Nghiên cứucáp sợi quang

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .3 Chương 1: CƠ SỞ THÔNG TIN QUANG 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Cấu trúc hệ thống thông tin quang đơn giản .6 1.3 Ưu điểm thông tin quang Chương 2: SỢI QUANG .10 2.1 Những ứng dụng sợi quang 10 2.2 Ưu điểm thông tin sợi quang 11 2.3 Lý thuyết chung sợi dẫn quang 11 2.3.1 Phổ sóng điện từ 12 2.3.2 Chiết suất môi trường 13 2.3.3 Hiện tượng phản xạ ánh sáng toàn phần 13 2.4 Sự truyền dẫn ánh sáng sợi quang 14 2.4.1.Nguyên lý truyền dẫn chung 14 2.4.2 Sự lan truyền mode sợi quang 16 2.5 Phân loại sợi quang 19 2.5.1 Sợi có chiết suất nhảy bậc(SI) sợi có chiết suất biến đổi (GI) 19 2.5.2.Các dạng chiết suất khác: .22 2.6.Các thông số sợi quang .25 2.6.1 Suy hao sợi quang: 25 2.6.2.Các nguyên nhân gây suy hao sợi quang: .27 2.6.3.Tán sắc (Dispersion) .32 2.6.4 Các nguyên nhân gây tán sắc 34 2.7.Cấu trúc sợi quang 39 2.7.1 Cấu trúc sợi quang 39 2.7.2 Yêu cầu sợi quang 43 2.8 Hàn nối sợi quang 44 2.8.1 Yêu cầu kỹ thuật 44 2.8.2.Các phương pháp hàn nối sợi quang 44 2.8.3.Bảo vệ mối nối .47 Chương 3: CÁP QUANG 49 3.1 Tổng quan .49 3.1.1 Đặc điểm, yêu cầu cáp quang 49 3.1.2 Khả sợi cáp quang 49 3.2 Cấu trúc cáp quang 50 3.2.1.Cấu trúc tổng quát cáp quang 51 3.3.Phân loại cáp quang: .56 3.3.1 Phân loại theo cấu trúc: .56 3.3.2 Phân loại theo mục đích sử dụng 57 3.3.3 Phân loại theo điều kiện lắp đặt 57 KẾT LUẬN 63 LỜI NĨI ĐẦU Hiện hệ thống thơng tin quang chiếm hầu hết tuyến truyền dẫn quan trọng mạng lưới viễn thông quốc tế, coi phương thức truyền dẫn có hiệu tuyến vượt biển xuyên lục địa Để đáp ứng nhu cầu truyền tải lớn bùng nổ thơng tin, mạng truyền dẫn địi hỏi phải có phát triển mạnh quy mơ trình độ công nghệ nhằm tạo cấu trúc mạng đại bao gồm hệ thống thông tin quang Các hệ thống thông tin quang thời gian tới phải đảm bảo có tốc độ cao, cự ly xa, độ tin cậy cao… Trong toàn hệ thống thơng tin quang phần khơng thể thiếu Cáp Sợi Quang Hệ thống thơng tin quang có nhiều ưu điểm hệ thống khác phần nhờ môi trường truyền dẫn cáp sợi quang Vì vậy, em chọn đề Tài Nghiên CứuCáp Sợi Quang làm tập tốt nghiệp Do thời gian hạn hẹp kiến thức thân hạn chế tập em khơng thể tránh thiếu sót Nên em mong thầy môn bạn lớp đánh giá đóng góp nhiều ý kiến để đề tài sâu phát triển mức cao Trong trình làm bài, em nhận hướng dẫn chi tiết thầy góp ý cỏc bạn lớp Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn ! Chương CƠ SỞ THÔNG TIN QUANG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Hệ thống thông tin hiểu cách đơn giản hệ thống để truyền thông tin từ nơi đến nơi khác.Khoảng cách truyền tin hàng trăm Km, hàng trục ngàn Km xun qua đại dương.Thơng tin truyền qua sóng điện với dải tần số khác Hệ thống thông tin quang sợi hệ thống thông tin sóng ánh sáng sử dụng sợi quang để truyền tin Nó phát triển nhanh cịn tiềm tàng khả lớn việc đại hố mạng lưới viễn thơng giới 1.1 Lịch sử phát triển Trong tiến trình lịch sử phát triển nhân loại việc trao đổi thông tin người với người trở thành nhu cầu quan trọng, yếu tố định góp phần thúc đẩy lớn mạnh tiến quốc gia, văn minh nhân loại Cùng với phát triển hệ thống thông tin hữu tuyến vô tuyến sử dụng môi trường truyền dẫn dây dẫn kim loại cổ điển (cáp đồng ) khơng gian.Thì việc sử dụng ánh sáng phương tiện trao đổi thông tin khai thác có hiệu Cùng với thời gian thơng tin quang phát triển ngày hoàn thiện với mốc lịch sử sau: -1790 : CLAU DE CHAPPE , kĩ sư người Pháp, xây dựng hệ thống điện báo gồm chuỗi tháp với đèn báo hiêu Tin tức vượt qua chặng đường 200km vòng 15 phút -1870 : JOHN TYNDALL nhà vật lý người Anh chứng tỏ ánh sáng dẫn theo vịi nước uốn cong với ngun lý phản xạ tồn phần Điều áp dụng thông tin quang -1880 : ALEXANDER GRAHAM BELL , người Mỹ giới thiệu hệ thống thông tin Photophone Tiếng nói truyền ánh sáng mơi trường khơng khí Nhưng chưa áp dụng thực tế nhiều nguồn nhiễu - 1934: NORMAN R.FRENCH, người Mỹ, nhận sáng chế hệ thống thông tin quang Sử dụng thuỷ tinh để truyền dẫn - 1958: ARTHUR SCHAWLOUR CHARLES H TOUNES, xây dựng phát triển Laser - 1960: THEODOR H MAIMAN đưa laser vào hoạt động thành công - 1962: Laser bán dẫn Photodiode bán dẫn thừa nhận vấn đề cịn lại phải tìm mơi trường truyền dẫn quang thích hợp - 1966: CHARLES H KAO GEORCE A HOCKHAM, hai kĩ sư phịng thí nghiệm Stanrdard Telecommunications Anh , đề xuất dùng sợi thuỷ tinh dẫn ánh sáng Nhưng công nghệ chế tạo sợi quang thời cịn hạn chế nên suy hao q lớn (ỏ khoảng 1000dB/Km) - 1970: Hãng Corning Glass Work chế ttoạ thành cơng sợi quang loại SI có suy hao nhỏ 20 [dB/km] bước sóng 1310nm - 1972: Loại sợi GI chế tạo với độ suy hao [dB/km] - 1983: Sợi đơn mode(SM) xuất xưởng Mỹ Ngày loại sợi đơn mode sử dụng rộng rãi với độ suy hao khoảng 0,2 [dB/km] bước sóng 1550nm 1.2 Cấu trúc hệ thống thông tin quang đơn giản Trạm lặp Nguôn Phần tín tử hiệu điện E O Biến đổi điện quang O E O tử O E E E Sợi quang điện-quang O Phần điện Biến đổi E quang điện sợi quang Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống thơng tin quang đơn giản Theo sơ đồ hệ thống taocó: - Nguồn tín hiệu thơng tin: dạng thơng tin thơng thường hình ảnh , tiếng nói , fax hay cịn tín hiệu đầu vào O - Phần tử điện: phần chung hệ thống, để xử lý nguồn tin tạo tín hiệu điện đưa vào hệ thống truyền dẫn, tín hiệu Alalog Digtal - Bộ biến đổi E/O: Có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu từ tín hiệu điện thành tín hiệu quang với mức tín hiệu điện biến đổi thành cường độ quang, tín hiệu điện ‘0’và ‘1’được biến đổi ánh sáng tương ứng dạng ‘không’ ‘có’ Sau tín hiệu quang đưa vào sợi quang truyền Bộ biến đổi điện quang thực chất linh kiện phát quang LED,Laser diode - Sợi quang: Để truyền dẫn ánh sáng nguồn xạ (E/O) điều biến, có vai trò kênh truyền dẫn - Bộ biến đổi O/E: thu quang, tiếp nhận ánh sáng từ sợi quang đưa vào biến đổi trở lại thành tín hiệu điện tín hiệu phát đi, có vai trò giải điều chế -Trạm lặp : Khi truyền dẫn tuyến truyền dẫn, công suất bị giảm đi, tín hiệ đường truyền bị tiêu hao, dạng sóng (độ rộng xung) nguyên nhân khác Vì vậy, để truyền xa cần có trạm lặp Hiện chưa thực khuếch đại hay tái sinh trực tiếp tín hiệu quang nên trạm lặp phải thực bước sau: + Chuyển đổi từ tín hiệu quang sang tín hiệu điện + Sửa đổi dạng tín hiệu bị méo tái sinh tín hiệu điện + Chuyển đổi tín hiệu điện khuếch đại tái sinh thành tín hiệu quang để tiếp tục phát - Tải tin: Trong hệ thống thơng tin điện tải tin sóng điện từ cao tần, hệ thống quang ánh sáng cũnh sóng điện từ song có tần số cao (1014-1015Hz) tải tin quang thuận lợi cho tải tín hiệu băng rộng - Năng lực truyền dẫn: lực truyền dẫn hệ thống đánh giá qua hai đại lượng: + Độ rộng băng tần truyền dẫn + Cự ly trạm lặp độ dài chuyển tiếp Xu hệ thống truyền dẫn quang truyền dẫn dải rộng cự ly trạm lặp lớn Thực tế hệ thống quang vượt qua hệ thống điện yêu cầu Các đại lượng xác định nhiều yếu tố liên quan như: + Tiêu hao tán xạ truyền dẫn sợi quang + Công suất xạ khả điều biến linh hoạt sợi quang + Độ nhạy máy thu quang + Tiêu hao phụ xử lý phần tử toàn tuyến 1.3 Ưu điểm thông tin quang So với hệ thống thơng tin điện tử hệ thống thơng tin quang có ưu điểm ưu điểm sau: Suy hao truyền dẫn thấp: dẫn tới giảm trạm lặp , kéo dài cự ly truyền dẫn, cho phép truyền dẫn băng rộng, truyền tốc độ lớn cáp kim loại chi phí xây dựng mạng nên Băng tần truyền dẫn lớn , đáp ứng thuê bao dịch vụ dải rộng Sợi quang: chế tạo từ nguyên liệu thạch anh hay nhựa tổng hợp nên nguồn nguyên liệu dồi rẻ tiền Sợi có đường kính nhỏ, trọng lượng nhỏ, khơng có xun âm dễ lắp đặt uốn cong Dùng cáp sợi quang: kinh tế việc sản xuất lắp đặt bảo dưỡng Không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ, không dẫn điện, không gây chập, cháy Tín hiệu tuyền sợi quang: khơng chịu ảnh hưởng nhiễu từ trường bên ngồi (như sóng vơ tuyến điện, truyền hình, ảnh hưởng cáp điện cao ) dẫn đến tính bảo mật thơng tin cao, khơng bị nghe trộm Nó sử dụng nơi có nhiễu điện từ mạnh nhà máy, nàh máy điện…mà không cần phải che chắn điện từ Một cáp sợi quang: có kích cỡ với cáp kim loại chứa số lượng lớn lõi sợi quang lớn số lượng kim loại Sợi quang: có tính bảo mật cao, việc đánh cắp thơng tin sợi quang khó khăn Tuy nhiên hệ thống thơng tin quang có số hạn chế như: + Khó khăn việc ghép nối, + Không sử dụng vùng bị chiếu xạ Chính có ưu điểm mà hệ thống thông tin quang sử dụng rộng rãi mạng lưới viễn thông nhiều quốc gia Chúng xây dựng làm tuyến đường trục, trung kế, liên tỉnh Tại Việt Nam cáp quang lắp đặt với tuyến truyền dẫn đường dài liên tỉnh dùng cáp ngầm Tốc độ hệ thống thông tin quang mũi đột phá , cự ly truyền dẫn cấu hình linh hoạt cho dịch vụ viễn thông cấp cao mạng lưới viễn thông Chương SỢI QUANG 2.1 Những ứng dụng sợi quang Cùng với phát triển không ngừng thông tin viễn thông, hệ thống truyền dẫn quang – truyền tín hiệu sợi quang phát triển mạnh mẽ nhiều nước giới Do có nhiều ưu điểm hẳn hình thức thơng tin khác dung lượng kênh truyền, tính kinh tế,…mà thơng tin quang giữ vai trị việc truyền tín hiệu tuyến xuyên đường trục avf tuyến xuyên lục địa, xuyên đại tây dương Công nghệ nagỳ tạo thông tin quang phát triển thay đổi theo xu hướng đại kinh tế Đặc biệt công nghệ sợi quang đơn mode có suy hao nhỏ làm đơn giản việc tăng chiều dài tồn tuyến thơng tin quang, kết hợp với công nghệ khuếch đại quang đời làm tăng chiều dài gấp đôi gấp n lần Chất lượng tín hiệu thu hệ thống cải thiện cách đáng kể Ở nước ta thông tin sợi quang ngày cành chiếm vị trí quan trọng, tuyến cáp quang hình thành, đặc biệt tuyến cáp quang Hà Nội – Hồ Chí Minh chiếm vị trí quan trọng thơng tin tồn quốc Trong tương lai mạng cáp quang xây dựng rộng khắp Tuyến đường trục cáp quang rẽ nhánh tới tỉnh, huyện, xây dựng tuyến cáp quang nội hạt * Vị trí sợi quang mạng thơng tin giai đoạn nay: - Mạng đường trục xuyên quốc gia - Mạng riêng công ty đường sắt, điện lực - Đường trung kế 10