Bài giảng Cáp soi Quang pptx

-1790 : CLAU DE CHAPPE , kĩ sư người Pháp, đã xây dựng một hệ thống điện báo gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiêu trên đó . Tin tức vượt qua chặng đường 200km trong vòng 15 phút . -1870 : JOHN TYNDALL nhà vật lý người Anh đã chứng tỏ ánh sáng có thể dẫn được theo vòi nước uốn cong với nguyên lý phản xạ toàn phần . Điều vẫn được áp dụng trong thông tin quang hiện nay . -1880 : ALEXANDER GRAHAM BELL , người Mỹ giới thiệu hệ thống thông tin Photophone. Tiếng nói được truyền đi bằng ánh sáng trong môi trường không khí . Nhưng chưa được áp dụng trong thực tế vì quá nhiều nguồn nhiễu. - 1934: NORMAN R.FRENCH, người Mỹ, nhận bằng sáng chế hệ thống thông tin quang. Sử dụng các thanh thuỷ tinh để truyền dẫn. - 1958: ARTHUR SCHAWLOUR và CHARLES H TOUNES, xây dựng và phát 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: CHARLES H KAO và GEORCE A HOCKHAM, hai kĩ sư phòng thí nghiệm Stanrdard Telecommunications của Anh , đề xuất dùng sợi thuỷ tinh dẫn ánh sáng. Nhưng do công nghệ chế tạo sợi quang thời đó còn hạn chế nên suy hao quá lớn (ỏ khoảng 1000dB/Km) - 1970: Hãng Corning Glass Work chế ttoạ thành công sợi quang loại SI có suy hao nhỏ hơn 20 [dB/km] ở bước sóng 1310nm. - 1972: Loại sợi GI được chế tạo với độ suy hao 4 [dB/km]. - 1983: Sợi đơn mode(SM) được xuất xưởng tại Mỹ. Lịch sử phát triển 2 2 Ph ca súng in t Ph ca súng in t Các bức xạ điện từ nói chung có cùng bản chất tự nhiên và có thể xem Các bức xạ điện từ nói chung có cùng bản chất tự nhiên và có thể xem nh sóng hoặc hạt (photon). Tính chất sóng hoặc hạt nổi bật trong nh sóng hoặc hạt (photon). Tính chất sóng hoặc hạt nổi bật trong từng vùng. Đặc tr ng cơ bản của các nguồn bức xạ điện từ là dải phổ từng vùng. Đặc tr ng cơ bản của các nguồn bức xạ điện từ là dải phổ bức xạ của nó, tức là một dải tần số của các dao động điện từ hay còn bức xạ của nó, tức là một dải tần số của các dao động điện từ hay còn gọi là sóng điện từ đ ợc sinh ra, hoặc là dải b ớc sóng t ơng ứng. Hai đại gọi là sóng điện từ đ ợc sinh ra, hoặc là dải b ớc sóng t ơng ứng. Hai đại l ợng tần số và b ớc sóng tỷ lệ với nhau theo công thức: l ợng tần số và b ớc sóng tỷ lệ với nhau theo công thức: C(m/s)= C(m/s)= (m).f(Hz) hoặc E(ev) = h.f (m).f(Hz) hoặc E(ev) = h.f Trong đó : Trong đó : C là vận tốc ánh sáng trong chân không [ C=3.108 m/s ] C là vận tốc ánh sáng trong chân không [ C=3.108 m/s ] H là hằng số Planck [ h=6,25.10-34J/s ] H là hằng số Planck [ h=6,25.10-34J/s ] 3 3 á á nh sáng dùng trong thông tin quang trong vùng cận hồng ngoại với b ớc sóng nh sáng dùng trong thông tin quang trong vùng cận hồng ngoại với b ớc sóng từ 800nm đến 1600nm. Đặc biệt có ba b ớc sóng thông dụng là 850nm, từ 800nm đến 1600nm. Đặc biệt có ba b ớc sóng thông dụng là 850nm, 1300nm và 1550nm 1300nm và 1550nm . . Các b ớc sóng trong thông tin quang Các b ớc sóng trong thông tin quang Tia tử ngoại Tia Rơnghen Tia Gamma Tia Vũ trụ Tia hồng ngoại Tia vô tuyến 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 900 800 700 600 500 400 à m Đỏ Tím á á 4 4 CHIT SUT CA MễI TRNG CHIT SUT CA MễI TRNG Chiết suất của môi tr ờng đ ợc xác định bởi tỷ số của vận tốc ánh sáng Chiết suất của môi tr ờng đ ợc xác định bởi tỷ số của vận tốc ánh sáng trong chân không và vận tốc ánh sáng trong môi tr ờng ấy. trong chân không và vận tốc ánh sáng trong môi tr ờng ấy. trong đó : n : Chiết suất của môi tr ờng trong đó : n : Chiết suất của môi tr ờng V : Vận tốc ánh sáng trong môi tr ờng V : Vận tốc ánh sáng trong môi tr ờng Mà C Mà C V nên n V nên n 1. 1. Chiết suất của môi tr ờng phụ thuộc vào b ớc sóng của ánh sáng truyền Chiết suất của môi tr ờng phụ thuộc vào b ớc sóng của ánh sáng truyền cho nó. cho nó. 5 5 HIN TNG PHN X TON PHN HIN TNG PHN X TON PHN Cho một tia sáng đơn sắc đi từ môi tr ờng có chiết suất n1 sang môi tr Cho một tia sáng đơn sắc đi từ môi tr ờng có chiết suất n1 sang môi tr ờng thứ hai có chiết suất n2 (n1<n2) nh hình vẽ sau ờng thứ hai có chiết suất n2 (n1<n2) nh hình vẽ sau a) (b) a) (b) Hiện t ợng phản xạ ánh sáng toàn phần Hiện t ợng phản xạ ánh sáng toàn phần n 1 1 n 2 n 12 2 1 T P n 2 P T 2 Vùng phản xạ toàn phần a) (b) :n1 :n1 n2 n2 n1 n1 n2 n2 P P P P T T 2 2 1 1 2 2 2 2 T T 6 6 Do đặc điểm cấu tạo của sợi quang đã có điều kiện là n1 > n2. Vậy chỉ Do đặc điểm cấu tạo của sợi quang đã có điều kiện là n1 > n2. Vậy chỉ còn điều kiện là góc tới còn điều kiện là góc tới t phải lớn hơn góc tới hạn t phải lớn hơn góc tới hạn th ( th ( t > t > th). Nên th). Nên ng ời ta đ a ra khái niệm gọi là khẩu độ số NA (Numerical Aperture) nghĩa ng ời ta đ a ra khái niệm gọi là khẩu độ số NA (Numerical Aperture) nghĩa là khả năng ghép luồng bức xạ quang vào sợi. là khả năng ghép luồng bức xạ quang vào sợi. áp dụng công thức : Snelious để tính N: áp dụng công thức : Snelious để tính N: n0Sin n0Sin th=n1.Sin th=n1.Sin . (n0=1 : chiết suất của không khí) . (n0=1 : chiết suất của không khí) 1.Sin 1.Sin th=n1.Sin th=n1.Sin =n1Cos =n1Cos 1. 1. (Sin (Sin =Sin(900- =Sin(900- t)=Cos t)=Cos t) t) n 0 n 2 n 1 th t n1 n1 t t th th n0 n0 === == == 2.nnnSinNA nn n n 1.nSin n n 1Sin1Cos 1 2 1 2 2th 2 1 2 2 2 1 2 2 1th 2 1 2 2 t 2 t 7 7 Với gọi là độ lệch chiết suất t ơng đối Với gọi là độ lệch chiết suất t ơng đối Vậy điều kiện để đạt đ ợc hiện t ợng phản xạ toàn phần ở Vậy điều kiện để đạt đ ợc hiện t ợng phản xạ toàn phần ở trong lõi là khi đ a nguồn sáng vào lõi cáp phải nằm trong trong lõi là khi đ a nguồn sáng vào lõi cáp phải nằm trong một hình nón có góc mở một hình nón có góc mở . . 2 1 2 2 2 1 n.2 nn = = 2.narcsin 1th Cáp quang - Khái niệm - Khái niệm : : Sợi quang: là những dây nhỏ và truyền các Sợi quang: là những dây nhỏ và truyền các ánh sáng nhìn thấy được ánh sáng nhìn thấy được Chúng có lõi ở giữa và phần vỏ bao bọc ở Chúng có lõi ở giữa và phần vỏ bao bọc ở ngoài. ngoài. Chiêt suất lõi lớn hơn chiết suất vỏ Chiêt suất lõi lớn hơn chiết suất vỏ . . Sợi quang  -Cấu tạo bên trong của sợi quang -Cấu tạo bên trong của sợi quang • Lõi - Core : lõi được làm bằng những sợi nhỏ mỏng thuỷ tinh hoặc nhựa , micra, ở đó ánh sáng được truyền qua . đường kính của lõi càng lớn thì càng có nhiều ánh sáng được truyền dẫn . • Lớp sơn phủ - Clading : lớp này ngay sát lõi có chỉ số khúc xạ thấp hơn chỉ số khúc xạ của lõi . • Đệm nhựa : lớp này để bảo vệ sợi quang từ những tác động va đập và độ cong quá mức . • Vỏ ngoài : vỏ ngoài phủ lên sợi quang. -Phân loại sợi quang  Gồm hai loại chính Gồm hai loại chính : : - - Multimode (đa mode Multimode (đa mode ) ) - - Single mode (đơn mode) Single mode (đơn mode) Hai loại này đại diện cho kiểu ánh sáng truyền trong lõi sợi quang Hai loại này đại diện cho kiểu ánh sáng truyền trong lõi sợi quang [...]... Cấu trúc tổng quát của cáp quang 27 28 Phân loại theo mục đích sử dụng - Cáp dùng để trên mạng thuê bao, nội hạt, nông thôn - Cáp trung kế giữa các tổng đài - Cáp đờng dài 29 Phân loại theo điều kiện lắp đặt - Cáp treo ngoài trời - Cáp đặt trong ống nớc - Cáp chôn trực tiếp - Cáp ngập nớc và thả biển - Cáp dùng trong nhà và cáp nhảy 30 Những ứng dụng của sợi quang Thông tin quang giữ vai trò chính... mực nào đó thì cáp quang thể hiện tính u việt so với cáp kim loại nh: -Sợi quang là vật liệu cách điện nên hoàn toàn không nhạy cảm với nhiễu điện từ, do đó trong cáp không cần có lớp bao che điện từ nh đối với cáp kim loại -Sợi quang là rất nhỏ, tốn ít nguyên liệu Nếu xét trong cùng một khoảng thời gian truyền dẫn thì 1 gam thuỷ tinh làm sợi dẫn quang thay thế đợc vài kg đồng để làm cáp kim loại Nguyên... cú th truyn cựng lỳc nhiu ỏnh sỏng vi gúc anpha khỏc nhau  S truyn dn ỏnh sỏng trong si quang: n2 n1 n2 Hỡnh 1 nh sỏng truyn trong si quang MM-SI n2 n1 n2 1 Hỡnh 2 nh sỏng truyn trong si quang MM-GI n2 n1 n2 Hỡnh 3 nh sỏng truyn trong si quang SM Suy hao trong si quang: Suy hao (Attenuation): mc suy gim cụng sut quang trong sut quỏ trỡnh truyn dn trờn mt khong cỏch xỏc nh Ký hiu dB/km Cỏc loi suy... thế đợc vài kg đồng để làm cáp kim loại Nguyên liệu chế tạo cáp quang là sẵn có trong tự nhiên, trong khi đó kim loại màu chế tạo cáp kim loại thì ngày càng khan hiếm -Sợi quang rất dòn và dễ gẫy Thế nhng nhờ lớp bảo vệ trực tiếp bao quanh sợi đã làm co sợi tránh đợc độ ẩm, tăng độ bền cơ học và dễ uốn dẻo Khi chế tạo thành cáp thì cấu trúc của cáp còn vợt xa những đặc điểm này của sợi -Xét về phơng diện... sợi quang trong cáp không đợc bảo vệ cẩn thận thì sẽ chịu các tác động của bên ngoài, sợi bị uốn cong hoặc khi sợi cáp bị uốn cong với bán kính nhỏ, sợi cũng bị uốn theo gây suy hao phụ Bởi vậy, cáp quang phải đợc chế tạo một cách bền vững với các tác động cơ học và nhiệt độ của môi trờng, để đảm bảo sợi vừa không bị đứt vừa không giảm sút 26 các đặc tính truyền dẫn, trong mọi điều kiện sử dụng cáp. .. iM CA SI QUANG Suy hao truyền dẫn thấp Di thụng rt rng Nguồn nguyên liệu rất dồi dào rẻ tiền Không bị ảnh hởng của nhiễu điện từ, không dẫn điện, không gây chập, cháy Bảo mật thông tin cao 24 NHC iM SI QUANG Khó khăn trong việc ghép nối, Không sử dụng đợc trong vùng bị chiếu xạ 25 Khả năng của sợi và cáp quang Để vừa đảm bảo đợc bền vững cơ học, vừa đảm bảo đợc đặc tính truyền dẫn cáp quang phải... thông tin quang phát triển và thay đổi theo xu hớng hiện đại và kinh tế nhất Đặc biệt công nghệ sợi quang đơn mode có suy hao nhỏ đã làm đơn giản việc tăng chiều dài của toàn tuyến thông tin quang, kết hợp với công nghệ khuếch đại quang ra đời sẽ làm tăng chiều dài gấp đôi hoặc gấp n lần Chất lợng của tín hiệu thu đợc trên hệ thống này sẽ đợc cải thiện một cách đáng kể 31 Vị trí của sợi quang trong... súng: 1310, 1550, 1627 Hin nay cỏc thit b SM dựng cụng ngh WDM thỡ cũn cú th s dng nhiu bc súng khỏc na - Cỏc tia truyn theo phng song song trc - tớn hiu ớt mộo dng - S truyn ỏnh sỏng trong si quang - Si quang l vt liu truyn thụng tin da trờn nh lut phn x ton phn ỏnh sỏng - Tia sỏng khi i t mụi trng cú chit sut cao qua mụi trng chit sut thp thỡ khụng i thng (hay cũn gi l tỏn x) m s phn x li  a.Single... Suy hao do tỏn x rayleigh Suy hao tớn hiu do vt liu hp th Suy hao do un cong si Suy hao lp v v lừi Suy hao tớn hiu trong si quang theo bc súng ng Dng: Multimode S dng cho truyn ti tớn hiu trong khong cỏch ngn, bao gm: Step index: dựng cho khong cỏch ngn, ph bin trong cỏc ốn soi trong Graded index: thng dựng trong cỏc mng LAN Single mode Dựng cho khong cỏch xa hng nghỡn km, ph bin trong cỏc mng... lỗ không khí -Sợi duy trì phân cực 21 Các nguyên nhân gây suy hao trên sợi quang Suy hao do hấp thụ: Gồm 2 loại chính: + Hấp thụ ngoài + Hấp thụ thuần Suy hao do tán xạ: Suy hao do sợi bị uốn cong Có 2 loại suy hao do uốn cong sợi: + Uốn cong vĩ mô + uốn cong vi mô Một số suy hao khác - Suy hao do sự không hoàn hảo cấu trúc sợi quang - Suy hao do hàn nối - Suy hao trong môi trờng hidrogen và chiếu xạ . vào lõi cáp phải nằm trong trong lõi là khi đ a nguồn sáng vào lõi cáp phải nằm trong một hình nón có góc mở một hình nón có góc mở . . 2 1 2 2 2 1 n.2 nn = = 2.narcsin 1th Cáp quang -. dẫn ánh sáng trong sợi quang Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang : : Hình 1. Ánh sáng truyền trong sợi quang MM-SI n 2 n 2 n 1 1 Hình 2 .Ánh sáng truyền trong sợi quang MM-GI n 2 n 2 n 1 Hình. sáng truyền trong sợi quang SM n 2 n 2 n 1  Suy hao trong sợi quang Suy hao trong sợi quang : : Suy hao (Attenuation): Suy hao (Attenuation): mức suy giảm công suất quang trong suốt quá