MÔN VẬT LÝ LASER - Phần Sợi Quang

MÔN: VẬT LÝ LASER GVHD: TS. Lâm Quang Vinh HV: Nguyễn Thị Hoài Phương Lớp Cao học Quang học K21 NỘI DUNG NỘI DUNG 1. 2. 3. 4. 5. 6. 1. CẤU TẠO Cấu tạo sợi quang  Lõi: để truyền dữ liệu, có chiết suất cao hơn lớp sơn phủ  Lớp sơn phủ: tăng độ phản chiếu, ngăn chặn sự thất thoát và suy giảm thông tin Hình ảnh cáp quang 2. TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TÍNH CHẤT:  Sợi quang phải có độ tổn hao (do hấp thụ bức xạ và tán xạ bức xạ) thấp ⇒ •Lựa chọn vật liệu và bước sóng tia laser sao cho hệ số hấp thụ thấp nhất •Nâng cao chất lượng vật liệu •Giải pháp giảm tán xạ của bức xạ  Sợi quang phải có tính cơ học thích hợp, độ bền và chịu rung động cao Cáp quang trong lòng biển có san hô và tảo biển đeo bám 2. TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÂN LOẠI:  Theo đặc tính truyền dẫn (theo số mode có thể truyền dẫn trong sợi quang): •Sợi quang dạng bậc đơn mode SI- SM (Step Index Single Mode) •Sợi quang liên tục đa mode GI- MM (Grated Index Multi Mode)  Theo sự biến thiên chiết suất: •Sợi có chiết suất dạng bậc SI (Step Index) •Sợi có chiết suất biến thiên liên tục GI (Grated Index) Một mode sóng là một trạng thái truyền ổn định của ánh sáng trong sợi quang. Các loại sợi quang: a) Sợi quang dạng bậc đơn mode (SI- SM) b) Sợi quang dạng bậc đa mode (SI- MM) c) Sợi quang liên tục đa mode (GI-MM) 2. TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÂN LOẠI: Độ biến thiên chiết suất: •Đối với sợi quang đa mode: ∆≈ 0,02 •Đối với sợi quang đơn mode: ∆≈ 0,005 1 21 n nn − =∆ Khẩu độ số NA (Numerical Apeture): Khi độ chênh chiết suất không quá lớn: NA ≈ NA đặc trưng cho sự ghép nối hiệu quả giữa nguồn laser với sợi quang. Nhưng nếu NA quá lớn làm tăng sự tán sắc dẫn đến tín hiệu thiếu trung thực. 2 1 2 2 2 1max )(sin nnNA −== θ 2 1 1 )2( ∆n 2. TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÂN LOẠI: Tần số chuẩn hóa: NAaV 2 λ π = V: tần số chuẩn hóa a: bán kính sợi quang NA: khẩu độ sợi quang λ: bước sóng làm việc Số mode truyền được trong sợi SI: 2 2 V N = Số mode truyền được trong sợi GI: 4 2 V N = Giá trị điển hình của sợi đa mode: Đường kính lõi: d = 50µm Đường kinh lớp bọc: D= 125µm Gọi là sợi đa mode 50/125µm Chiết suất lõi: n 1 = 1,47 (λ = 1300nm) Khẩu độ số: NA = 0,2 – 0,29 Giá trị điển hình của sợi đơn mode: Đường kính lõi: d = 9-10µm Đường kinh lớp bọc: D= 125µm Chiết suất lõi: n 1 = 1,465 (λ = 1300nm) Khẩu độ số: NA = 0,13 – 0,18 2. TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO: lõi và vỏ được chế tạo đồng thời và liên tục. Sự khác nhau về chiết suất được thực hiện bằng cách thay đổi nồng độ tạp chất trong vật liệu. 2. TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO: lõi và vỏ được chế tạo đồng thời và liên tục. Sự khác nhau về chiết suất được thực hiện bằng cách thay đổi nồng độ tạp chất trong vật liệu. Cáp quang gồm từ vài sợi đến vài chục sợi quang có lõi thép để hạn chế độ cong xoắn và có thể có một số dây dẫn điện để tải dòng điện cung cấp cho bộ nguồn của các bộ hồi phục trên đường dây. πδ ϕλ π m dn m 22 cos 2 . 2 1 0 =− 3. CÁC MODE TRUYỀN DẪN TRONG SỢI QUANG DẠNG BẬC: Các mode sóng gián đoạn được phép dẫn truyền: : góc dịch pha khi phản xạ toàn phần tại mặt giới hạn giữa lõi và vỏ : bước sóng ánh sáng trong không khí. Mỗi giá trị ϕ m ứng với một mode được phép thứ m. Vì << 2π, ta có công thức gần đúng cos Với d= 50µm, λ 0 =1µm, n= 1,5 thì m có giá trị khá lớn, nghĩa là có nhiều mode được truyền dẫn trong sợi quang → thời gian mỗi mode truyền qua sợi quang khác nhau δ 0 λ δ λ ϕ d m n m . .2 1 ≅ [...]... QUANG Tổn hao do cơ cấu 4 TỔN HAO TRONG SỢI QUANG 4 TỔN HAO TRONG SỢI QUANG 2 loại tán xạ: - Tán xạ tuyến tính: do các bất hoàn hảo của sợi quang, do thăng giáng chiết suất (gọi là tán xạ Rayliegh) - Tán xạ phi tuyến: các quá trình thay đổi tần số của photon 5 TRUYỀN THÔNG TIN BẰNG SỢI QUANG NHƯỢC ĐIỂM 5 TRUYỀN THÔNG TIN BẰNG SỢI QUANG 5 TRUYỀN THÔNG TIN BẰNG SỢI QUANG Multimode: sử dụng cho truyền tải... mode là d ≤ 6λ Sợi quang đơn mode không gặp hiện tượng tán sắc giữa các mode 3 CÁC MODE TRUYỀN DẪN TRONG SỢI QUANG BẬC ĐƠN MODE: Hai loại tán sắc: Tán sắc do vật liệu: Tán sắc do linh kiện dẫn sóng: có bao nhiêu bước sóng trong xung sáng phát ra từ nguồn sẽ có bấy nhiêu hướng lan truyền liên quan đến mode m → sự tán sắc do mode giống như trong sợi quang đa mode 4 TỔN HAO TRONG SỢI QUANG Tổn hao do... thông thu hẹp lại Tăng B: chế tạo sợi quang liên tục đa mode (chiết suất lõi n 1 thay đổi liên tục đến n2) 3 CÁC MODE TRUYỀN DẪN TRONG SỢI QUANG BẬC ĐƠN MODE: Tần số chuẩn hóa V = 2πd λ V ≤ 2,405 1 2π d 2 2 2 λc = ( n1 − n2 ) 2,405 (n 2 1 −n 2 2 ) 1 2 d: đường kính lõi λ: bước sóng dẫn truyền trong lõi Điều kiện đơn mode: Bước sóng λ ≥ λc : sợi quang đơn mode λ ≤ λc : sợi quang đa mode Nếu lấy n1 = 1,53... TRONG SỢI QUANG DẠNG BẬC: t min AB AB.n1 = = v c t max = Độ giãn tín hiệu xung:∆t = t max − t min AB 1 AB n1 = sin ϕ m v sin ϕ m c  n1  = t min  − 1 n   2  Xung sáng bị giãn ra, gọi là hiện tượng tán sắc giữa các mode Sự giãn các xung sáng dẫn đến sự giới hạn độ rộng giải thông của sợi quang Tán sắc là hiện tượng các thành phần khác nhau của tín hiệu di chuyển với vận tốc khác nhau trong sợi quang. .. TRUYỀN DẪN TRONG SỢI QUANG ĐA MODE:  n − n  Ln Độ giãn tín hiệu xung có thể biểu diễn dưới dạng ∆t = τ  1 2  = 1 (n1 −n2 )  n  cn  2  2 Độ rộng dải thông cực đại: B ≤ 1 c.n2 1 = 4.∆t 4 L.n1 n1 − n2 L: chiều dài sợi quang tmin= τ: thời gian dẫn truyền Với L = 1km, ∆n = 0,01; n1 = 1,5 thì B = 5 M bit/s . trong sợi quang đa mode. 4. TỔN HAO TRONG SỢI QUANG Tổn hao do cơ cấu 4. TỔN HAO TRONG SỢI QUANG 4. TỔN HAO TRONG SỢI QUANG 2 loại tán xạ: - Tán xạ tuyến tính: do các bất hoàn hảo của sợi quang, . dẫn trong sợi quang) : Sợi quang dạng bậc đơn mode SI- SM (Step Index Single Mode) Sợi quang liên tục đa mode GI- MM (Grated Index Multi Mode)  Theo sự biến thiên chiết suất: Sợi có chiết. Sợi có chiết suất biến thiên liên tục GI (Grated Index) Một mode sóng là một trạng thái truyền ổn định của ánh sáng trong sợi quang. Các loại sợi quang: a) Sợi quang dạng bậc đơn mode (SI-