Tiểu luận: Sợi quang và thông tin quang ppsx

Tiếp đó, một hệ thống thông tin điều chế đơn giản xuất hiện bằng cách sử dụng các đèn hải đăng các đèn hiệu….Để có cái nhìn rõ nét về thông tin quang trước tiên chúng ta đi tìm hiểu quá

Cử nhân vật lý k6

Trường ĐHKH-ĐHTN

Phần 1: Lời Mở Đầu

• Như các bạn đã biết thế giới là sự kết nối thông

tin.Trải qua một quá trình phát triển lâu dài con người dần tìm ra các phương thức truyền tải thông tin 1 cách nhanh chóng và chính xác Ngày nay thông tin quang được sử dụng như 1 đột phá về truyền dẫn thông

tin.Các phương tiện sơ khai của thông tin quang là

khả năng nhận biết của con người về chuyển động,

hình dáng và màu sắc của sự vật thông qua đôi mắt Tiếp đó, một hệ thống thông tin điều chế đơn giản

xuất hiện bằng cách sử dụng các đèn hải đăng các đèn hiệu….Để có cái nhìn rõ nét về thông tin quang trước tiên chúng ta đi tìm hiểu quá trình phát triển của nó…

Phần 2: Lịch Sử Phát Triển

Năm 1791,VC.Chape phát minh ra một

máy điện báo quang Thiết bị này sử dụng

khí quyển như là một môi trường truyền dẫn

và do đó chịu ảnh hưởng của các điều kiện

về thời tiết Để giải quyết hạn chế này,

Marconi đã sáng chế ra máy điện báo vô

tuyến có khả năng thực hiện thông tin giữa những người gửi và người nhận ở xa nhau.

• Năm 1960: Laser Rubi ra đời, do T.H.Maiman Năm 1960:

chế tạo trong phòng thí nghiệm Hughes,

USA Lần đàu tiên một nguồn ánh sang

mạnh, đơn sắc và kết hợp hoạt động ở một bước song trở thành hiện thực Chính laser này là xuất phát điểm của nghiên cứu

thong tin quang hiện đại

• Năm 1963 hàng loạt các loại sợi thủy tinh được chế tạo để dẫn quang trong khoảng cách ngắn, song yếu điểm của chúng là

mất mát lớn, do đó chúng không được phát triển để sử dụng làm sợi quang dẫn ánh

sáng

Phát minh ra laser vào đầu những năm

1960 là một bước phát triển có tính chất quyết định đối với ngành

quang học sợi Laser là một nguồn phát sáng ổn định, phát ra một chùm ánh sáng cường độ mạnh

và tập trung cao, và có thể bơm ánh sáng

đó vào trong một sợi quang mỏng

Năm 1966 C.K.KAO và G.A.Hockman, làm việc trong phòng thí nghiệm Viễn thong tiêu chuẩn của

Anh đã đề xuất sử dụng thủy tinh dạng cáp đồng trục

để truyền dẫn ánh sáng Loại sợi quang này đã giảm mất mát xuống còn 20 dB/km

Năm 1970 Kao và Hockman đã nghiên cứu về cơ chế giảm quang trong phòng thí nghiệm đã phát hiện thấy thủy tinh có hệ số mất mát nhỏ ở bước sóng 0,85

; 1,3 và 1,55 µm Đối với các bước song này hệ số mất mát có thể giảm xuống đến 0,2 dB/km

• Năm 1966 C.K.KAO và G.A.Hockman,

làm việc trong phòng thí nghiệm Viễn thong tiêu chuẩn của Anh đã đề xuất sử dụng thủy tinh dạng cáp đồng trục để truyền dẫn ánh sáng Loại sợi quang này đã giảm mất mát xuống còn 20 dB/km

• Năm 1970 Kao và Hockman đã nghiên cứu về cơ chế giảm quang trong phòng thí nghiệm đã phát hiện thấy thủy tinh

có hệ số mất mát nhỏ ở bước sóng 0,85

; 1,3 và 1,55 µm Đối với các bước sóng này hệ số mất mát có thể giảm xuống đến 0,2 dB/km

• Những laser đầu tiên phát ra ánh sáng hồng

ngoại và cần phải làm lạnh Trong những năm

1970, những laser thiết thực hơn đã được phát triển có thể hoạt động liên tục ở nhiệt độ

phòng Đây là một đột phá công nghệ mang lại tiện nghi cho ngành truyền thông quang học.

Đầu năm 1980, A.G.Bell – đã nghĩ ra một

thiết bị quang thoại có khả năng biến đổi dao động của máy hát thành ánh sáng Tuy nhiên, sự phát triển tiếp theo của hệ thống này đã bị bỏ bễ do sự xuất hiện hệ thống vô tuyến.

• Đầu những năm 80 (1982-1983): hệ thống

Thông tin quang thế hệ ІІ sử dụng laser

1310 nm bắt đầu được sử dụng Thời gian đầu, tốc độ bít chỉ đạt 100Mb/s do sử dụng sợi đa mốt Khi sợi đơn mốt được đưa vào

sử dụng, tốc độ bít đã được tăng lên rất cao Năm 1987, hệ thống thông tin quang 1310

nm có tốc độ bít 1,7Gb/s với khoảng cách

lặp 50km đã trở thành hàng hoá thương

mại Hệ số suy hao trong sợi ~ 0,5dB/km tại bước sóng 1310 nm.

• Năm 1990 hệ thống thông tin quang thế hệ ІІІ

sử dụng laser bán dẫn bước sóng 1550 nm có

độ suy hao trong sợi quang cỡ 0,2dB/km đã được thương mại hoá Tốc độ bít đã đạt đến 2,5Gb/s và sau đó đã đạt đến 10Gb/s

• Thế hệ thứ ІV của thông tin cáp quang là sử dụng

khuếch đại quang để tăng khoảng cách lặp và ghép nhiều bước sóng trong một sợi quang để tăng tốc độ bít trong một sợi quang

• Năm 1991 lần đầu tiên hệ thống thông tin quang có EDFA (các bộ khuyếch đại quang)được thử nghiệm truyền tín hiệu số tốc độ 2,5Gb/s trên khoảng cách 21.000km và 5Gb/s trên khoảng cách 14.300km

• Năm 1996 hệ thống thông tin cáp quang dưới biển có tốc độ 5Gb/s trên khoảng cách

11.300km được đưa vào sử dụng, năm 1997 hệ thống Âu – Á có tên FLAG có tốc độ bít 5Gb/s

và khoảng cách 27.000km đã đưa vào hoạt

động Hệ thống cáp quang vòng quanh châu

Phi (Africa One) có khoảng cách 35.000km

cũng đã đước lắp đặt trong năm 1997

• Ngày nay, hệ thống điện thoại và truyền thông dữ liệu chạy trong một

mạng sợi quang thủy

tinh có tổng chiều dài

lên tới hơn 1 tỉ km Nếu như lượng sợi quang ấy được quấn quanh Trái đất, thì nó đủ để quấn

quanh địa cầu hơn

25.000 vòng – và lượng

Sợi quang là gì ???

• Sợi quang là những dây nhỏ và dẻo truyền các ánh sáng nhìn thấy được và các tia hồng ngoại Chúng

có lõi ở giữa và có phần bao bọc xung quanh lõi Để ánh sáng có thể phản xạ một cách hoàn toàn trong lõi thì chiết suất của lõi lớn hơn chiết suất của áo một chút.

hay chất dẻo (Silica), chất dẻo, kim

bọc ở phía ngoài áo bảo vệ sợi quang khỏi bị ẩm và ăn mòn, đồng thời chống xuyên âm với các sợi đi bên cạnh và làm cho sợi quang dễ

xử lý Để bọc ngoài ta dùng các

Bên trong sợi quang

gọi là phản xạ lại ánh sáng toàn phần Trong quy định

để có phản xạ ánh sáng toàn phần là ánh sáng xuất phát có góc triết quang trung bình ( khúc xạ ) - bằng hoặc lớn hơn góc giới hạn ( gọi là góc Brewster )

•Đúng như tên của nó , sợi quang dùng ánh sáng để truyền dữ liệu Ở một đầu cable là LED (Light Emitting Diode) hoặc Laser bán dẫn làm nguồn sáng

•Sợi quang không dẫn điện , như vậy những vấn đề liên quan đến dòng điện

Có hai kiểu sợi quang : Multimode và Singlemode ( hoặc gọi là

Monomode ) Những kiểu này đại diện cho kiểu ánh sáng

được truyền bên trong sợi lõi

• Lõi nhỏ (8 mocron hay nhỏ

hơn), hệ số thay đổi khúc

xạ thay đổi từ lõi ra

cladding ít hơn multimode

phương song song trục.

ít méo dạng.

Mode đơn

Mode đơn

(Single mode)

Ứng dụng Mode đơn

mạng điện thoại, mạng truyền hình cáp.

Multimode (đa mode)

micron), các tia tạo xung ánh sáng có thể đi theo nhiều

đường khác nhau trong lõi: thẳng, zig-zag… tại điểm đến sẽ nhận các chùm tia riêng lẻ, vì vậy xung dễ bị méo dạng.

đèn soi trong

Multimode (đa mode)

• Multimode graded index (chiết xuất liên tục): Lõi có chỉ

số khúc xạ giảm dần từ trong ra ngoài cladding Các

tia gần trục truyền chậm hơn các tia gần cladding Các tia theo đường cong thay vì zig-zag Các chùm tia tại điểm hội tụ, vì vậy xung ít bị méo dạng

• Graded index: thường dùng trong các mạng LAN

Xin trân thành cảm ơn thầy và các bạn đã quan tâm theo dõi!