Thông tin quang / C2_2_ Suy hao tín hiệu trong sợi quang pps

1 Suy hao tín hiệu trong sợi quang Attenuation in Optical Fibers 2 Nguyên nhân gây suy hao 2 Hanoi University of Technology 3 • Suy hao tín hiệu củasợi quang: Suy hao = Suy hao uốn cong + Hấpthụ + Suy hao Tán xạ (attenuation = bending loss + absorption + scattering loss) • Hệ số suy hao: L P(0) P(L) Sợiquang P(0): công suất quang tạikhoảng cách L=0 P(L): công suất quang tạikhoảng cách L 4 Công suấtquangở khoảng cách L: () ( ) L p ePLP α − = 0 Hệ số suy hao theo đơnvị 1/km: ( ) ( ) () ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ = LP P L km p 0 ln 1 1 α Hệ số suy hao theo đơnvị dB/km: () ( ) () ( ) km LP P L km dB p 1 343,4 0 log 10 αα = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ = dBm refers to a ratio with respect to a signal of 1 mW 5 Bending Loss - Suy hao uốn cong • Đây là loại suy hao phụ thuộc vào mode sóng • Ví dụ: sợi quang uốn cong với đường kính 32 mm sẽ gây ra suy hao 0.5 dB Thay đổi chỉ số chiết xuất khúc xạ n có thể giảm suy hao uốn cong, nhưng sẽ ảnh hưởng đến những tính chất khác của sợi quang. • Nguyên tắc cơ bản giảm thiểu suy hao uốn cong là giảm thiểu bán kính uốn cong. Bán kính > 100xđường kính vỏ sợi (for short times). Vd: 13mm for 125mm cladding Bán kính > 150xđường kính vỏ sợ i (for long times). Vd: 19mm for 125mm cladding 6 Bend loss versus bend radius 7 Microbending losses  Đây là một đặc tính của sợi quang, dưới sự điều chỉnh của nhà sản xuất, có giá trị rất nhỏ, thường đã được tính vào suy hao tổng. 8 Bending Loss in Single Mode Fiber Mode Field distributions in straight and bent fibers Bending loss for lowest order modes Microbending Loss Sensitivity vs wavelength 9 Graded-index Fiber () α ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∆−= a r nrn 21 1 Với r nằm trong khoảng (0,a) và α = 2 (Nếu α = ∞, công thức trên dùng cho sợi SI) Số mode được tính theo công thức: () 42 2 2 1 V aknM ≈∆ + = α α 10 Số mode sẽ giảm do suy hao uốn cong ⎪ ⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + ∆ + −= 3/2 2 2 32 2 2 1 kRnR a NN straightbent α α [...]... hao phân tán là α 1300 nm có tổn hao phân tán là 18%α 1550 nm có tổn hao phân tán là 9%α 14 Phổ suy hao của sợi quang Silica SMF Spectral loss of Single and Multi-mode silica fiber Intrinsic and extrinsic loss components for silica fiber • Với λ1µm: Hấp thụ hồng ngoại chiếm ưu thế trong suy hao tín hiệu quang 15 ... tạp nhỏ trong lõi sợi Các bước sóng ngắn bị tán xạ nhiều hơn các bước sóng dài Các bước sóng λ ≤ 800 nm có suy hao tán xạ Rayleigh cao nên không dùng trong TTQ Các bước sóng λ ≥ 1700 nm hấp thụ hồng ngoại, có suy hao lớn nên cũng không dùng trong TTQ Hanoi University of Technology 13 Hệ số suy hao do tán xạ Reyleigh αR α R = CR ⋅ 1 λ ⇒ λ ↑⇒ α R ↓ 4 CR: hệ số tán xạ Reyleigh Ví Dụ: 850 nm có tổn hao phân...Absorption - Suy hao do hấp thụ Hấp thụ do lỗi nguyên tử trong cấu tạo thủy tinh (sự không hoàn hảo của cấu trúc nguyên tử của vật liệu sợi: thiếu hụt phân tử, cụm nhóm nguyên tử mật độ cao…) Hấp thụ bên ngoài do những nguyên tử không sạch trong vật liệu thủy tinh (ion chuyển tiếp kim loại như đồng, sắt, hay ion OH) Ví dụ: ion kim loại mật độ 1 đến vài phần tỉ gây ra suy hao khoảng 110dB/km mật độ ion... mật độ ion OH phải nhỏ hơn vài phần tỉ để có được suy hao nhỏ hơn 20dB/km Hấp thụ bên trong do cấu tạo nguyên tử cơ bản của vật liệu sợi Bắt nguồn từ: Dải hấp thụ điện tử trong vùng cực tím: Hấp thụ cực tím giảm theo hàm mũ khi bước sóng tăng Dải dao động nguyên tử trong vùng gần hồng ngoại 11 Hấp thụ do tạp chất Hanoi University of Technology 12 Suy hao do tán xạ Rayleigh (~95%) Tán xạ Rayleigh là . 1 Suy hao tín hiệu trong sợi quang Attenuation in Optical Fibers 2 Nguyên nhân gây suy hao 2 Hanoi University of Technology 3 • Suy hao tín hiệu củasợi quang: Suy hao = Suy hao uốn cong. cong ⎪ ⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + ∆ + −= 3 /2 2 2 32 2 2 1 kRnR a NN straightbent α α 11 Absorption - Suy hao do hấp thụ  Hấp thụ do lỗi nguyên tử trong cấu tạo thủy tinh (sự không hoàn hảo của cấu trúc nguyên tử của vật liệu sợi: . Fiber () α ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∆−= a r nrn 21 1 Với r nằm trong khoảng (0,a) và α = 2 (Nếu α = ∞, công thức trên dùng cho sợi SI) Số mode được tính theo công thức: () 42 2 2 1 V aknM ≈∆ + = α α 10 Số mode sẽ giảm do suy hao uốn