơng tự nh là các hàm số điều hòa vì chúng thể hiện dao động với k là thực tựa nh các hàm sin Do đó biểu hiện dao đông Jv mà

sẽ tồn tại m nghiệm của phơng trình (2.49) đối với giá trị v đã cho Các nghiệm này sẽ đợc βVm định ra, và các mode tơng ứng là TEvm, TMvm, EHvm hoặc HEvm Hình 2.5 là giản đồ vẽ mẫu trờng điện ngang đối với 4 mode bậc thấp nhất trên tiết diện cắt ngang sợi chiết suất phân bậc

Đối với sợi ( ống dẫn sóng cách điện), tất cả các mode là các mode tái tạo lại từ trờng hợp v= 0 Khi v= 0 thì phía bên phải của phơng trình (2.49) triệttiêu và dẫn tới 2 phơng trình khác nhau ở bên trái bằng không

0 0

0 + ℵ =

ℑ (2.50)Hay: ( )( ) 0( ) ( ) 0

1

wa wK

wa K ua uj

ua J

(2.51)Chú ý: J0′( )ua = −J1(ua);K0′ (wa) = −K1(wa)

Tơng ứng với các mode TEom(Ez=0) và có:

2 0 0

2 0

2

1 ℑ +k ℵ =

k (2.52)

( ) ( ) 0

) ( )

(

0 1

2 2 0

wa K k ua uJ

ua J k

(2.53)Các ngỡng đối với các mode khác sẽ đợc tìm ra khi giải phơng trình (2.49) khi

(

2 2

2

v

ua ua

J n

Bảng 2.2: Các điều kiện đối với các mode phân bậc thấp

Một tham số quan trọng có liên quan đến điều kiện ngỡng là tần số chuẩn

V ( còn gọi là tham số V), nó đợc xác định nh sau:

( ) ( 2)

2

2 1 2

2 2

n n

a a

w u

2 1

2 2 2 2

2

n n

n k V

w a b

−

−

=

= β (2.55)2.2.2.2 Sợi quang đơn mode

Cấu trúc của các loại sợi dẫn quang đơn mode dựa trên cơ sở kích thớc của đờng kính lõi và sự khác nhau nhỏ về chỉ số chiết suất giữa lõi và vỏ sợi Kích thớc đờng kính lõi sợi chỉ khoảng vài bớc sóng

- Đờng kính trờng mode

Tham số cơ bản của sợi đơn mode là đờng kính trờng mode (MFD – Mode Field Diameter) Đờng kính trờng mode tơng tự nh đờng kính lõi trong các sợi đa mode, loại trừ trờng hợp trong sợi đơn mode không có toàn bộ ánh sáng đợc mang đi trong lõi sợi Điều này có thể tham khảo ở hình 2.6

Hình 2.6: Sự phân bố trong sợi quang đơn mode

Bề rộng của đờng kính trờng mode 2W0 của mode LP01

2 / 1

0

2 0

2 3

0

) (

) ( 2

dr r E r

Trong đó W0 là độ rộng của phân bố trờng điện, r là bán kính lõi sợi, Eđ

là phân bố trờng của mode LP01 đợc xác định nh sau:

Ư exp

)

(

W

r E

r

Với E0 la trờng tại bán kính r = 0

- Các mode lan truyền trong sợi đơn mode

Trong các sợi lý tởng có tính hoàn toàn đối xứng tròn, haio mode sẽ thoáihóa với các hằng số truyền lan bằng nhau (kx = ky) và bất kỳ trạng thái phân cựcnào đã phun vào sợi sẽ truyền đi y nguyên Trong thực tế, sợi dẫn quang cha đ-

ợc hoàn hảo do tác động của các ứng suất bên trong không đối xứng, tính khôngtròn của lõi, và chỉ số chiết suất không đều Những sự không hoàn thiện này làm mất đi tính đối xứng tròn của sợi lý tởng và kéo theo sự thoái hóa của hai mode Các mode sẽ lan truyền với các vận tốc pha khác nhau, và sự khác nhau giữa các chỉ số chiết suất hiệu quả gọi là khúc xạ kép hay lỡng chiết sợi

Với nx, ny là các chỉ số mode cho các mode phân cực trực giao Tơng tự,

ta có thể xác định khúc xạ kép nh sau:

) (

0 n y n x

k −

=

Với k0 = 2 π / λlà hằng số truyền lan trong không gian tự do

Nếu nh ánh sáng đợc phun vào sợi dẫn quang để cả hai mode đợc kích thích thì một mode sẽ bị trễ về pha so với mode kia khi chúng lan truyền Nh vậy, lỡng chiết sẽ làm thay đổi công suất theo chu kỳ giữa hai thành phần trực giao Lúc này, hai mode sẽ tạo phách tại điểm đó và trạng thái phân cực đầu vào

sẽ đợc tái xuất hiện Độ dài phách của sợi có thể đợc xác định là:

B

Thờng thì B≈ 10−7và L B ≈ 10mđối với λ ≈ 1 àm

2.2.2.3 Sợi đa mode chỉ số chiết suất građien

Sợi građien có băng tần đạt tới 300MHz.km tới 3GHz.km do có sự cân bằng đợc sự trễ nhóm của các nhóm mode lan truyền khác nhau Tuy nhiên, băng tần của sợi này vẫn thấp hơn băng tần của sợi đơn mode đã xét ở trên (đạt tới 20THz.km)

Trong sợi dẫn quang chiết suất građien, chỉ số chiết suất của lõi không

đều nh sợi phân bậc, mà nó giảm dần từ tâm ra ranh giới phân cách lõi vỏ theo chiều tăng của bán kính r Còn chiết suất của vỏ phản xạ vẫn là hằng số

n( r )

n2

Mặt cắt lõi sợi mở rộng Tiếp giáp vỏ - lõi

Hình 2.7: Chỉ số chiết suất của sợi đơn građienChỉ số chiết suất có quan hệ theo quy luật nh sau

n(r) =

2 / 1 1

1 2 1

Với 0 ≤r≤a

1 2

2 / 1

2 2

2 1

n n n

n

=

∆ (2.62)

- Khẩu độ số sợi građien

ở sợi građien, khẩu độ số NA phụ thuộc vào vị trí mặt cắt ngang đầu lõi sợi Xét về mặt quang hình học thì ánh sáng tới lõi sợi tại vị trí r sẽ lan truyền

nh các mode dẫn (mode chủ đạo) chỉ khi nó ở trong khẩu độ số cục bộ NA(r) tại

điểm đó Khẩu độ số cục bộ đợc xác định nh sau:

[ ] 2

2 / 1 2 2 2

n r

2

2 1 2 / 1 2 2

2

n

- Các mode trong sợi građien

Quá trình phân tích của sợi dẫn quang dựa trên việc giải các phơng trình Maxwel đã thực hiện một cách chặt chẽ trong sợi có chỉ số chiết suất phân bậc,

tức là sợi có chỉ số chiết suất lõi đồng nhất Còn trong trờng hợp sợi građien, ta phải sử dụng phơng pháp gần đúng dựa theo phơng pháp WKB, bằng việc áp dụng nguyên lý cơ lợng tử.

Tơng tự nh phơng trình (2.35) đã viết cho sợi chiết suất phân bậc ta có:

0 )

(

1

1 2

2 2

2 1 2

r

v r

n k dr

dF r dr

( )

2 2

n k Q r

jk Q

n k Q

Từ phơng trình (2.69) ta có

0 )

( )

( 2 2 2 2 220

n k Q

Lấy tích phân phơng trình (2.70) ta thu đợc:

dr r

v k

r n kQ

r

r

2 / 1 2

1

2

2 2 2 2

đã đợc dùng ở một số tuyến thông tin cự ly ngắn, tốc độ thấp Suy hao của nó ở bớc sóng 850nm là nhỏ hơn 4dB/km, ở bớc sóng 1300nm là nhỏ hơn 2dB/km Các sợi có kích thớc lõi/ vỏ là 62,5/125 à m, 80/125 à m, 85/125 à m,

100/140 à m ít đợc sử dụng, và chỉ có vài ứng dụng nhỏ cho mạng LAN cự ly ngắn, hoặc nối một vài thiết bị thông tin rẻ tiền ma thôi

2.3 Suy hao sợi quang

Việc truyền tín hiệu từ máy phát đến máy thu sẽ bị suy hao và méo tín hiệu, đây là hai yếu tố quan trọng, nó tác động vào toàn bộ quá trình thông tin,

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

2.3.1 Suy hao trong sợi quang

Suy hao trong sợi quang đóng một vai trò rất quan trọng trong việc thiết

kế hệ thống, là tham số xác định khoảng cách giữa phía phát và phía thu Trên một tuyến thông tin quang, các suy hao ghép nối giữa nguồn phát với sợi quang,giữa sợi quang với sợi quang, giữa sợi quang với đầu thu quang và giữa sợi quang với các thiết bị khác trên tuyến nh khuyếch đại quang hay thiết bị xen rẻ kênh…, cũng có thể coi là suy hao trên tuyến truyền dẫn Trong quá trình truyềntín hiệu ánh sáng, bản thân sợi dẫn quang cũng có suy hao, làm cho cờng độ tín hiệu bị yếu khi đi qua một cự ly lan truyền ánh sáng nào đó Cơ chế suy hao cơ bản trong sợi dẫn quang là suy hao do hấp thụ, suy hao do tán xạ và các suy hao

Trong đó: P1n Công suất đầu vào

Puat = Công suất đầu ra

L Chiều dài sợi dẫn quang

Suy hao do hấp thụ có liên quan tới vật liệu sợi trong đó bao gồn hấp thụ

do tạp chất, hấp thụ vật liệu và ấp thụ điện