Một số phương pháp đo các thông số của cáp sợi quang

- Ngày nay sợi đơn mode được sử dụng rộng rãi, độ suy hao của loại sợi nàychỉ còn khoảng 0,2 dB/km với bước sóng 1550 nm.. Sơ đồ thiết bị phát quangTín hiệu ánh sáng đã được điều chế tại

LỜI GIỚI THIỆU

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 thếgiới Các mạng thông tin điện hiện đại có cấu trúc điển hình gồm các nútmạng 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 lớn

Đối với kỹ thuật thông tin quang, người ta đã có thể tạo ra được các hệthống truyền dẫn tới vài chục Gb/s Một số nước trên thế giới ngày nay, hệthống truyền dẫn quang đã chiếm trên 50% toàn bộ hệ thống truyền dẫn Xuhướng mới hiện nay của ngành Viễn thôngthế giới là cáp quang hoá hệ thốngtruyền dẫn nội hạt, quốc gia và đường truyền dẫn quốc tế

Thành phần chính của hệ thống truyền dẫn quang là các sợi dẫn quangđược chế tạo thành cáp sợi quang Sợi quang với các thông số của nó quyếtđịnh các đặc tính truyền dẫn trên tuyến Do đó, đòi hỏi phải xác định chínhxác các thông số của nó

Thông thường, thông số của sợi quang đã được xác định do nhà sảnxuất 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 haotoàn tuyến, suy hao trung bình, suy hao hàn nối, suy hao ghép, khoảng cáchcủa cuộn cáp sử dụng, khoảng cách của toàn tuyến… Trong đó, quan trọngnhất là phải xác định một cách tương đối chính xác của sự cố xảy ra trêntuyến

Một trong các phương pháp để xác định của thông số trên đang được sửdụng rộng rãi là sử dụng thiết bị OTDR để đo Trong bản đồ án này, nêu racác phương pháp đo, trong đó giới thiệu các phương thức đo được bằngOTDR

Với thời gian có hạn, kiến thức còn hạn hẹp, bản đồ án này còn cónhiều thiếu sót, rất mong có sự đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn Qua

đây em xin chân thành cảm ơn cô giáo KS Nguyễn Thị Minh đã tạo điều

kiện, giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Vinh, tháng 5 năm 2010

Sinh viên

Nguyễn Danh Tuấn

1.1 Tổng quan về thông tin quang

1.1.1 Sự phát triển của hệ thống thông tin quang

Trải qua một thời gian dài từ khi con người sử dụng ánh sáng của lửa để làmphương tiện thông tin liên lạc đến nay lịch sử của thông tin quang đã qua những bướcphát triển và hoàn thiện được ghi nhận bằng những mốc chính sau:

- 1870: JOHN TYNDALL, nhà vật lý người Anh, đã chứng tỏ rằng ánh sáng

có thể dẫn được theo vòi nước uốn cong Thí nghiệm của ông đã sử dụng nguyên lýphản xạ toàn phần, điều này vẫn còn áp dụng cho sợi quang ngày nay

- 1880: ALEXANDER GRAHAM BELL, người Mỹ, giới thiệu hệ thốngphotophone, qua đó tiếng nói có thể truyền đi bằng ánh sáng trong môi trường khôngkhí mà không cần dây Tuy nhiên hệ thống này chưa được áp dụng trên thực tế vì cònquá nhiều nguồn nhiễu làm giảm chất lượng của đường truyền

- 1934: NORMAN R FRENCH, kỹ sư người Mỹ, nhận được bằng sáng chế

về hệ thống thông tin quang Phương tiện truyền dẫn của ông là các thanh thuỷ tinh

- 1958: ARTHUR SCHAWLOW và CHARLES H TOWNES, xây dựng vàphát triển laser

- 1960: THEODOR H MAIMAN đưa laser vào hoạt động thành công

- 1962: Laser bán dẫn và photodiode bán dẫn được thừa nhận Vấn đề còn lại

là phải tìm môi trường truyền dẫn quang thích hợp

- 1966: CHARLESH KAO và GEORGEA HOCKHAM, hai kỹ sư phòng thínghiệm Standard Telecommunications của Anh, đề xuất việc dùng thuỷ tinh đểtruyền dẫn ánh sáng

- 1970: Hãng Corning Glass Works chế tạo thành công sợi quang loại SI cósuy hao nhỏ hơn 20 db/km ở bước sóng 633 nm

- 1972: Loại sợi GI được chế tạo với độ suy hao 4 dB/km

- 1983: Sợi đơn mode (SM) được xuất xưởng ở Mỹ

- Ngày nay sợi đơn mode được sử dụng rộng rãi, độ suy hao của loại sợi nàychỉ còn khoảng 0,2 dB/km với bước sóng 1550 nm

1.1.2 Cấu trúc và các thành phần chính trong tuyến truyền dẫn quang

Cho tới nay, các hệ thống thông tin quang đã trải qua nhiều năm khaithác trên mạng lưới dưới cấu trúc truyền khác nhau Nhìn chung, các hệ thốngthông tin quang thường phù hợp hơn cho việc truyền dẫn tín hiệu số và hầuhết các quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang đều đi theo hướngnày Theo quan niệm thống nhất như vậy, ta có thế xem xét cấu trúc của tuyếnthông tin quang bao gồm các thành phần chính như hình 1.1 dưới đây :

Hình 1.1 Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang

Các thành phần chính của tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi quang

và phần thu quang Phần phát quang được cấu tạo gồm có nguồn phát tín hiệuquang và các mạch điện điều khiển liên kết với nhau Cáp sợi quang gồm cócác sợi dẫn quang và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ khỏi tác động cóhại từ môi trường bên ngoài Phần thu quang do bộ tách sóng quang và cácmạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành Ngoài các thành phần chủ yếunày, tuyến thông tin quang còn có các bộ ghép nối quang (Connector) Cácmối hàn, các bộ ghép nối quang, chia quang và trạm lặp, tất cả tạo nên mộttuyến thông tin quang hoàn chỉnh

Tương tự như cáp đồng, cáp sợi quang được khai thác với những điềukiện lắp đặt khác nhau Chúng có thể được treo ngoài trời, chôn trực tiếp dưới

Bộ thu quang

Mạchđiềukhiển

Nguồnphátquang

Đầuthuquang

Chuyểnđổi tínhiệu

Tín hiệu

nhau mà độ dài chế tạo của cáp cũng khác nhau, có thể dài từ vài trăm mét tớivài kilomet Tuy nhiên đôi khi thi công, các kích cỡ của cáp cũng phụ thuộcvào từng điều kiện cụ thể, chẳng hạn như cáp đượ kéo trong cống sẽ khôngthể cho phép dài được, cáp có độ dài khá lớn thường được dùng cho treo hoặcchôn trực tiếp Các mối hàn sẽ kết nối các độ dài cáp thành độ dài tổng cộngcủa tuyến được lắp đặt.

Sợi quang có cấu trúc rất mảnh Nó được cấu tạo chủ yếu bằng vật liệuthuỷ tinh Dạng của sợi quang là hình ống trụ gồm hai lớp thuỷ tinh lồng vàonhau và có độ đồng tâm cao Đường kính của lõi dẫn ánh sáng vào khoảng

50µm đối với sợi đơn mode Đường kính ngoài của lớp vỏ phản xạ thôngthường vào khoảng 125µm cho cả 2 loại sợi Có ba loại sợi quang là sợi đamode chỉ số chiết suất phân bậc, sợi đa mode chỉ số chiết suất gradien, và sợiquang đơn mode Tham số quan trọng nhất của cáp sợi quang tham gia quyếtđịnh độ dài của tuyến là suy hao sợi quang theo bước sóng Đặc tuyến suy haocủa sợi quang theo bước sóng tồn tại ba vùng mà tại đó có suy hao thấp là cácvùng bước sóng 850nm, 1300nm, 1550nm Ba vùng bước sóng này được sửdụng cho các hệ thống thông tin quang và gọi là các vùng cửa sổ thứ nhất, cửa

sổ thứ hai và cửa sổ thứ ba tương ứng

Thiết bị phát quang có nhiệm vụ phát ánh sáng mang tín hiệu vàođường truyền sợi quang Cấu trúc thiết bị phát quang gồm có nguồn phátquang, mạch điều khiển điện, và mạch tiếp nhận tín hiệu đầu vào Nguồn phátquang ở thiết bị phát có thể sử dụng đioe phát quang (LED) hoặc Laser bándẫn (LD) Tín hiệu ở đầu vào thiết bị phát ở dạng số hoặc đôi khi có dạngtương tự sẽ được tiếp nhận để đưa vào phần điều khiển Mạch điều khiển thựchiện biến đổi tín hiệu điện dưới dạng điện áp thành xung dòng Cuối cùngnguồn phát sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu điện này thành tín hiệu quang tươngứng và phát vào sợi quang Hình 1.2 là sơ đồ khối của thiết bị phát quang

Hình 1.3 Sơ đồ thiết bị phát quang

Tín hiệu ánh sáng đã được điều chế tại nguồn phát quang sẽ lan truyềndọc theo sợi dẫn quang để tới phần thu quang khi truyền trên sợi dẫn quang,tín hiệu ánh sáng thường bị suy hao và méo do các yếu tố hấp thụ, tán xạ, tánsắc gây nên Bộ tách sóng quang ở phần thu thực hiện trực tiếp nhận ánh sáng

và tách lấy tín hiệu từ hướng phát tới Tín hiệu quang được biến đổi trực tiếptrở lại thành tín hiệu điện Các photodiôt PIN và photodiode thác lũ APD đều

có thể sử dụng làm các bộ tách sóng quang trong các hệ thống thông tinquang, cả hai loại này đều có hiệu suất làm việc cao và có tốc độ chuyển đổinhanh Các vật liệu bán dẫn chế tạo nênghiên cứuác bộ tách sóng quang sẽquyết định bước sóng làm việc của chúng và đuôi sợi quang đầu vào của các

bộ tách sóng quang cũng phải phù hợp với sợi dẫn quang được sử dụng trêntuyến lắp đặt Yếu tố quan trọng nhất phản ánh hiệu suất làm việc của thiết bịthu quang là độ nhạy thu quang, nó mô tả công suất quang nhỏ nhất có thể thuđược ở một tốc độ truyền dẫn số nào đó ứng với tỷ lệ lỗi bit của hệ thống;điều này tưng tự như tỷ số tín hiệu trên tạp âm ở các hệ thống truyền dẫntương tự Sau khi tín hiệu quang được tách tại bộ tách sóng quang, tín hiệuđiện thu được tại đầu ra photodiode sẽ được khuếch đại và khôi phục trởvềdạng tín hiệu như ở đầu vào thiết bị phát Như vậy sơ đồ của thiết bị thuquang sẽ có thể được mô tả như hình 1.4 sau :

Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị thu quang số

tách sóng photodiode

Khuếch đạiĐiều chỉnh

So với dây kim loại, sợi quang có nhiều ưu điểm đáng chú ý là :

- Suy hao thấp : Cho phép kéo dài khoảng cách tiếp vận và do đó giảmđược số trạm tiếp vận

- Dải thông tin rất rộng : có thể thiết lập hệ thống truyền dẫn tốc độcao

- Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ : dễ lắp đặt và chiếm ít chỗ

- Hoàn toàn cách điện : không chịu ảnh hưởng của sấm sét

- Không bị can nhiễu bởi trường điện từ : vẫn hoạt động trong vùng cónhiễu điện từ mạnh

- Vật liệu chế tạo có rất nhiều trong thiên nhiên

Nói chung, dùng hệ thống thông tin sợi quang kinh tế hơn so với sợikim loại với cùng dung lượng và cự ly

Sợi quang được ứng dụng trong thông tin và một số mục đích khác Vịtrí của sợi quang trong mạng lưới thông tin trong giai đoạn hiện nay baogồm :

- Mạng đường trục Quốc gia

- Đường trung kế

- Đường cáp thả biển liên quốc gia

- Đường truyền số liệu

- Mạng truyền hình

Và sắp tới, mạng viễn thông Việt Nam sẽ đưa vào sử dụng

- Thuê bao cáp sợi quang

- Mạng số đa dịch vụ ISDN

1.2.1 Khái niệm

- Sợi quang là sợi mảnh, trong suốt dẫn ánh sáng, gồm phần lõi cho ánhsáng truyền qua và phần vỏ bao quanh

- Lõi có chiết suất lớn hơn vỏ 0.2% hoặc 0.3%

- Sợi quang có đường kính rất nhỏ, nhẹ đặc tính truyền dẫn cao

1.2.2 Nguyên lý truyền anh sáng trong sợi quang

Ánh sáng dùng trong thông tin quang nằm ở vùng cận hồng ngoại với bướcsóng từ 800-1600 nm Đặc biệt có 3 bước sóng thông dụng là 850 nm, 1300 nm, 1550nm

1.2.2.1 Chiết suất của môi trường

Chiết suất của môi trường được xác định bởi tỷ số của vận tốc ánh sángtruyền trong chân không và vận tốc ánh sáng truyền trong môi trường ấy

V

C

n=

n : Chiết suất của môi trường

C : Vận tốc ánh sáng trong chân không, đơn vị m/s

Từ công thức Senll đã nêu trên ta thấy :

- Nếu n1 < n2 thì θ1 > θ2 : Tia khúc xạ gãy về phía gần pháp tuyến

- Nếu n1 > n2 thì θ1 < θ2 : Tia khúc xạ gãy về phía gần pháp tuyến hơn.Trường hợp n1 > n2, nếu tăng θ1 thì θ2 cũng tăng và θ2 luôn lớn hơn θ1 .Khi θ2 = 900, tức tia khúc xạ song song với mặt tiếp giáp, thì θ1 được gọi làgóc tới hạn: θth ; nếu tiếp tục tăng θ1 > θth thì không còn tia khúc xạ mà chỉ cótia phản xạ Hiện tượng này được gọi là sự phản xạ toàn phần

Tia khúc xạ

Tia phản xạTia tới

Dựa vào định luật khúc xạ ánh sáng (công thức Snell) với θ2 = 900 cóthể tích được góc tới hạn θth .

1

2 1

2

n

n arcSin hay

n

n Sinθth = θth=

1.2.3 Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

1.2.3.1 Nguyên lý truyền dẫn chung

Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang được chế tạo gồmmột lõi (core) bằng thuỷ tinh có chiết suất n1 và một lớp vỏ phản xạ(Clalding)cũng bằng thuỷ tinh có chiết suất n2 với n1 > n2, ánh sáng truyền trong lõi sợiquang sẽ phản xạ đi phản xạ lại nhiều lần (phản xạ toàn phần) trên mặt tiếpgiáp giữa lõi và lớp vỏ phản xạ Do đó ánh sáng có thể truyền được trong sợi

có cự ly dài ngay cả khi sợi bị uốn cong nhưng với một độ cong có giới hạn

Hình 1.6 Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

1.2.3.2 Khẩu độ số NA

Sự phản xạ toàn phần chỉ xảy ra đối với những tia sáng có góc tới ở đầusợi nhỏ hơn góc tới hạn φth (hình 1.7) Sin của góc tới hạn này được gọi làkhẩu độ số, ký hiệu NA :

Hình 1.7 Đường truyền của tia sáng với góc tới khác nhau

2 2 2

2 2

n Sin

NA φth

Trong đó

1

2 1 2 1

2 2

2 1

n n n

n

=

Độ lệch chiết suất tương đối ∆ có giá trị khoảng từ 0,002 đến 0,013(tức là từ 0,2% đến 1,3%)

1.2.4 Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang

1.2.4.1 Sợi quang có chiết suất nhảy bậc (sợi SI: Step- Index)

Đây là loại sợi có cấu tạo đơn giản nhất với chiết suất của lõi và lớpbọc khác nhau một cách rõ rệt như hình bậc thang Các tia từ nguồn quangphóng vào đầu sợi với góc tới khác nhau sẽ truyền theo những đường khác

Các tia sáng truyền trong lõi với cùng vận tốc :

Do có độ tán sắc lớn nên sợi SI không thể truyền tín hiệu số có tốc độcao qua cự ly dài được Nhược điểm này có thể khắc phục được trong loại sợi

có chiết suất giảm dần

1.2.4.2 Sợi quang có chiết suất giảm dần(sợi GI:Graded- Index)

Sợi GI có dạng phân bố chiết suất lõi hình Parabol,vì chiết suất thayđổi một cách liên tục nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn cong dần

Đường truyền của các tia sáng trong sợi GI cũng không bằng nhau

truyền gần trục có đường truyền ngắn hơn nhưng lại có vận tốc truyền nhỏhơn Tia truyền dọc theo trục có đường truyền ngắn nhất vì chiết suất ở trục làlớn nhất Nếu chế tạo chính xác sự phân bố chiết suất theo đường parabol thìđường đi của các tia sáng có dạng hình sin và thời gian truyền của các tia nàybằng nhau Độ tán sắc của sợi GI nhỏ hơn nhiều so với sợi SI.

1.2.4.3 Các dạng chiết suất khác

Hai dạng chiết suất SI và GI được dùng phổ biến Ngoài ra còn một sốdạng chiết suất khác nhằm đáp ứng nhu cầu đặc biệt như :

+ Dạng giảm chiết suất lớp bọc :

Trong kỹ thuật chế tạo sợi quang, muốn thuỷ tinh có chiết suất lớn phảithêm nhiều tạp chất vào, điều này tang suy hao Dạng giảm chiết suất lớp bọcnhằm đảm bảo độ lệch chiết suất ∆ nhưng có chiết suất lõi n1 không cao

+ Dạng dịch độ tán sắc :

Như đã biết, độ tán sắc tổng cộng của sợi quang sẽ triệt tiêu ở bướcsóng gần 1300 nm Người ta có thể dịch điểm có độ tán sắc triệt tiêu đến bướcsóng 1550nm bằng cách dùng sợi quang có dạng chiết suất

+ Dạng san bằng tán sắc

Với mục đích làm giảm độ tán sắc của sợi quang trong một khoảng bước sóng.Chẳng hạn đáp ứng cho kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng người ta dùng sợi quang

Dạng chiết suất này khá phức tạp nên hiện nay chỉ mới áp dụng trongthí nghiệm chứ chưa đưa ra thực tế

1.2.5 Sợi đa mode và đơn mode

1.2.5.1 Sợi đa mode (mm : multi - mode)

Sợi đa mode có đường kính lõi và khẩu độ số lớn Các thông số của loạisợi đa mode thông dụng (50/125 µm) là :

- Đường kính lớp bọc : D = 2b = 125µm

- Độ lệch chiết suất : ∆ = 0,01 = 1%

- Chiết suất lớn nhất của lõi n1 = 1,46

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

Hình 1.10 Kích thước sợi đa mode theo tiêu chuẩn CCITT

(50/125µm)

1.2.5.2 Sợi đơn mode (Sm : single mode)

Khi giảm kích thước lõi sợi để chỉ có một mode sóng cơ bản truyềnđược trong sợi thì gọi là sợi đơn mode

Vì chỉ có một mode sóng truyền truyền trong sợi nên độ tán sắc donhiều đường truyền bằng không và sợi đơn mode có dạng phân bố chiết suấtnhảy bậc (Hình 1.11).

Các thông số của sợi đơn mode thông dụng là :

Hình 1.11 Kích thước sợi đơn Mode

Độ tán sắc của sợi đơn mode nhỏ hơn nhiều so với sợi đa mode (kể cảloại sợi GI), đặc biệt ở bước sóng λ = 1300 nm độ tán sắc của sợi đơn moderất thấp ( ~ 0); Do đó dải thông của sợi đơn mode rất rộng Song vì kích thướccủa các linh kiện quang cũng phải tương ứng và có thiết bị hàn cầu ngày nayđều có thể đáp ứng và do đó sợi đơn mode được dùng phổ biến

1.2.6 Cấu trúc sợi quang

Thành phần chính của sợi quang gồm lõi(core) và lớp bọc (cladding) Trong

=

∆

bọc để giữ ánh sáng tập trung trong lõi nhờ sự phản xạ toàn phần giữa lõi và lớp bọc.

Để bảo vệ sợi quang, tránh nhiều tác dụng do điều kiện bên ngoài sợi quangcòn được bọc thêm một vài lớp nữa:

- Lớp phủ hay lớp vỏ thứ nhất (primary coating)

- Lớp vỏ thứ hai (Secondary coating)

1.2.6.1 Lớp phủ

Lớp phủ có tác dụng bảo vệ sợi quang:

- Chống lại sự xâm nhập của hơi nước

- Tránh sự trầy sướt gây nên những vết nứt

- Giảm ảnh hưởng vì uốn cong

Lớp phủ được bọc ngay trong quá trình kéo sợi Chiết suất của lớp phủ lớnhơn chiết suất của lớp bọc để loại bỏ các tia sáng truyền trong lớp bọc vì khi đó sựphản xạ toàn phần không thể xảy ra phân cách giữa lớp bọc và lớp phủ Lớp phủ cóthể được nhuộm màu hoặc có thêm vòng đánh dấu, khi hàn nối sợi hoặc ghép ánhsáng vào sợi nhất thiết phải tẩy sạch lớp phủ Độ đồng nhất, bề dày và độ đồng tâmcủa lớp phủ có ảnh hưởng đến chất lượng của sợi quang

1.2.6.3 Dạng ống đệm lỏng

Sợi quang (đã bọc lớp phủ) được đặt trong một ống đệm có đường kính lớnhơn đường kích thước sợi quang

Hình 1.13 Cấu trúc ống đệm lỏng (Loose buffer)

Ống đệm lỏng thường gồm hai lớp, lớp trong có hệ số ma sát nhỏ để sợi quang

di chuyển tự do khi cáp bị kéo căng hoặc co lại, lớp ngoài bảo vệ sợi quang trước ảnhhưởng của lực cơ học Đối với cáp trong nhà thì bên trong ống đệm lỏng không cầnchất nhồi nhưng với cáp ngoài trời thì phải bơm thêm chất nhồi có các tính chất sau:

- Có tác dụng ngăn ẩm

- Có tính nhớt không tác dụng hoá học với các thành phần khác của cáp

- Dễ tẩy sạch khi cần hàn nối

ống đệmchất nhồi

1,2 ÷ 2mm

lớp vỏ do đó giảm kích thước và trọng lượng của cáp, song sợi quang lại chịu ảnhhưởng trực tiếp khi cáp bị kéo căng để giảm ảnh hưởng này người ta chèn thêm mộtlớp đệm mềm ở giữa lớp phủ và lớp vỏ Hình thức này được gọi là cấu trúc đệm tổnghợp Sợi quang có vỏ đệm khít và đệm tổng hợp thường được dùng làm cáp đặt trongnhà, làm dây nhảy để đấu nối các trạm đầu cuối

Hình 1.14 Cấu trúc sợi quang có vỏ đệm tổng hợp

1.2.6.5 Dạng băng dẹt

Cấu trúc băng dẹt cung là một dạng vỏ đệm khít nhưng bọc nhiều sợi quangthay vì một sợi Số sợi trong băng có thể lên đến 12, bề rộng của mỗi băng tuỳ thuộcvào số sợi trong băng Nhược điểm của cấu trúc này giống như cấu trúc đệm khít, tức

là sợi quang chịu ảnh hưởng trực tiếp khi cáp bị kéo căng

CHƯƠNG 2 : SUY HAO VÀ TÁN XẠ TRONG SỢI QUANG

2.1 Suy hao trong sợi quang

2.1.1 Định nghĩa

Sợi quangLớp phủLớp đệm mềmLớp vỏ0,9mm

Công suất quang truyền trên sợi sẽ bị giảm dần theo cự lý với quy luậthàm số mũ tương tự như tín hiệu điện Biểu thức tổng quát của hàm số truyềncông suất có dang :

10 , ) 0 ( )

L

L P P

α

−

=Trong đó : P(0) : là công suất ở đầu sợi (L = 0)

P(L) : là công suất ở cự ly L (km) tính từ đầu sợi

α : là hệ số suy hao

Hình 2.1 Công suất truyền trên sợi quang

- Độ suy hao được tính bởi :

2

1 lg 10 ) (

P

P dB

Trong đó : P1 = P(0) : là công suất đưa vào đầu sợi

P2 = P(L) : là công suất ra ở cuối sợi

- Hệ số suy hao trung bình

) (

) ( ) / (

km L

dB A km

αTrong đó : A : là suy hao của sợi

L : là chiều dài sợi

Về nguyên lý đây không phải là giá trị tuyệt đối (đại lượng α) mà làquan hệ công suất hoặc mức, do đó phép đo đơn giản hơn

2.1.2 Đặc tuyến suy hao

) (

Đặc tuyến suy hao của sợi quang khác nhau tuỳ theo chủng loại sợinhưng tất cả đều thể hiện được các đặc tính suy hao chung Một đặc tuyếnđiển hình của loại sợi đơn mode như hình 2.2 sau :

Hình 2.2 Đặc tuyến suy hao của sợi đơn mode

Trên đặc tuyến suy hao của sợi quang có 3 vùng bước sóng có suy haothấp, còn gọi là 3 cửa sổ suy hao

- Cửa số thứ nhất có bước sóng 850nm :Được xem là bước sóng có suyhao thấp nhất đối với những sợi quang được chế tạo trong giai đoạn đầu Suyhao trung bình ở bước sóng này từ 2 - 3 dB/km Ngày nay bước sóng này ítđược dùng vì suy hao ở đó chưa phải là thấp nhất

- Cửa số thứ hai có bước sóng 1300nm : Suy hao ở bước sóng nàytương đối thấp khoảng 0,4 - 0,5 dB/km Đặc biệt, ở bước sóng này có độ tánsắc rất thấp nên đang được sử dụng rộng rãi hiện nay

- Cửa số thứ ba có bước sóng 1550nm : Cho đến nay suy hao ở bướcsóng này là thấp nhất, có thể dưới 0,2 dB/km Trong những sợi quang bìnhthường, độ tán sắc ở bước sóng 1550nm lớn hơn so với ở bước sóng 1300.Nhưng với loại sợi có dạng phân bố chiết suất đặc biệt, có thể giảm độ tán sắc

ở bước sóng 1550 nm

α

(dB/km)

5 4 3 2 1 0,4 0,25

0 0,8 1 1,2 1,3 1,4 1,55

λ ( µ m)

Lúc đó sử dụng cửa sổ thứ ba sẽ có được cả hai điểm : Suy hao thấp vàtán sắc nhỏ Bước sóng 1550 nm sẽ được sử dụng rộng rãi trong tương lại,nhất là các tuyến cáp quang thả biển.

2.1.3 Các nguyên nhân gây suy hao trong sợi quang

Công suất truyền trong sợi bị thất thoát do sự hấp thụ của vật liệu, sự tán xạánh sáng và sự khúc xạ qua chỗ sợi bị uốn cong

2.1.3.1 Suy hao do hấp thụ

+ Sự hấp thụ của các chất kim loại:

Các tạp chất trong thuỷ tinh là một trong những nguồn hấp thụ ánh sáng Các

tạp chất thường gặp là Sắt (Fe), Đồng (Cu), Mangan (Mn), Chromium (Cr), Cobal (Co), Nikel (ni).v.v Mức độ hấp thụ của tạp chất phụ thuộc vào nồng độ tạp chất và

bước sóng ánh sáng truyền qua nó Để có sợi quang có độ suy hao dưới 1dB/Km cần

phải có thuỷ tinh thật tinh khiết với nồng độ tạp chất không quá một phần tỷ (10 -9)

+ Sự hấp thụ của OH:

Sự có mặt của các ion OH trong sợi quang cũng tạo ra một độ suy hao hấp thụđáng kể Đặc biệt độ hấp thụ tăng vọt ở các bước sóng gần 950nm, 1240nm, 1400nm.Như vậy độ ẩm cũng là một trong nhưng nguyên nhân gây suy hao của sợi quang.Trong quá trình chế tạo nồng độ của các ion OH trong lõi sợi được giữ ở mức dưới

một phần tỷ (10 -9) để giảm độ hấp thụ của nó

+ Sự hấp thụ bằng cực tím và hồng ngoại:

Ngay cả khi sợi quang được từ thuỷ tinh có độ tinh khiết cao sự hấp thụ vẫnsảy ra Bản thân của thuỷ tinh tinh khiết cũng hấp thụ ánh sáng trong vùng cực tím vàvùng hồng ngoại độ hấp thụ thay đổi theo bước sóng

2.1.3.2 Suy hao do tán xạ

Nguyên nhân gây suy hao do tán xạ là chủ yếu do tán xạ Rayleigh và domặt phân cách giữa lõi và lớp bọc không hoàn hảo :

+ Tán xạ ray leigh :

Nói chung khi sóng điện từ truyền trong môi trường điện môi gặpnhững chỗ không đồng nhất sẽ xẩy ra hiện tượng tán xạ Những chỗ khôngđồng nhất trong sợi quang đó cách sắp xếp của các phân tử thuỷ tinh, cáckhuyết tật của sợi như : bọt không khí, các vết nứt khi kích thước của vùngkhông đồng nhất vào khoảng 1/10 bước sóng thì chúng trở thành những nguồnđiểm để tán xạ Các tia sáng truyền qua những chỗ không đồng nhất này sẽtoả ra nhiều hướng chỉ một phần năng lượng ánh sáng truyền theo hướng cũ,phần còn lại truyền theo các hướng khác nhau, thậm chí truyền ngược về phíanguồn quang

Một đặc điểm quan trọng của tán xạ Rayleigh là tỷ lệ nghịch với luỹthừa bậc 4 của bước sóng (λ-4) nên giảm rất nhanh về phía trước sóng dài nhưhình 2.3

αTX (λ) = αTX(λ0) ( 0 ) 4

λλ

Trong đó : αTX (λ0) : là hệ số tán xạ tại bước sóng mẫu λ0 xác định theovật liệu chế tạo sợi

Ở bước sóng 850nm, suy hao do tán xạ Rayleigh của sợi Silica khoảng

1 - 2 dB/km và ở bước sóng 1300 nm suy hao chỉ khoảng 0,3 dB/km Ở bướcsóng 1550nm suy hao còn thấp hơn nữa

+ Tán xạ do mặt phân cách giữa lõi và lớp vỏ không hoàn hảo.

Khi tia sáng truyền đến những chố không hoàn hảo giưa lói và lớp bọctia sáng sẽ bị tán xạ Lúc đó, một tia tới sẽ có nhiều tia phản xạ với các gócphản xạ khác nhau Những tia có góc phản xạ nhỏ hơn góc tới hạn sẽ khúc xạ

ra lớp bọc và bị suy hao dần

2.1.3.3 Suy hao do bị uốn cong

Suy hao bức xạ xuất hiện bất cứ khi nào khi sợi quang bị uốn cong vớimột bán kính cong xác định Có hai loại uốn cong, uốn cong với bán kính lớn

so với đường kính sợi khi cáp quang được uốn theo góc và uốn cong khi sợiđược bện lại thành cáp

+ Vì uốn cong (Micro bending)

Khi sợi quang bị chèn ép tạo nên những chỗ uốn cong nhỏ (biên độ uốncong chừng vài mm) thì suy hao của sợi cũng tăng lên Sự suy hao này xuấthiện do tia sáng bị lệch trục khi đi qua những chỗ bị uốn cong đó Một cáchchính xác hơn sự phân bố trường bị xáo trộn khi đi qua những chỗ bị uốncong và dẫn tới một phần năng lượng ánh sáng phát xạ ra khỏi lõi sợi, đi tronglớp bọc và suy giảm dần theo hàm số mũ Độ lớn suy hao phụ thuộc vào độdài đoạn ghép Đặc biệt, sợi đơn mode rất nhạy với những chỗ vì uốn cong,nhất là về bước sóng dài

+ Uốn cong (Macro bendding)

Khi sợi bị uốn cong với bán kính uốn cong càng nhỏ thì suy hao càngtăng (như hình 2.4) Dĩ nhiên, không thể tránh được việc uốn cong sợi quangtrong quá trình chế tạo và lắp đặt Nhưng nếu giữ cho bán kính uốn cong lớnhơn một bán kính tối thiểu cho phép thì suy hao uốn cong không đáng kể.Người ta quy định bán kính uốn cong tối thiểu R là :

3 2 2

2 1

2 1

)(

4

3

n n

n R

−

=

πλ

Do đó cần chú ý đến bán kính uốn cong tối thiểu của sợi để không tăngsuy hao Bán kính uốn cong tối thiểu do nhà sản xuất đề nghị thông thường từ30mm đến 50mm

Hình 2.4 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 log

g bend

2.1.3.4 Suy hao do hàn nối

Khoảng cách giữa hai trạm thông tin quang thương dài hơn chiều dàimột cuộn cáp và nhất thiết phải nối các sợi quang của hai cuộn cáp với nhau

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ suy hao của mối hàn, có thể xếp thành ba

Suy hao của mối hàn trước tiên phụ thuộc vào công việc chuẩn bị nối,thông qua chất lựơng của mặt cắt sợi quang Các yêu cấu đối với mặt cắt là :

+ Mặt cắt phẳng, không mẻ, không lồi ở mép

+ Măt cắt không được dính bụi, các chất bẩn

+ Mặt cắt phải vuông góc với trục của sợi

Suy hao mối hàn phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa hai đầu sợi, còngọi là các yếu tố ngoài, bao gồm :

- Lệch trục : trục của hai sợi không song song nhau

- Lệch tâm : tâm của hai mặt cắt đầu sợi không trùng nhau

- Khe hở : đầu hai sợi không sít nhau

Nếu hai sợi được chuẩn bị cẩn thận, điều chỉnh chính xác nhưng cóthông số khác nhau thì suy hao hàn nối vẫn cao Do khác biệt các thông số sau

sẽ gây suy hao lớn cho mối hàn

- Đường kính sợi

- Độ méo elíp

- Khẩu độ : Số (NA) hay góc mở đầu sợi

NA = Sin θmax = n1 2 ∆

2.2 Tán xạ trong sợi quang

2.2.1 Hiện tượng, nguyên nhân và ảnh hưởng của tán xạ

Khi truyền dẫn các tín hiệu digital qua sợi quang, sẽ xuất hiện hiệntượng dãn rộng các xung ánh sáng ở đầu thu, thậm chí trong một số trườnghợp, các xung lân cận đè lên nhau, và khi đó ta không phân biệt được cácxung với nhau nữa, gây méo tín hiệu khi tái sinh Hiện tượng dãn xung đượcgọi là hiện tượng tán xạ

Nguyên nhân chính của hiện tượng tán xạ là do ảnh hưởng của sợiquang mà tồn tại các thời gian chạy khác nhau cho các ánh sáng phát đi đồng

Tán xạ ảnh hưởng rất quan trọng đến chất lượng truyền dẫn, cụ thể nhưsau :

- Khi truyền tín hiệu digital, trong miền thời gian nó gây ra dãn rộngcác xung ánh sáng

- Khi truyền tín hiệu analog thì ở đầu thu biên độ tín hiệu bị giảm nhỏ

và có hiện tượng dịch pha Độ rộng băng truyền dẫn của sợi do đó bị giới hạn

τS τE

Hình 2.5 Ảnh hưởng của tán xạ lên tín hiệu digital và tín hiệu analog

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

độ truyền dẫn bít

Ở đây xem xét trường hợp điển hình khi truyền dẫn tín hiệu digital.Một cách gần đúng, coi xung phát có độ rộng τS và xung thu có độ rộng τE códạng theo quy luật phân bố Gauses (xung hình chuông) Độ rộng xung tính ởmức biên độ bằng một nửa biên độ lớn nhất (hình 2.6) là

Khi thu về xung bị dãn rộng do tán xạ với độ dãn rộng (thời gian)là có

τ được tính theo công thức :

2 2

S

τ

Trường hợp xung phát rất hẹp, τS << thì có thể coi τ ≈ τE Độ dãn xung

τ theo công thức trên thể hiện mức độ tán xạ tín hiệu do sợi quang gây ra, và

nó có ảnh hưởng đến độ rộng băng truyền dẫn và tốc độ truyền dẫn bít

Trường hợp công suất ánh sáng thay đổi theo quy luật hình sin, sợiquang được coi gần đúng như bộ lọc thấp với hàm truyền đạt Gauses Hàmtruyền đạt biên độ là :

2

2 5 , 3 )

(

) 0 (

Ρ

= Η

Hình 2.6 Hàm truyền đạt biên độ của sợi quang

Xác xung ánh sáng có phân bố Gauses truyền đưa qua sợi quang thìbiên độ giảm theo quy luật

2 2

36 , 0 max τ

τ

−

P

Xét đặc tính truyền dẫn của sợi nhờ hình vẽ 2.6

Khi biên độ của hàmn H(f) giảm còn một nửa biên độ lớn nhất (tươngứng giảm 3 dB), người ta nhận được tần số fB (ở mức 3dB) và định nghĩa độrộng bằng truyền dẫn B = fB) (Từ f = 0 đến f = fB) Thay giá trị H(f) = 0,5

τ τ

44 , 0 26 , 2

τ = τ1 + τ2 +

Nếu tương ứng với τ1 , τ2 có các giá trị B1, B2 thì độ rộng băngtruyền dẫn của sợi khi có tác động tổng hợp của các hiện tượng tán xạ khácnhau là B và tính theo công thức :

1 1 1

2 2

2 1

b B B

Người ta cũng định nghĩa một đại lượng đặc trưng cho dung lượngtruyền dẫn của sợi quang là tốc đô bít có thể truyền lớn nhất : C(bit/s)

Do ảnh hưởng của tán xạ, các xung ở đầu vào máy thu bị giãn rộng,nhưng hai xung kề nhau còn đủ phân biệt được khi độ dãn xung τ còn nhỏ hơn

độ dãn xung τS của xung phát đi, từ đó tốc độ bít là :

B B

C =1 = 2 , 26 ≈ 2 τ

Như vậy, độ dãn xung τ, độ rộng băng tần truyền dẫn B và tốc độ bít C

có quan hệ ảnh hưởng nhau Để truyền được 2 bit/s cần có độ rộng băng tầnkhoảng 1Hz Trên thực tế để truyền được 2 bit/s cần độ rộng băng khoảng 1,6

Hz Do đó trên thực tế có thể coi rằng tốc độ truyền bít lớn nhất của sợi quangbằng độ rộng băng tần truyền dẫn

Muốn có sợi có độ rộng băng truyền dẫn và tốc độ bít lớn thì phải giảmnhỏ ảnh hưởng của tán xạ đến mức thấp nhất để có độ dãn xung τ bé nhất

2.2.3 Một số hiện tượng tán xạ

2.2.3.1 Tán xạ vật liệu

Ta biết rằng chiết suất của vật liệu thuỷ tinh làm sợi quang phụ thuộc vàobước sóng của tín hiệu ánh sáng truyền: n = n(λ) Nếu nguồn bức xạ quang phát rasóng ánh sáng hoàn toàn chỉ ở một bước sóng (đơn sắc) λ0 thì không có hiện tượnglệch thời gian truyền dẫn giữa các thành phần ánh sáng, chúng lan truyền cùng một

λλ

2

1 0 2

λ λ

λ = +∆Giá trị độ rộng phổ tương đối của nguồn phát quang là:

05 , 0

Như vậy ta thấy độ rộng phổ tương đối của đi ốt Laser nhỏ hơn LED rất nhiều(nhỏ hơn LED khoảng 50 lần) Thực tế hiện nay người ta có nhiều biện pháp để làmhẹp phổ của Laser bán dẫn, độ rộng phổ tuyệt đối ∆λ chỉ có vài nm.

Vận tốc pha của mỗi bước sóng trong giải phổ ∆λ sẽ biến đổi theo bước sóng

( ) ( ) λ = λ

=

n

C ph

v ph v

Khi đó vận tốc nhóm thay đổi theo chiết suất nhóm nn(λ)

n n

− λ

= λ

= λ

d

dn n

C n

C V

1 1

n

Nếu nn(λ2) > nn(λ1) thì có Vn(λ1) > Vn(λ2), do đó khi truyền ánh sáng qua đoạnsợi quang có chiều dài L thì 2 thành phần của xung ánh sáng ứng với 2 bước sóng(λ1) và (λ2) truyền với 2 vận tốc khác nhau dẫn đến thời gian truyền nhóm tn1 và tn2lệch nhau một lượng ∆tn được tính:

Nó cho biết độ lệch thời gian khi truyền xung ánh sáng trên 1Km sợi quangvới độ rộng phổ bức xạ 1nm Độ dãn rộng xung ở đầu vào máy thu chính là độ lệchthời gian nhóm và được tính:

M

Trong đó τ' : độ dãn rộng xung với chiều dài 1km

Do độ dãn xung τ (tán xạ) gây nên méo tín hiệu truyền dẫn nên nó vừa hạn chế

cự ly truyền dẫn vừa hạn chế độ rộng băng tần truyền dẫn Để đánh giá năng lựctruyền dẫn của các loại sợi quang có tán xạ, người ta dùng đại lượng đặc trưng làtích số độ rộng của băng tần với chiều dài truyền dẫn

26 , 2

1 L B

1 B

τ

Trong đó:

B: Băng tần truyền dẫn hệ thống trên chiều dài L km (MHz)

B’: Băng tần truyền dẫn trên chiều dài 1 km (MHz.Km)

τ : Độ dãn rộng xung trên chiều dài L km

τ' : Độ dãn rộng xung trên chiều dài 1 km,

Ví dụ: Để cự ly liên lạc trực tiếp của hệ thống thông tin quang L = 100km,yêu cầu độ rộng băng tần của hệ thống là B = 100MHz thì yêu cầu phải dùng sợiquang có băng tần truyền dẫn là: B’ = B.L = (100.100).MHz = 10GHz.Km

Hệ số tán xạ M trong (Hình 2.8) phụ thuộc vào vật liệu chế tạo sợi quang.Trên hình (1-16) chỉ ra sự phụ thuộc của hệ số tán xạ vật liệu M vào bước sóng vàloại vật liệu chế tạo cụ thể:

Hình 2.8 Hệ số tán xạ vật liệu của các loại vật liệu

Từ hình vẽ ta nhận thấy ở gần bước sóng λ = 1,3µm thì thuỷ tinh thạch anh(Si02) có M = 0 Hay nói cách khác là vùng bước sóng 1,3µm thì không có tán xạ vậtliệu Tương tự với thuỷ tinh thạch anh có trộn Ge02 : Ở vùng gần λ = 1,55µm, thì sợicũng không có tán xạ vật liệu Người ta thường kết hợp với đặc tính tổn hao của sợiquang để tìm ra các cửa sổ truyền dẫn hay bước sóng công tác của sợi quang

2.2.3.2 Tán xạ dẫn sóng

Sự phân bố của trường và hằng số truyền lan của các mode phụ thuộcvào tỷ số của đường kính lõi 2a và bước sóng công tác λ (tỷ số 2a/λ) Khiđường kính ruột ra của một loại sợi không đổi, các mode truyền lan với cácbước sóng λ lệch nhau một chút Vận tốc pha và vận tốc nhóm phụ thuộc vàobước sóng λ lúc này còn là một hàm của đặc tính hình học của sợi quang Nhưthế xung thu bị dãn rộng phụ thuộc vào bước sóng Đối với sợi đa mode dođươừng kính ruột lớn nên ảnh hưởng do tán xạ này rất nhỏ Còn sợi đơn mode

sáng lọt ra vỏ, vẫn lan truyền trên lớp tiếp giáp vỏ - ruột, có chiết suất thayđổi, nên sinh ra trễ nhóm Với sợi đa mode chiết suất bậc thì trị số tán xạ này

có sẵn và không đổi nưa

d V n C

L g

khoảng 0,1 ÷ 0,2

Đối với tán xạ dẫn sóng, ở xung quanh bước sóng 0,85µm (cửa sổtruyền dẫn thứ nhất) ta có vận tốc nhóm tỷ lệ với độ dài bước sóng, giống nhưtán xạ vật liệu, do đó hai tán xạ này đều dương (cùng làm dãn rộng xung ánhsáng) Nhưng độ lớn của tán xạ dân sóng nhỏ hơn một bậc so với tán xạ vậtliệu Ở bước sóng nhỏ hơn một bậc so với tán xạ vật liệu, ở bước sóng1,25µm thì tán xạ dẫn sóng trở lên có độ lớn đáng kể so với tán xạ vật liệu tớibước sóng 1,27µm chúng sẽ có dấu hiệu khác nhau và sẽ làm suy giảm lẫnnhau tới 0

2.2.3.3 Tán xạ mode

Hiện tượng này chỉ xuất hiện ở sợi đa mode Các thành phần ánh sánglan truyền nhờ các mode riêng rẽ Với thời gian khác nhau, nên có sự chênhlệch thời gian sinh ra méo xung (dãn xung) Dạng xung ở đầu vào máy thuphụ thuộc vào hai yếu tố chính :

+ Thành phần công suất từ nguồn phát quang được ghép vào sợi quang.+ Sự phân bố các mode truyền dẫn trên sợi quang

Để có thể hiểu hiện tượng một cách tương đối đơn giản, người ta sửdụng phương pháp tia, coi mỗi mode truyền dẫn được đặc trưng nhờ một tia

sáng Sợi quang được coi là lý tưởng, không gây ra hiện tượng trộn các modevới nhau, và coi chiết suất của sợi không phụ thuộc vào bước sóng.

Trong sợi SI, các tia sáng ứng với mỗi mode chạy theo các đường ríchrắc với độ dài khác nhau, trong đó tia sáng song song với trục quang có độ dàIngắn nhất Vì chiết suất n1 của thuỷ tinh chế tạo ruột không thay đổi, nên vậntốc lan truyền của các tia sóng thành phần là như nhau Vì vậy thời gian cầnthiết để lan truyền của các tia là rất khác nhau Các tia đến đầu cuối sợi khôngcùng một lúc, mà có sự chênh lệch thời gian, gây ra dãn xung Thời gian lệchgiữa tia sáng nhanh nhất và chậm nhất được tính như sau :

Hình 2.9 So sánh tia dài nhất và tia ngắn nhất trong sợi SI

- Tia 1 : tia dài nhất, có độ dài : 1 cos 1

1 cos 1

1

n

C V C

Ln n

C

L V

1

n C

C Ln n C

L V

2

2 1 2

.

n C

L t

n

n n n C

L C

n L n C

n L t t t

Trong đó

2

2 1

n

n

n −

=

Thời gian chênh lệch trên mỗi km sợi cũng chính là độ trải xung do tánsắc mode:

km L

t

d 0 , 01 48 , 6 10 /

/ 10 3

458 , 1

Đối với sợi có chiết suất giảm dần (GI) độ trảI xung do tán sắc modenhỏ hơn so với sợi chiết suất nhảy bậc (SI) :

Độ trải xung qua mỗi km sợi hay độ tán sắc mode :

8 mod

t d

Tổng quát, độ tán sắc mode phụ thuộc vào dạng phân bố chiết suất củasợi đa mode thông qua số mũ trong biểu thức hàm chiết suất :

r a

r n r

2

; 2 1

)(

Sự phụ thuộc của mode vào số mũ g được biểu diễn theo hàm trên Qua

đó ta thấy dmod đạt cực tiểu khi g ~ 2 và dmod tăng khá nhanh khi g có giá trịkhác 2 về hai phía Đây là một trong những yêu cầu nghiêm ngặt trong quátrình chế tạo sợi GI

Ảnh hưởng của tán xạ mode tới băng tần truyền dẫn của sợi quang :Giả thiết rằng không xẩy ra trộn mode, thời gian trễ nhóm ∆τ trongmột sợi đa mode do sự khác nhau giữa vận tốc nhóm của mode cơ bản vàmode có số mode N lớn nhất được cho bởi :

L 1 1

τVới Vgo , VgN : là vận tốc nhóm của mode cơ bản, và mode N

L : là chiều dàI sợi quang Độ rộng băng tần truyền dẫn của sợi tươngứng với trễ nhóm này được định nghĩa bằng :

|

| τ

−

=

Đối với sợi grandiert có phân bố chiết suất thay đổi thì hệ số mũ α, vớigiả thiết tất cả các mode truyền dẫn (0N) có cùng công suất, tích số BLđược tích bởi :

với =− ∆  ∆λ 

λ ε

Trong trường hợp sợi grandient thuỷ tinh silic, khi thay giá trị α = 2 làgiá trị tương ứng với tạn xạ do mode bé nhất tích số :

2 1

2

∆

=

n

C A BL

So sánh hai tích số BL trên ta có thể thấy rằng băng thông của sợigrandient lớn hơn băng thông của sợi chiết suất bậc 2 là 2/∆ lần

2.2.3.4 Tán xạ mặt cắt

Trong quá trình nghiên cứu, khi giả thiết chiết suất có biến thiên theobước sóng, người ta đều coi độ lệch chiết suất tương đối không phụ thuộc vàobước sóng λ Thế nhưng xem xét kỹ thì thấy rằng chiết suất n1 và n2 của ruột

và vỏ biến thiên theo bước sóng không cùng một mức độ như nhau, nên giá trịcũng thay đổi theo bước sóng, gây nên hiện tượng tán xạ phụ gọi là tán xạ mặtcắt, và đặc trưng qua tham số tán xạ P :

λ

λ

d

d n

n P