Transcript CẤU TẠO SỢI QUANG HỌC Cáp quang gồm các phần sau: * Core : Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi *

CẤU TẠO SỢI QUANG HỌC
Cáp quang gồm các phần
sau:
* Core : Trung tâm phản
chiếu của sợi quang nơi ánh
sáng đi
* Cladding : Vật chất
quang bên ngoài bao bọc lõi mà
phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi.
* Buffer coating : Lớp
phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi
không bị hỏng và ẩm ướt
* jacket: Hàng trăm hay
hàng ngàn sợi quang được đặt
trong bó gọi là Cáp quang.Những
bó này được bảo vệ bởi lớp phủ
bên ngoài của cáp được gọi là
jacket.
Phân loại sợi quang học
Sợi quang thạch anh
Phân loại theo vật liệu điện môi Sợi quang thủy tinh đa vật liệu
Sợi quang bằng nhựa
Sợi quang đơn mode
Phân loại theo mode lan truyền
Sợi quang đa mode
Phân loại theo phân bố chiết
suất khúc xạ
Sợi quang chiết suất bậc
Sợi quang chiết suất biến đổi
đều
Sự suy hao tín hiệu
•
•
Suy hao do hấp thụ: Sù
kh«ng tinh khiÕt cña sîi
quang lµ nguyªn nh©n chñ
yÕu cña suy hao ( do c¸c kim
lo¹i chuyÓn tiÕp nh : S¾t
,Cr«m , Coban, §ång vµ ®é
Èm cña OH )
Suy hao do tán xạ Rayleigh:
xuÊt hiÖn khi cã sù
thay ®æi chiÕt suÊt
cña sîi quang x¶y ra
trong 1 vïng nhá h¬n
bíc sãng ¸nh s¸ng sö
dông
•
Suy hao bức xạ do bị bẻ
cong:

(dB/km)
5
4
3
2
1
0,4
0,25
0
0,8
1
1,2
1,3
1,4
1,55
 (m)
Sự truyền dẫn quang trong sợi quang học
Sự tán sắc đường truyền
Nguyên nhân: do chùm tia sáng truyền theo
nhiều đường khác nhau trong lõi cáp
quang rộng.
Xét hai tia sáng đi vào với góc   0 và góc
A
Truyền đi với cùng vận tốc

c
v 
nr 1
Đối với tia truyền thẳng:
ta 
Đối với tia ngoài cùng:
l nr1.l

v
c
nr1.l
nr21.l
te 
 2
c.sin 1c
nr 2 .c
• Độ chênh lệch thời gian:
 mp
nr1.l.nr
  a  e 
nr 2 .c
• Độ tán sắc đường truyền được tính bằng độ mở rộng
thời gian trên một đơn vị chiều dài:
 mp
nr1.nr

l
nr 2 .c
• Độ rộng băng thông (tốc độ đường truyền):
f .l 
nr 2 .c
2nr1.nr
Sự tán sắc đường
truyền
• Nguyên nhân: do chùm tia sáng truyền theo nhiều đường
khác nhau trong lõi cáp quang rộng.
Xét hai tia sáng đi vào với góc   0 và góc  A
Truyền đi với cùng vận tốc
c
v 
nr 1
Đối với tia truyền thẳng:
Đối với tia ngoài cùng:
ta 
l nr1.l

v
c
nr1.l
nr21.l
te 
 2
c.sin 1c nr 2 .c
• Độ chênh lệch thời gian:
 mp   a   e 
nr1.l.nr
nr 2 .c
• Độ tán sắc đường truyền được tính bằng độ mở rộng
thời gian trên một đơn vị chiều dài:
 mp
l
nr1.nr

nr 2 .c
• Độ rộng băng thông (tốc độ đường truyền):
nr 2 .c
f .l 
2nr1.nr
Sự tán sắc vật liệu
• Tán sắc vật liệu sinh ra là do trong một sợi cáp quang, vận
tốc ánh sáng cũng như chiết xuất của quang sợi là một hàm
số của bước sóng ánh sáng tín hiệu

vp 
• Vận tốc pha:
k
• Vận tốc nhóm:
vg 
d
dk
• Ta có chiết suất pha, chiết suất nhóm:
c
c
Nr 
nr 
vg
vp
• Từ đó ta được vận tốc nhóm:
c
c
vg  
Nr nr  .dnr / d 
Hình 1. Sự thay đổi của vận tốc nhóm theo bước sóng trong
quang sợi đơn một thông thường
Đối với các bước sóng trong phạm vi 1550nm thì tán sắc vật
liệu là nguyên nhân chính gây nên hiện tượng tán sắc
Trên thực tế không thể có một nguồn sáng đơn sắc tuyệt đối,
mọi nguồn sáng đều có một độ rộng phổ nhất định.
Các thành phần bước sóng dài hơn của xung sẽ chuyền chậm
hơn các thành phần bước sóng ngắn hơn. Như vậy, sau một
quãng đường truyền đủ dài, độ rộng xung sẽ bị kéo giãn ra tới
mức hai xung kế tiếp nhau sẽ bị chèn lên nhau . Hậu quả là
thiết bị ở đầu thu sẽ không thể phân biệt được 2 xung riêng
biệt.
Độ chênh lệch thời gian truyền sóng
•
Xét 1 xung có bước sóng
t
•
 di chuyển quãng đường l trong sợi dây
dn l
l
 (nr   r )
vg
d c
Lấy đạo hàm t theo bước sóng
t
l d 2 nr
 

c d2
•
Khi đó ta được độ chên lệch thời gian truyền sóng:
 díp
d 2 nr
l
l 2 d 2 nr
  
  
2
c
d
c
d2
• Gọi Ym là đại lượng đặc trưng cho tán xạ vật liệu:
Ym  
2
2
d nr
2
d
•Độ rộng băng thông:
f .l 
l
4 díp
c

4 Ym
Dạng xung tổng
2
 tot  ( in2  mp
 d2íp )2
T in: độ rộng xung ban đầu trước khi đi vào dây
T mp: độ rộng xung do sự tán sắc đường truyền
T dip : độ rộng xung do sự tán sắc vật liệu
Với vật liệu một đường truyền thì T mp=0
Tán sắc ống dẫn sóng
• Xuất hiện do hằng số lan truyền phụ thuộc không
tuyến tính vào vận tốc ( bước sóng) trong ống dẫn
quang
• Tán sắc sắc thể bao gồm tán sắc vật liệu và tán sắc
ống dẫn sóng
• Nguồn quang là Led, đặc tính phổ rộng, hoạt động
ở bước sóng 850nm tán sắc vật liệu là chủ yếu
• Nguồn quang là laser diod, hoạt động tại bước sóng
1300nm tán sắc đường truyền đóng vai trò chủ đạo
Cách khắc phục hiện tượng tán sắc
Một số giải pháp khắc phục hiện tượng tán sắc đang được áp
dụng hiện nay trên thế giới là sử dụng :
Cáp quang thông tin có độ tán sắc tối thiểu (dispersion-shifted
fibers)
Cáp quang có khả năng bù độ tán sắc (dispension-compensating
fibers).
Nhược điểm : chi phí lớn do giá thành cáp quang đặc biệt này đắt
hơn nhiều so với cáp quang thông tin thông thường. Ngoài ra
phải tính đến chi phí để thay thế toàn bộ các cáp quang thông
thường đã lắp đặt trước đó hoặc lắp đặt thêm những đoạn cáp
quang bù tán sắc khá dài (cỡ vài km cáp quang bù tán sắc để bù
cho
vài
chục
km
cáp
quang
thường)
Phương pháp bù độ tán sắc trong mạng thông tin
quang tốc độ cao dùng quang sợi cách tử Bragg chu
kỳ
thay
đổi
tuyến
tính
Hình 3. Nguyên lý bù tán sắc của quang sợi cách tử Bagg chu kỳ biến đổi
Hình 4. Mô hình cơ bản của thiết bị bù tán sắc dùng cách tử Bagg
chu kỳ thay đổi tuyến tính
• Xu hướng nghiên cứu tiếp hiện nay là các
phương pháp apodization giảm độ gợn trễ
nhóm, nghiên cứu các cách tử Bragg có
chu kì biến đổi phi tuyến để không những
bù tán sắc vật liệu mà còn bù được tán
sắc phân cực và tán sắc mức cao (xảy ra
khi truyền tốc độ lớn hơn 100 Gbps).
Soliton comunication
system
• Tín hiệu quang khi lan truyền trong
sợi dây bị mở rộng và uốn cong do tán
sắc.
• Những xung quang lan truyền mà
không bị bóp méo gọi là solitons
• Solitio được tạo ra do sự cân bằng
giữa sự tự điều biến pha và sự tán sắc
(tạo ra bởi vận tốc nhóm)