Thông tin quang / C2_1_Sợi quang doc

1  Cấu trúc của một sợi quang?  Quá trình truyền sóng ánh sáng trong sợiquang  Phân loại sợi quang  Các đặctínhsợiquang  Hàn nốisợiquang  Cáp quang 1 Hanoi University of Technology 2 • Sợiquanglàống dẫn sóng điện môi hình trụ hoạt động tạitầnsố quang, dẫnánhsángtheohướng song song vớitrụccủan • Lõi có chiếtsuấtlớnhơnvỏ 0,1% - 0,3% • Sợiquangcóđường kính rấtnhỏ, nhẹ, đặctínhtruyềndẫn cao 2a Cấu trúc một sợiquang 3 • Lõi sợi quang (core): bán kính a, chiếtsuấtn 1 • Vỏ (cladding): chiếtsuấtn 2 < n 1 • Tác dụng củavỏ: – Giảm suy hao tán xạ do sự không liên tụccủa điệnmôitạibề mặt lõi – Làm khỏesợi – Bảovệ lõi khỏi ảnh hưởng hấpthụ bề mặt • Sợi suy hao thấp và trung bình: vậtliệulõilàthủy tinh, vỏ thủytinh hoặcnhựa • Sợi suy hao cao: lõi nhựavàvỏ nhựa Cấu trúc một sợi quang (tiếp) 4 Ánh sáng truyềntrongsợi quang N N ó ó n n á á nh nh s s á á ng ng Nh Nh ữ ữ ng ng tia tia s s á á ng ng đư đư ợ ợ c c ph ph ả ả n n x x ạ ạ to to à à n n ph ph ầ ầ n n trong trong lõi lõi s s ợ ợ i i quang quang 5 Ánh sáng truyềntrongsợi quang  Định luật Snell : n 0 sin θ 1 = n 1 sin θ 2 = n 1 cos Ф 1 (1)  Phần lõi và vỏ có chiếtsuấtn 1 và n 2 (n 1 > n 2 )  Góc tớihạncủalõi:  Phảnxạ toàn phầnxảyravới điềukiện: θ ‘theta’ Φ ‘phi’ θ 1 : góc tới θ 2 : góc khúc xạ Φ 1 : góc tớigâyphảnxạ toàn phần 1 2 0 21 sin 90sinsin n n nn c c = = φ φ c φ φ > 1 5 Hanoi University of Technology 6 Độ mở số NA – Number Aperture α β θ max op tical system n 0  Phảnxạ toàn phầnchỉ xảyrađốivớinhững tia sáng có góc tới đi vào sợi quang nhỏ hơn góc mởθ max : θ 1 < θ max  θ max = góc mở lớnnhất = góc giớihạnlớnnhấtcủa cáp quang  Để đặctrưng cho khả năng ghép luồng bứcxạ quang vào sợi, ngườita định nghĩamột đạilượng đặctrưng cho sợilàđộ mở NA: NA = Sin θ max 6 Hanoi University of Technology 7 Độ mở số NA & đường kính lõi 2a  Ý nghĩaNA:phảihộitụ một chùm tia sáng để bơm vào sợi quang với nón ánh sáng ≤ 2NA. Nếu không hội tụ tốt, nón ánh sáng > 2NA → mất thông tin.  Đường kính 2a củalõi càng lớn và NA càng lớn sẽ cho lượng ánh sáng đi vào sợi quang càng lớn. Đường kính nhỏ Đường kính lớn NA lớn NA nhỏ 7 Hanoi University of Technology 8 Độ chênh lệch chiếtsuất hay vi sai chiếtsuấtlõi–vỏ ∆  Định nghĩa:  Ta thấyrằng 1 21 2 1 2121 2 1 2 2 2 1 2 ))(( 2 n nn n nnnn n nn − ≈ +− = − =∆ ∆==⇒ = − =∆ 2sin 22 1max1 2 1 2 2 1 2 2 2 1 nNA n NA n nn θ 8 Hanoi University of Technology 9 Hệ số phảnxạ giữathủy tinh và không khí P P P P 1 1 P P 2 2 n n 1 1 n n 0 0 %100(%) 2 01 01 ⋅ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + − = nn nn R n 0 : chiếtsuất không khí n 1 : chiếtsuấtthủytinh R: hệ số phảnxạ giữathủy tinh và không khí Ý nghĩacủaR:khi ánh sáng đitừ môi trường thủytínhchiếutới mặt phân cách thì có bao nhiêu % năng lượng ánh sáng bị phảnxạ trở lại. Ví dụ: tính R vớin 1 = 1,5 10 Vùng suy hao thấpcủabước sóng λ  Cửasổ 1: xung quanh 850 nm  Cửasổ 2: xung quanh 1310 nm  Cửasổ 3: 1530 nm ÷ 1565 nm (băng thông thường hay băng C)  Cửasổ 4: 1565nm ÷ 1625 nm (bước sóng dài hay băng L)  Cửasổ 5: 1380 nm ÷ 1525 nm 10 Hanoi University of Technology [...]...Phân loại sợi quang Phân loại theo vật liệu Sợi quang thủy tinh đa vật liệu Sợi quang thạch anh Sợi quang nhựa Phân loại theo mode Sợi đơn mode Sợi đa mode Phân loại theo phân bố Sợi quang chiết suất bậc chiết suất khúc xạ Sợi quang chiết suất biến đổi 11 Phân loại sợi quang theo vật liệu Sợi quang thủy tinh đa vật liệu Sợi quang thạch anh (SiO2 + tạp chất) Sợi quang thuỷ tinh kết hợp thạch anh... quang: 2 V g N≈ 2 g+2 Số mode trong sợi SI: V2 g →∞⇒ N ≈ 2 Số mode trong sợi GI: 2 V g =2⇒ N ≈ 4 21 Trong sợi SI: N~V2 : công suất đi vào vỏ giảm khi V tăng Khi V lớn, công suất quang trung bình trong vỏ được xác định: Pclad 4 ≈ P 3 M 22 Bước sóng cắt λc Từ Vc → λc = bước sóng giới hạn / ngưỡng / cắt λc = Ý nghĩa: π 2a.NA Vc Ống dẫn sóng quang là đơn mode tại những bước sóng λi ≥ λc Ống dẫn sóng quang. .. Hanoi University of Technology 29 Kích thước lõi sợi quang Hanoi University of Technology 30 Kích thước sợi quang 31 Hàn nối sợi quang Hàn nhiệt nóng chảy vĩnh viễn: Hàn nối bằng cách phóng điện hồ quang (tia lửa điện phóng điện) trong không khí Fusion Splicer: Thiết bị hàn nối vĩnh viễn hai sợi quang Fusion Splicer instrument 32 Các bước hàn nối bằng hồ quang Tách lớp vỏ bảo vệ ở hai đầu sợi cần nối Dùng... Technology 16 Mô tả chiết suất biến đổi r r r n2 a 2a n 2 n 0 z n(r) 1 17 Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang Nếu chiết suất của bước sóng quang được coi như một hàm của bán kính r, nó mô tả sự biến thiên chiết suất theo bán kính (tính theo trục sợi quang từ tâm lõi thủy tinh ra ngoài vỏ thủy tinh): n = n(r) Ta có: g ⎡ ⎛r⎞ ⎤ 2 2 n (r ) = n1 ⎢1 − 2 ⋅ ∆ ⋅ ⎜ ⎟ ⎥ ⎝a⎠ ⎥ ⎢ ⎦ ⎣ 2 n 2 (r ) = n2 = constant... thị thông báo hàn lại Mối hàn tốt nhìn đều đặn như đoạn sợi thông thường Gia cố cơ học bảo vệ mối nối Ví dụ dùng một ống bọc nhựa co nóng, có đệm đoạn vật liệu gia cường 33 Các thiết bị dùng hàn nối sợi vĩnh viễn 34 Hàn nối sợi quang Có 4 kiểu hàn lỗi 1.Lỗi cạnh (lateral) 2.Lỗi trục (axial) 4 Lỗi do mặt tiếp xúc không đồng đều 3 Lỗi góc (angular) (poor end finish) 35 Bảo vệ mối nối giữa hai cáp quang. .. quang là đơn mode tại những bước sóng λi ≥ λc Ống dẫn sóng quang là đa mode tại những bước sóng λi < λc Ví dụ: sợi quang có thông số n1=1,463; n2=1,46; 2a=10µm và λc=1,22µm không thể sử dụng như một sợi đơn mode tại các bước sóng ngắn hơn 1,22µm 23 Điều kiện truyền dẫn đơn mode trong sợi quang Kích thước đường kính lõi trong khoảng một vài bước sóng Vi sai chiết suất lõi – vỏ nhỏ: 0,1- 0,2% Ví dụ: sợi... )dr ⎥ ⎦ ⎣ 0 ∞ 1 2 26 Định nghĩa MDF theo Petermann: Bán kính trường mode w0 là bán kính mà tại đó biên độ tia sáng giảm đến giá trị 1/e (≈ 37% vì e ≈ 2,71828) so với giá trị biên độ lớn nhất tại r = 0 27 Định nghĩa theo Petermann (tiếp) Bán kính trường mode w0 của sợi quang SI-SMF tỷ lệ thuận với bước sóng λ (= tỷ lệ nghịch với tham số V) và bán kính lõi sợi a Trong dải giá trị tham số V: 1,6 < V . Cửasổ 5: 13 80 nm ÷ 15 25 nm 10 Hanoi University of Technology 11 Phân loạisợiquang Phân loại theo vậtliệu Sợi quang thủytinhđavậtliệu Sợi quang thạch anh Sợi quang nhựa Phân loại theo mode Sợi đơn. thấyrằng 1 21 2 1 212 1 2 1 2 2 2 1 2 ))(( 2 n nn n nnnn n nn − ≈ +− = − =∆ ∆==⇒ = − =∆ 2sin 22 1max1 2 1 2 2 1 2 2 2 1 nNA n NA n nn θ 8 Hanoi University of Technology 9 Hệ số phảnxạ giữathủy tinh. 1  Cấu trúc của một sợi quang?  Quá trình truyền sóng ánh sáng trong sợiquang  Phân loại sợi quang  Các đặctínhsợiquang  Hàn nốisợiquang  Cáp quang 1 Hanoi University