Chng I Môc lôc Néi dung Trang PhÇn I Më ®Çu 2 PhÇn II Néi dung 3 Ch¬ng I Sîi quang 3 1 1 Sîi quang 3 1 1 1 CÊu t¹o sîi quang 3 1 1 2 C¸c ®Æc tÝnh cña sîi dÉn quang 3 1 1 3 Sù m« t¶ quang h×nh häc 4[.]
Mục lục Nội dung Phần I: Mở đầu Phần II: Nội dung Chơng I Sợi quang 1.1 Sợi quang 1.1.1 Cấu tạo sợi quang 1.1.2 Các đặc tính sợi dẫn quang 1.1.3 Sự mô tả quang hình học 1.1.3.1 Sỵi quang chiÕt st bíc 1.1.3.2 Sỵi quang chiÕt st liên tục 1.1.4 Hệ phơng trình Maxwell 1.1.5 Sợi quang đa mode 1.1.6 Sợi quang đơn mode 1.2 Sự tán sắc sợi quang đơn mode 1.2.1 Sự tán sắc vận tốc nhóm 1.2.2 Sự tán sắc vật liệu 1.2.3 Sự tán sắc ống dẫn sóng 1.2.4 Sự tán sắc bậc cao 1.2.5 Sự tán sắc phân cực Chơng II Giới hạn gây tán sắc ảnh hởng trình truyền xung 2.1 Phơng trình truyền lan 2.2 Xung Gauss chirp 2.3 Sự giới hạn tốc độ bít 2.4 Độ rộng sợi Chơng III Khảo sát mở rộng xung, tốc độ truyền bít chiều dài cực đại sợi 3.1 Khảo sát chiều dài sợi theo tham số chirp C 3.2 Khảo sát chiều dài sợi bớc sóng không tán sắc 3.3 Xác định độ rộng xung theo chiều dài L 3.4 Khảo sát tốc độ truyền bít bớc sóng xa bớc sóng không tán sắc 3.5 Khảo sát tốc độ truyền bít bớc sóng không tán sắc Phần III: Kết luận Tài liêu tham kh¶o Tran g 3 3 12 16 20 20 22 24 25 26 29 29 31 33 37 40 40 42 43 44 46 49 50 Phần I: Mở đầu Ngày công nghệ quang học đợc áp dụng rộng rÃi khoa học kỹ thuật đời sống, đặc biệt thông tin viễn thông Sự phát triển ngành công nghệ viễn thông ảnh hởng trực tiếp tới hầu hết ngành kinh tế, xà hội khoa học Trớc yêu cầu đòi hỏi ngành phải ngày nâng cao chất lợng truyền thông tin Đặc biệt giai đoạn nay, giai đoạn bùng nổ thông tin ảnh hởng lớn Trong thời gian tới tơng lai yêu cầu phát triển ngành ngày cao, yêu cầu nâng cao chất lợng thông tin yêu cầu trớc tiên quan trọng Quá trình thuyền tin sợi quang khâu trình truyền tin Quá trình chịu ảnh hởng nhiều yếu tố, chất lợng thông tin bị ảnh hởng không đợc giải triệt để Khi tín hiệu đợc truyền sợi quang, chịu ảnh hëng cđa nhiỊu u tè Mét u ¶nh hëng lín ®Õn sù trun tÝn hiƯu quang ®ã u tè t¸n sắc Khi bị ảnh hởng tán sắc xung truyền sợi quang bị thay đổi so với tín hiệu vào thông tin bị thay đổi Bài toán tán sắc đà đợc nhiều tác giả giải cụ thể đà xây dựng đợc phơng trình truyền sóng sợi quang, xác định đợc loại tán sắc ảnh hởng lên trình truyền thông tin Trên sở kết đà có vấn đề đặt khảo sát ảnh hởng tán sắc lên chiều dài sợi Sự mở rộng xung tốc độ truyền bít, từ tìm thông số tối u cho việc lắp đặt hệ thống thông tin thực tế Với lý chọn đề tài: "ảnh hởng tán sắc lên trình truyền thông tin sợi quang Nội dung luận văn đợc trình bày chơng: Chơng I trình bày sợi quang, tổng quan loại tán sắc sợi quang đơn mode ảnh hởng tán sắc trình truyền xung Chơng II trình bày giới hạn gây tán sắc, ®a c¸c biĨu thøc thĨ vỊ sù më rộng xung giới hạn tốc độ truyền bít trờng hợp Chơng III khảo sát chiều dài sợi, độ rộng xung giới hạn tốc độ bít trình truyền xung Phần II: NộI DUNG Chơng I Sợi quang 1.1 Sợi quang 1.1.1 Cấu tạo phân loại sợi quang Sợi quang có cấu trúc nh ống dẫn sóng hoạt động dÃi tần số quang, có dạng hình trụ bình thờng có chức dẫn ánh sáng lan truyền theo híng song song víi trơc cđa nã CÊu tróc sợi quang gồm lỏi hình trụ làm vật liệu rắn suốt bao quanh lỏi lớp vỏ phản xạ hình ống đồng tâm với lỏi có chiết suất nhỏ chiết suất lõi Vật liệu cấu tạo lõi thờng thuỷ tinh, vỏ phản xạ thuỷ tinh chất dẻo suốt, loại sợi có cấu trúc vật liƯu nh vËy thêng cã suy hao nhá vµ trung bình Để tránh trầy xớc lớp vỏ tăng thêm độ bền học, sợi quang thờng đợc bao bọc thêm môt lớp chất dẻo Lớp vỏ bảo vệ ngăn chặn tác động học vào sợi, bảo vệ sợi không bị gợn sóng, kéo dÃn cọ xát bề mặt Việc phân loại sợi quang phụ thuộc vào thay đổi thành phần chiết suất lõi sợi Loại sợi có số chiết suất đồng lõi sợi gọi sợi có số chiết suất bớc Loại sợi có chiết suất lõi giảm dần từ tâm lõi tiếp giáp lõi vỏ phản xạ gọi sợi có số chiết suất liên tục Nếu phân chia theo mode truyền dẫn có loại sợi đa mode sợi đơn mode Sợi đa mode cho phép nhiều mode truyền dẫn đó, sợi đơn mode cho phép mode truyền Nếu phân chia theo loại vật liệu có sợi thuỷ tinh sợi lõi thuỷ tinh vỏ chất dẻo, sợi thuỷ tinh nhiều thành phần sợi chất dẻo 1.1.2 Các đặc tính sợi dÉn quang Thø nhÊt sỵi quang cã thĨ trun mét khối lợng thông tin lớn nh tín hiệu âm thanh, liệu tín hiệu hổn hợp thông qua mét hƯ thèng cã cù li ®Õn 100GH/km sợi có băng thông rộng Các tín hiệu âm hình ảnh truyền xa hàng trăm km mà không cần đến tái tạo Thứ hai, sợi quang đợc chế tạo từ chất điện môi nên chúng không chịu ảnh hởng nhiu điện từ Vì lắp đặt cáp điện lực Thứ ba, nguyên liệu sản xuất cát chất dẻo nguyên liệu rẻ đồng nhiều sẵn có nên kinh tế cáp đồng giá thành sản xuất giảm Thứ t, sợi quang nhỏ nhẹ nên lắp đặt dễ dàng thành phố, tàu thuỷ, máy bay nhà cao tầng không cần lắp đặt thêm đờng cống ống cáp Ngoài ra, sợi quang có độ tổn thất thấp, không bị rò rỉ tín hiệu đảm bảo an toàn bảo mật thông tin cao, tuổi thọ cao, có khả đề kháng với môi trờng lớn dễ dàng bảo dỡng sữa chữa Do u điểm đó, sợi quang đợc sử dụng nhiều lĩnh vực nh mạng điện thoại, phát truyền hình, truyền liệu máy tính ứng dụng y tế, quân thiết bị đo 1.1.3 Sự mô tả quang hình học Sự truyền tín hiệu sợi quang đợc mô tả quang hình học phơng trình Maxwell Quang hình học phép gần bớc sóng ánh sáng tơng đối nhỏ so với kích thíc cđa hƯ MÉu sỵi quang nhÊt gåm mét lâi h×nh èng, bao quanh bëi mét vá bäc Lâi ChØ số lớp vật liệu giản Chỉ số lớp vật liệu đơn Vỏ Lớp sơn phủ có số chiết quang thấp lỏi Vì lỏi vỏ bọc có Khoảng cách xuyên tâm Khoảng cách xuyên tâm khác chiết suất nên khác đợc gọi số bậc sỵi Phụ thuộc vào thay đổi số chiết suất lâi mà ta cã chØ sè bËc cña sợi khác Đối với sợi Hình 2.1 Cấu tạo sợi quang có số bậc khác đờng tia sáng lõi khác 1.1.3.1 Sợi quang chiết suất bớc Ta khảo sát hình 2.2a, tia sáng tạo với trục sợi góc i , tia sáng vào sợi bị khúc xạ tạo với trục góc r đợc xác định: n0sin i =n1sin θ r (1.1) víi n0, n1 lµ chiÕt st cđa không khí lỏi Tia sáng đợc giữ bên sợi góc tới lớn góc giới hạn, xác định biểu thức: sin c = n2 n1 (1.2) Víi n2 lµ chiÕt st cđa vá bäc Các tia có c < khác có thành phần vận tốc c theo trục z khác thĨ: v z = n sin φ1 Sù phơ thuộc vận tốc vào dẫn đến thời gian trễ khác Tia không dẫn truyền Lõi (n1) tức có tán sắc Tia dẫn Lớp sơn phủ (n2) Nếu phản xạ toàn phần xuất toàn sợi dây tia sáng theo lỏi sợi dây từ đầu đến đầu Điều xẩy với tất tia sáng thoả mÃn > c Đây chế để giữ tia sáng sợi quang Từ (1.1) (1.2) ta có : Hình2.2a: Đờng truyền tia sáng sợi quang chiết suÊt bíc Víi θ r = π - φc thay vào phơng trình (1.1) ta đợc n0sin i =n1sin φc = n12 − n22 (1.3) n0sin θ i đặc trng cho độ dễ ghép ánh sáng vào sợi quang để truyền đi, hay đặc trng cho khả thu sáng sợi quang, ký hiệu NA Với n1 ~n2 , NA gần là: NA=n(2 ∆ )1/2 Víi ∆ =(n1-n2)/n1 (1.4) Víi ∆ lµ sù thay đổi số tơng đối chỗ tiếp xúc lõi vỏ bọc Nh cần tạo lớn tốt để tia sáng dễ dàng có phản xạ lõi Tuy nhiên sợi nh không phù hợp cho truyền thông quang học ảnh hởng tán sắc nhiều đờng Tán sắc nhiều ®êng cã thĨ hiĨu b»ng sù xem xÐt h×nh 2.2, tia sáng chạy đờng dẫn có chiều dài khác khác Những tia sáng tán sắc đầu dù chúng đầu vào chạy vậ tốc bên sợi dây Kết xung ngắn rộng đáng kể Có thể đánh giá phạm vi ảnh hởng mở rộng xung việc xem xét đờng dẫn ngắn dài Đờng dẫn ngắn i =0 chiều dài chiều dài L Đờng dẫn dài i xác định phơng trình (1.3) chiều dài L/sin c Với vËn tèc trun sãng lµ v=c/n1 vµ thêi gian trƠ đợc xác định: T = n1 Ln L ( − L) = ∆ c sin φ c cn2 (1.5) Chóng ta cã thĨ liªn hƯ ∆T víi khả truyền thông tin sợi thông qua tốc độ truyền bít B Mặc dù mối liên hệ B vµ ∆T phơ thc vµo nhiỊu u tè nh hình dạng xung B Rõ ràng T phải bé TB (TB= ) Nh đánh giá tốc độ truyền bít thu đợc từ điều kiện B T