TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN SỢI QUANG
Hệ thống thông tin sợi quang
Trải qua một thời gian dài từ khi con người sử dụng ánh sáng của lửa để làm phương tiện thông tin đến nay, lịch sử của thông tin quang đã trải qua những bước phát triển và hoàn thiện được nghi nhận qua những mốc thời gian sau:
- Năm 1790 CLAUDE CHAPPE kỹ sư người Pháp đã xây dựng hệ thống điện báo quang hệ thống này gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo tín hiệu di động trên đó, hệ thống này vượt chặng đường 200km trong vòng 15 phút.
- Năm 1880 ALAXANAER GRAMAM BELL người Mỹ, giới thiệu hệ thống photo phone, qua đó tiếng nói có thể truyền đi ánh sáng trong môi trường không khí mà không cần dây, tuy nhiên hệ thống này chưa được áp dụng trên thực tế vì có quá nhiều nguồn nhiễu làm giảm tín hiệu trên đường truyền.
- Năm 1934 NORMAN R.FRENCH kỹ sư người Mỹ, nhận bằng sáng chế về hệ thống thông tin quang, phương tiện truyền dẫn của ông là ống thuỷ tinh.
- Năm 1958 ARTHUR SEHAWLOW và CHARLESH TOWNES xây dựng và phát triển laer
- Năm 1960 THECDOR H.MAMAN đưa lazer vào hoạt động thành công.
- Năm 1962 lazer bán dẫn và photodiode bán dẫn được thừ nhận.
- Năm 1966 CHARLES H.KAO và GEORGEA HOCKAM hai kỹ sư phòng thí nghiệm Standard telecom munication tại nước Anh đề xuất việc dùng sợi thuỷ tinh để dẫn ánh sáng Nhưng do công nghệ chế tạo sợi thuỷ tinh thời kỳ ấy còn hạn chế nên suy hao quá lớn.
- Năm 1970 hãng GLASS WORK chế tạo thành công loại sợi có suy hao nhỏ hơn 20dB ở bước sang 633 nm.
- Năm 1972 loại sợi GI được chế tạo với độ suy hao 4db/km.
- Năm 1983 sợi đơn mode được xuất xưởng ở Mỹ.
Ngày nay loại sợi đơn mode được sử dụng rộng rãi độ suy hao của loại sợi này chỉ còn khoàng 0,2db/km ở bước sóng 1550nm.
Thông tin quang có tổ chức hệ thống cũng tương tự như những hệ thống thông tin khác Thành phần cơ bản nhất của một hệ thống thông tin quang luôn tuân thủ theo một hệ thống thông tin chung Hệ thống này loài người đã sử dụng ngay từ thời kỳ khai sinh ra các hình thức thông tin.
Hình 1.1 Các thành phần cơ bản.
Trong sơ đồ tín hiệu cần truyền đi sẽ được phát vào môi trường truyền dẫn chính tương ứng, ở đầu thu sẽ thu lại tín hiệu cần truyền Như vậy tín hiệu đã được thông tin từ nơi giữ tín hiệu, tới nơi nhận tín hiệu đến. Đối với hệ thống thông tin quang môi trường truyền dẫn chính là sợi quang, nó thực hiện truyền sáng mang tín hiệu thông tin từ phía phát tới phía thu.
Cùng với công nghệ chế tạo nguồn phát và thu quang, sợi dẫn quang đã tạo ra các hệ thống thông tin quang với nhiều ưu điểm nổi trội hơn hẳn hệ thống
Nơi tín hiệu đi Thiết bị phát
Phía thu tín hiệu Môi trường truyền dẫn
Sợi cáp quang có đặc điểm sau:
1 Suy hao của cáp quang thấp hơn so với cáp song hành kim loại hoặc cáp đồng trục.
2 Độ rộng băng: Cáp sợi quang có thể truyền tải tín hiệu có tần số cao hơn rất nhiều so với cáp đồng trục trên hình 1.2 mức độ khác nhau này tuỳ thuộc vào loại các sợi quang.
3 Đường kính nhỏ, trọng lượng nhẹ: cáp sợi quang nhỏ về kích thước, nhẹ về trọng lượng so với cáp đồng Một sợi cáp quang có cùng đường kính với cáp kim loại có thể chứa một số lượng lớn lõi sợi quang hơn số lượng lõi kim loại cùng kích cỡ Các đặc điểm này có ưu điểm rất lớn khi lắp đặt cáp.
4 Đặc tính cách điện: bởi vì thuỷ tinh không cách điện không dẫn điện, do vậy cáp sợi quang không chịu ảnh hưởng của điện từ trường bên ngoài (cáp điện cao thế, sóng vô tuyến và truyền hình v.v…) đặc tính này có một ưu thế rất lớn trong một số ứng dụng cụ thể.
5 Tiết kiệm tài nguyên: thạch anh là nguyên liệu chính để sản xuất sợi quang, so với kim loại, nguồn nguyên liệu này dồi dào hơn nữa, một số lượng nhỏ nguyên liệu có thể sản xuất một đoạn cáp quang dài.
6 Có tính bảo mật ín hiệu thông tin.
Từ các ưu điểm trên mà hệ thống thông tin quang được áp dung rộng rãi trên mạng lưới Có thể xây dựng làm các tuyến đường trục chính, trung kế, liên tỉnh, thuê bao ở khoảng cách xa mà cáp đồng bị suy hao không đáp ứng được, hệ thống thông tin quang cũng rất phù hợp cho các hệ thống truyền dẫn số.
Hiện nay các hệ thống thông tin quang truyền dẫn tất cả các dịch vụ băng hẹp, băng rộng đáp ứng yêu cầu của mạng số liên kết đa dich vụ.
Các hệ thống thông tin quang sẽ là mũi đột phá về tốc độ cự ly truyền dẫn và cấu hình linh hoạt cho các dịch vụ viễn thông cấp cao.
1.1.2 Cấu trúc hệ thống thông tin
Nói chung, tín hiệu điện từ máy điện thoại, từ các thiết bị đầu cuối số liệu hoặc Fax, số liệu data… đưa đến được biến đổi từ tín hiệu điện sang tín hiệu quang qua một bộ biến đổi quang (invecter quang) Và sau đó được gửi vào cáp quang để thực hiện truyền dẫn Ở đầu bên kia thu sẽ biến đổi ngược lại, từ tín hiệu quang chuyển lại sang tín hiệu điện để đưa tới các thiết bị đầu cuối Bộ biến đổi quang điện thực chất là linh kiện phát quang như Laser diodes và bộ biến đổi quang điện chính là Photodiode Khi khoảng cách truyền dẫn lớn(quá xa) cần thiết cần có các trạm lặp Các trạm lặp này biến đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện để khuyếch đại và phát chuyển tiếp
* Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang:
Các đặc diểm của ánh sáng
Trong hệ thống thông tin quang, thông tin được truyền tải bằng ánh sáng vì rất cần thiết để hiểu được sự lan truyền ánh sáng trong sợi quang và nguyên lý của dao động laser.
1.2.1 Phổ của sóng điện từ.
Các bức xạ điện từ nói chung có cùng bản chất tự nhiên và có thể xem như sóng hoặc hạt (proton) tính chất sóng hoặc hạt nổi bật trong từng vùng. Người ta phân chia các vùng của sóng điện từ theo các thông số khác nhau như:
- Tần số: Ký hiệu F, đơn vị (HZ) hoặc chu kỳ trên giây (CPS).
- Bước song: Ký hiệu đơn vị mét (m).
- Năng lượng photon: Ký hiệu E, đơn vị electronvolt (ev) Các thông số trên được sử dụng rộng rãi trong từng vùng và chúng có thể chuyển đổi theo các công thức sau:
C: Vận tốc ánh sáng trong chân không
* ÁNH SÁNG thấy được chỉ chiếm một vùng hẹp trên thang sóng điện từ với bước sóng từ 380 mm (mầu tím) đến 780 mm (mầu đỏ).
* Ánh sáng dùng trong thông tin quang trong vùng cận hồng ngoại với bước sóng từ 800 nm đến 1600nm Đặc biệt có ba bước sóng thông dụng là:
1.2.2 Chiết suất của môi trường
Chiết suất của môi trường trong suốt được xác định bởi tỷ số của vận tốc ánh sáng trong chân không và vận tốc ánh sáng trong môi trường ấy:
C n V n Chiết suất của môi trường không có đơn vị
C Vận tốc của ánh sáng trong chân không (m/s)
V: Vận tốc của ánh sáng trong môi trường đơn vị (m/s)
Chiết suất của môi trường phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng truyền trong nó.
Giá trị chiết suất n của không khí 1,00, của nước là 1,33, của thủy tinh là 1,50 và ở kim cương là 2,42.
Chiết suất của thủy tinh 100% SiO2 thay đổi theo bước sóng như trong hình A
Hình 4 Sự thay đổi của chiết suất n và chiết suất nhóm theo bước sóng
Các nguồn quang dùng cho thông tin quang phát ra ánh sáng trong một khoảng hẹp bước sóng chéo không phải chỉ có một bước sóng Do đó vận tốc truyền của nhóm ánh sáng này được gọi là vận tốc nhóm ng và chiết suất của
1.2.3 Ba đặc điểm ánh sáng: Ánh sáng truyền thẳng trong môi trường chiết suất khúc xạ đồng nhất, bị phản xạ hoặc khúc xạ tại biên ngăn cách hai môi trường có chiết suất khúc xạ khác nhau Sự truyền thẳng, khúc xạ và phản xạ và ba đặc tính cơ bản của ánh sáng.
Một đặc điểm quan trọng khác của anh sáng là vận tốc truyền lan thay đổi theo chiết suất khúc xạ của môi trường mà ánh sáng truyền lan qua pháp tuyến
Hình 5: Định lý phản xạ toàn phần.
Trong hình 5: ánh sáng truyền đi từ điểm A, bị phản xạ tại điểm O trên bề mặt gương tới điểm B Trong trường hợp đó, góc tới i bằng góc phản xạ r. Định luật này gọi là định luật phản xạ.
Trên hình vẽ, quang lộ của ánh sáng đi từ điểm A đi tới điểm B là ngắn nhất Khi đi qua các điểm A O và B ở đây điểm B’ nằm trên một đường thẳng. Trong trường hợp góc tới i bằng góc phản xạ r.
Từ hình vẽ (6) dưới ta thấy biểu diễn định luật khúc xạ cho hai tia sáng A và A’ xuất phát trường hợp một nguồn sáng như hình (a), (b), (c) Giả thiết rằng các tia sáng xuất phát từ môi trường, có chiết suất n1 đi vào môi trường có chiết suất n2 Khi tia sáng A tới điểm B biên của hai môi trường thì tia sáng A’ vẫn còn trong môi trường có chiết suất n1 Khi tia sáng A’ tới điểm biên C’ thì tia sáng A đã đi tới điểm C trong môi trường chiết suất n2 ở đây, thời gian đi được quãng đường BC bằng thời gian quãng đường B’C’.
Cho vận tốc ánh sáng trong không khí là V, thì vận tốc của nó trong môi trường chiết suất n1 và n2 tương ứng bằng V/n1 và V/n2 Do đó đặt góc tới của A’ cũng là i và t, thì góc tới của A’ cũng là i, sử dụng hàm tương quan lượng giác ta có :
Từ các phương trình ta có: n1.Sin i = n2 Sin t
Phương trình này biểu diễn định luật khúc xạ Định luật này gọi là định luật Snell.
Như đã trình bày ở hình trên, khi chiết suất khúc xạ của hai môi trường có mối quan hệ n1>n2 thì cũng giống như trường hợp ánh sáng đi từ môi trường nước lên môi trường không khí Với điều kiện này ta tăng góc tới ilên thì góc khúc xạ t, sẽ tiến gần tới 90 Nếu 1 tiến tới một giá trị góc nhất định thì ánh sáng không còn đi vào môi trường chiết suất n2 nữa.
* Trong điều kiện đó, tất cả các tia sáng đều bị phản xạ Hiện tượng này gọi là phản xạ toàn phần gọi là góc tới hạn.
Nếu góc tới hạn bằng t thì r bằng 90 Lúc đó:
(n1/n2 ánh sáng xẩy ra phản xạ toàn phần)
(c) Trong trường hợp phản xạ toàn phần (góc tới bằng tới hạn)
Môi trường có chiết suất n 2 Môi trường có chiết suất n 1
M Môi trường có chiết suất n 2 Môi trường có chiết suất n 1
M Môi trường có chiết suất n 2 Môi trường có chiết suất n 1 B
Hình 6 Định luật khúc xạ
TRUYỀN DẪN ÁNH SÁNG TRONG SỢI QUANG
Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang
Từ “Sợi quang” có nghĩa “sợi mảnh dẫn ánh sáng” bao gồm : Hai chất điện môi trong suốt khác nhau (chất điện môi là thuỷ tinh hoặc nhựa) một phần cho ánh sáng truyền trong đó gọi là sợi lõi, phần còn lại là lớp vỏ bao quanh lõi. Sợi quang được cấu tạo sao cho ánh sáng được truyền dẫn trong lõi sợi bằng phương pháp sử dụng hiện tượng phản xạ toàn phần Hiện tượng này được tạo nên do cấu tạo của sợi quang có chiết suất lớp vỏ nhỏ hơn lõi khoảng 1,2 hoặc 0,3%.
Sợi quang có đường kính rất nhỏ, đường kính vỏ vào khoảng 0,1 mm, đường kính lõi khoảng vài m (người ta cho thấy 1m = 1 x10 -3 mm)
So với bước sóng truyền tải nó lớn hơn khoảng vài chục lần Đường kính này được xác định tuỳ theo yêu cầu truyền dẫn Sợi quang có đường kính nhỏ trọng lượng nhẹ và có đặc tính truyền dẫn một cách tốt nhất.
2.1.2 Nguyên lý truyền dẫn chung: Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang được chế tạo bao gồm một lõi (core) bằng thuỷ tinh có chiết suất n1 và một lớp vỏ bọc (cladding) bằng thuỷ tinh có chiết suất n2 với n1>n2, ánh sáng truyền trong lõi sợi quang sẽ phản xạ nhiều lần (phản xạ toàn phần) trên mặt tiếp giáp giữa lõi và lớp bọc Do đó ánh sáng có thể truyền được trong sợi có cự ly dài ngay cả khi sợi bị uốn cong có giới hạn.
Hình 2.1 Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang
2.1.2.1 Khẩu độ số NA (NUMERICAL APERTURE)
Sự phản xạ toàn phần chỉ xẩy ra đối với những tia sáng có góc tới ở đầu sợi nhỏ hơn góc giới hạn max (hình 2.2) Sin của góc tới hạn này được gọi là khẩu độ số, ký hiệu NA.
Độ lệch chiết suất tương đối Độ lệch chiết suất tương đối có giá trị khoảng từ 0,002 đến 0,013 (tức là 0,2% đến 1,3%).
Ví dụ sợi quang có n1 = 1,50 và n2 = 1,485 thì
Lớp bọc Lõi Lớp bọc
Hình 2.2 Đường truyền của các tia sáng với góc tới khác nhau
2.1.2.2 Các dạng chiết suất trong sợi quang
Cấu trúc chung của sợi quang gồm một lõi bằng thuỷ tinh có chiết suất lớn và một lớp bọc cũng bằng thuỷ tinh nhưng có chiết suất nhỏ hơn Chiết suất của lớp bọc không đổi còn chiết suất của lõi nói chung thay đổi theo bán kính.
Sự biến thiên của chiết suất theo bán kính được viết như dạng tổng quát sau và đường biểu diễn như hình 2.6.
Hình 2.3 Các dạng phân bố chiết suất Trong đó: n1: Chiết suất lớn nhất của lõi g = 2 g rm)ax = n
Độ lệch chiết suất r: khoảng cách từ trục sợi đến điểm tính chiết suất a: Bán kính lõi sợi b: Bán kính lớp bọc g: Số mũ quyết định dạng biến thiên, g 1
Các giá trị thông dụng của g: g = 1: Dạng tam giác g = 2: Dạng Parabol g : Dạng nhẩy bậc
2.1.2.3 Phân loại phân bố chỉ số khúc xạ
Các sợi quang có thể tạm phân loại thành hai nhóm theo phân bố chỉ số khúc xạ của lõi sợi Một loại gọi là sợi quang chiết suất phân bậc (viết tắt là SI) ở loại này chiết suất thay đổi theo bậc giữa lõi và vỏ Loại thứ hai gọi là sợi quang chiết suất biến đổi (viết tắt là GI) loại này chiết suất thay đổi một cách từ từ.
Loại sợi SM (Single Mode: đơn Mode) được phân loại nằm trong nhóm SI (Step - Index), tuy nhiên sự chênh lệch về chiết suất khúc xạ giữa lõi và vỏ Các đường lan truyền ánh sáng trong các loại khác nhau được thể hiện ở hình 2.3
Trong sợi quang có GI (Graded - Index) chiết suất khúc xạ của lõi biến đổi một cách dần dần theo hướng đường kính sợi Do vậy, ánh sáng ở mode đơn giản hơn sẽ làm truyền qua một khoảng ngắn hơn phản xạ trước khi tới biên của một phân cách lõi và vỏ, do đó hầu như ánh sáng lan truyền tại phần tâm của lõi sợi nơi chiết suất khúc xạ cao Nói một cách khác ánh sáng ở mode cao hơn
(2) sẽ lan truyền qua một cách lớn hơn và hầu như lan truyền trong cuộn lõi có chiết suất phản xạ thấp. a Sợi quang loại SI (Step -Index : đa mode) b Sợi quang loại Gi (graded - Index) c Sợi quang loại SM (Single Mode : Đơn mode)
* Ngoài hai loại chiết suất SI và GI được dùng phổ biến Ngoài ra còn một số loại chiết suất khác là: a Dạng giảm chiết suất lớp bọc (Hình 2.4a).
Trong công nghệ kỹ thuật chế tạo sợi quang, muốn thuỷ tinh có chiết suất lớn thì phải tiêm nhiều tạp chất vào, điều này làm tăng suy hao Loại giảm chiết suất lớp bọc nhằm đảm bảo độ lệch chiết suất nhưng có chiết suất lõi n1 không cao. n 2 n
0 a b Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang triệt tiêu ở bước sóng gần 1300 nm.
Người ta có thể dịch điểm có độ tán sắc triệt tiêu đến bước sóng 1550nm bằng cách dùng sợi quang có dạng chiết suất như hình 2.4b. c Dạng sang bằng tán sắc: (Hình 2.4.c)
Với mục đích làm giảm độ tán sắc của sợi quang trong một khoảng bước sóng Chẳng hạn như kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng người ta dùng sợi quang có dạng chiết suất này khá phức tạp nên hiện nay chỉ mới áp dụng trong thí nghiệm chứ chưa đưa ra thực tế.
Hình 2.4 Các dạng chiết suất đặc biệt
2.1.2.4 Sợi đa mode và đơn mode
Có hai hướng để khảo sát sự truyền ánh sáng trong sợi quang Một hướng dùng lý thuyết tia sáng và một hướng dùng lý thuyết sóng ánh sáng Thông thường lý thuyết tia được áp dụng vì nó đơn giản, dễ hình dung song có những khái niệm không dùng lý thuyết tia để diễn ra một cách chính xác, người ta phải dùng đến lý thuyết sóng Mode là một trong các khái niệm đó.
Sóng ánh sáng cũng là một sóng điện từ nên có thể áp dụng các phương trình Maxwell với điều kiện cụ thể của sợi quang để xác định biểu thức sóng truyền trong nó Dựa trên các biểu thức sóng đã xác định có thể phân tích lần lượt các đặc điểm truyền dẫn sóng. a b c
Với mục đích ứng dụng tài liệu này không trình bày các bước giải của phương trình Maxwell mà chỉ nên các thông số đưa ra từ kết quả có liên quan đến tính truyền dẫn của sợi quang.
Đặc tính tán sắc trong sợi quang
Quá trình các xung truyền lan trong sợi quang, hình dạng của các xung bị thay đổi(độ rộng xung lớn hơn) Do vậy các xung lân cận nhau sẽ gối đè lên nhau và kết quả là không phân biệt được các xung với nhau với nhau nữa Dẫn đến tỉ số S/N giảm xuống, hạn chế khả năng truyền dẫn của sợi quang Đây là đặc tính tán sắc của sợi quang.
Mô hình sự tác động của tán sắc đến sự truyền lan ánh sáng trong sợi quang được thể hiện trong hình 2.15
Nguyên nhân chính của sự tán sắc là:
Do ảnh hưởng của cấu trúc sợi quang mà tồn tại các thời gian truyền lan khác nhau đối với thành phần ánh sáng được phát đi đồng thời.
Hình 2.15 Đề nghiên cứu về tính chất tán sắc cụ thể ta phân loại các loại tán sắc khác nhau.
- Tán sắc thể (chromatic disporsion):Do tín hiệu quang truyền trên sợi không phải là đơn sắc mà gồm một khoảng bước sóng nhất định Mỗi bước sóng có thời gian truyền khác nhau.
Tán sắc thể bao gồm tán sắc vật liệu và Material Dispersion) và tán sắc dẫn sóng (waveguide dispersion).
-Tán sắc vật liệu (Material Dispersion).
Do sợi quang được chế tạo từ vật liệu thuỷ tinh Chiết suất của vật liệu thuỷ tinh nhưng lại biến đổi theo bước sóng n = n () Nếu xét lý tưởng hoá nguồn laser phát ra sóng ánh sáng với một bước sóng chung nhất 0 Nhưng thực tế là laser phát ra một dải bước sóng có 0 là trung tâm. áo sợi quang lõi sợi quang
Dải bước sóng còn phụ thuộc vào loại Laser Thường thì của laser nhỏ hơn của LED.
Hình 2.16 Đặc tuyến phổ của Laser Để xác định sự lan truyền của ánh sáng trong sợi quang ta dùng đại lượng.Vận tốc pha và vận tốc nhóm Vận tốc pha của mỗi bước sóng trong dải
phụ thuộc vào bước sóng.
1 (1.1) Vận tốc nhóm sẽ thay đổi theo chiết suất:
Vì có Nn (2/> Nn (1) nên Vnh (1) > Vnh( 2) Do ánh sáng truyền qua đoạn sợi có độ dài L thì xung ánh sáng ứng với hai bước sóng 1 và 2 sẽ có thời gian truyền từ t1 và t2 Độ lệch nhau về thời gian của hai xung là t:
D Gọi là hệ số tán sắc vật liệu có đơn vị [ps/nm/Km] a) LED b) LD d
Hệ số tán sắc vật liệu D cho biết độ lệch thời gian truyền xung ánh sáng trên độ dài 1 km với phổ của nguồn Laser phát là 1nm Trên thực tế mong muốn rằng hệ số tán sắc D càng nhỏ càng tốt Tuỳ theo vật liệu chế tạo sợi mà có những vùng bước sóng có tán sắc vật liệu rất thấp (xấp xỉ bằng không).
- Tán sắc dẫn sóng (waveguide dispersion)
Sự phân bố trường và hằng số truyền lan của các mode phụ thuộc tỉ số đường kính ruột và bước sóng làm việc Khi đường kính lõi sợi không đổi, các mode lan truyền với bước sóng khác nhau một chút Do vậy vận tốc và pha vận tốc nhóm phụ thuộc vào bước sóng và phụ thuộc vào cấu tạo hình học của sợi quang Sự giãn rộng xung do tán sắc bởi vận tốc và thời gian truyền nhóm phụ thuộc bước sóng Trong sợi đa mode thì có đường kính ruột lớn nên ảnh hưởng tán sắc dẫn sóng không đáng kể Tán sắc dẫn sóng chỉ đáng kể đối với vận tốc đơn mode có đường kính nhỏ Do đường kính nhỏ, ánh sáng truyền dẫn có một phần lọt ra ngoài vỏ và vẫn lan truyền trên lớp tiếp giáp vỏ, lõi.
Trên lớp tiếp giáp có giá trị chiết suất thay đổi gây nên trễ nhóm Do vậy cần phải có phương pháp bù trừ tán sắc sợi đơn mode.
* Tán sắc mode (mode dispersion).
Sự tán sắc mode chỉ có trong những sợi đa mode Do tính chất truyền lan ánh sáng trong sợi đa mode khác với sợi đơn mode Trong sợi đa mode, ánh sáng được truyền lan thông qua nhiều đường và do đó cự ly lan truyền của các mode là khác nhau.
Vì vậy các xung của các phần tử mode tương ứng đi qua một sợi quang có thời gian đến khác nhau, dẫn tới độ rộng của xung quanh đầu ra lớn hơn độ rộng xung quanh của đầu vào.
Sự khác biệt cực đại về thời gian đến giữa các phẩn tử mode của xung gọi là thời gian trễ cực đại, để không bị sai sót xảy ra thì khoảng cách hai xung kế tiếp nhau phải lớn hơn thời gian trễ cực đại Do vậy để tăng dải thông truyền dẫn của sợi quang đa mode thì độ tiêu tán mode phải giảm Sự tán sắc mode phụ thuộc các cấu trúc chiết suất trong sợi đa mode. Đối với sợi quang chiết suất biến đổi thì đường lan truyền có dạng hình sin Do tốc độ nhóm cục bộ tại mỗi điểm của đường lan truyền tỉ lệ nghịch với chiết suất cục bộ dẫn đến vận tốc nhóm ở tâm lõi và vận tốc nhóm ở rìa lõi là bằng nhau. Để giảm được quá trình tán sắc mode trong truyền dẫn thì nên dùng sợi có chiết suất biến đổi.
Ngoài ra còn tán sắc mặt cắt:
Thông thường thì xem xét sợi quang, độ lệch chiết suất tương đối không phụ thuộc vào bước sóng Nhưng thực tế chiết suất n1 của lõi và n2 của vỏ đều thay đổi theo bước sóng với tốc độ không giống nhau Hiệu ứng này gây nên ảnh hưởng tán sắc phụ gọi là tán sắc mặt cắt Được đặc trưng bởi tham số P:
Trong đó: n0:Chiết suất ở tâm lõi nn: Chiết suất nhóm
Sự tán sắc mode cũng phụ thuộc vào ảnh hưởng của tham số P.
* Tán sắc tổng cộng Độ tán sắc tổng cộng được tính theo công thức sau:
Dt : Độ tán sắc tổng cộng (nếu là sợi mode)
Dmod: Độ tán sắc Mode (chỉ có sợi đa Mode)
Dchr: Độ tán sắc sắc thể (cũng là độ tán sắc tổng cộng trong sợi đơn Mode)
Dmat: Độ tán sắc vật liệu
Dwg : Độ tán sắc ống dẫn sóng.
Ảnh hưởng của tán sắc đến tốc độ và độ rộng của băng tần
Sự lan truyền tín hiệu ánh sáng trong sợi quang, tán sắc đã làm xung ánh sáng truyền lan dọc theo sợi bị rộng ra Nếu các xung lân cận bị giãn ra tới một lúc nào đó sẽ phủ trùm lên nhau dẫn đến việc thu sẽ sai đi và lỗi bit BER tăng.
Vì vậy tán sắc hạn chế cự ly đường truyền và tốc độ truyền dẫn.
Theo toán học thì độ giãn () xung được tính:
2 t t với t1: độ rộng xung vào (s) là 50% t2: độ rộng xung ra (s) là 50%.
Nếu t1
