Tổng quan về hệ thống thông tin quang

Cáp quang đã trở thành phương tiện truyền dẫn hết sức hiệu quả trong các mạng thuê bao

Lời nói đầu

Ngày nay, hệ thống thông tin quang là hệ thống thông tin mà trong

đó tín hiệu được truyền dẫn dưới dạng ánh sáng Môi trường truyền dẫn

là các sợi quang (các sợi mảnh).

Cáp quang đã trở thành phương tiện truyền dẫn hết sức hiệu quả trong các mạng thuê bao Do các ưu điểm của nó hơn hẳn các phương tiện truyền dẫn khác Cáp quang ngày càng được nhiều nước sử dụng làm phương tiện truyền dẫn thông tin của mình nó có chất lượng truyền dẫn tốt hơn hẳn so các hệ thống truyền dẫn khác - nó còn là phương tiện

truyền dẫn an toàn nhất trong mọi điều kiện Nó đóng vai trò đa năng truyền dẫn mọi dịch vụ viễn thông có chất lượng cao đòng bộ và hiện đại như: Truyền số liệu, hội nghị truyền hình, truy nhập dữ liệu từ xa, dẫn các tạp thông tin đa phương tiện.

Cùng với những ưu điểm như: Độ suy hao thấp, độ rộng băng tần cao, đường kính sợi nhỏ, trọng lượng nhẹ, đặc tính cách điện cao, tiết kiệm tài nguyên.

Trong phần báo cáo thực tập này em xin nghiên cứu những vấn đề sau:

Hệ thống thông tin quang.

Cáp sợi quang và những vấn đề liên quan.

Được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy Vũ Đức Thọ -trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nay bản báo cáo tực tập của em đã hoàn thành, em kính mong các thầy cô giáo xem xét và bổ khuyết, em xin trân thành cảm ơn.

PHẦN I: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THÔNG TIN QUANG

Định nghĩa:

Thông tin quang là một hệ thống truyền tin thông qua sợi quang Điều này có nghĩa là thông tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua sợi quang Tại nơi nhận nó lại được biến đổi thành thông tin ban đầu

1.1 Sự phát triển của thông tin quang:

Khởi đầu của thông tin quang là khả năng nhận biết của con người về chuyểnđộng hình dáng và màu sắc thông qua đôi mắt Tiếp đó một hệ thống thông tin, điềuchế đơn giản xuất hiện bằng cách sử dụng các đèn hải đăng các đèn tín hiệu Kế tiếp

là sự ra đời của một máy điện báo quang Thiết bị này sử dụng khí quyển như mộtmôi trường truyền dẫn và do đó chịu ảnh hưởng của các điều kiện thời tiết để giảiquyết vấn đề này người ta đã chế tạo ra máy điện báo vô tuyến dùng để liên lạc giữahai người ở cách xa nhau

1960 các nhà nghiên cứu đã chế tạo thành công ra laze và đến năm 1966 đãchế tạo ra sợi quang có dộ tổn thất thấp ( 1000dB/Km) Bốn năm sau Karpon đã chếtạo ra cáp sợi quang trong suốt có độ suy hao truyền dẫn khoảng 20dB/Km Từthành công rực rỡ này các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã bắt đầu tiến hànhnghiên cứu, phát triển và kết quả là công nghệ mới về giảm suy hao truyền dẫn, vềtăng dải thông về các laze bán dẫn đã được phát triển thành công vào những năm 70.Sau dó giảm độ tổn hao xuống còn 0,18 db/Km còn laze bán dẫn có khả năng thựchiện giao động liên tục ở nhiệt độ khai thác đã được chế tạo, tuổi thọ kéo dài hơn

100 năm

Dựa trên công nghệ sợi quang và các laze bán dẫn giờ đây có thể gửi một

khối lượng lớn các tín hiệu âm thanh dữ liệu đến các địa chỉ cách xa hàng trăm Km

bằng một sợi quang có độ dày như một sợi tóc, không cần các bộ tái tạo

Hiện nay các hoạt động nghiên cứu đang được tiến hành trong một lĩnh vựcgọi là photon học là một lĩnh vực tối quan trọng trong thông tin quang, có khả năngphát hiện và sử lý trao đổi và truyền dẫn thông tin bằng các phương tiện ánh sáng.Photon học có khả năng sẽ được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử và viễnthông trong thế kỷ 21

1.2 Cấu trúc hệ thống thông tin quang:

Hình vẽ 1.1 biểu thị cấu hình cơ bản của hệ thống thông tin quang

Chức năng của từng bộ phận trong hệ thống thông tin quang:

Bộ biến đổi điện – quang ( E/O): Dùng để biến đổi tín hiệu điện thành tín

hiệu quang để truyền trong môi trường cáp quang ( biến đổi xung điện thành xungquang)

Yêu cầu thiết bị E/O biến đổi trung thực ( ánh sáng bị điều biến theo qui luậtcủa tín hiệu điện)

Hình 1.1: Cấu hình của hệ thống thông tin quang.

E

E/

Nguồn phát thông tin

Bộ biến đổi điện quang

Lặp đường dây Bộ biến đổi quang

điện

<Tín hiệu

điện> < Tín hiệu quang > < Tín hiệu quang >

<Tín hiệu điện>

Cáp quang: Là môi trường dùng để truyền dẫn tín hiệu là ánh sáng, được chế

tạo bằng chất điện môi có khả năng truyền được ánh sáng như sợi thạch anh, sợithuỷ tinh, sợi nhựa

Yêu cầu: Tổn hao năng lượng nhỏ, độ rộng băng tần lớn, không bị ảnh hưởngcủa nguồn sáng lạ ( không bị nhiễu)

Bộ biến đổi quang - điện ( O/E): Thu các tín hiệu quang bị suy hao và méo

dạng trên đường truyền do bị tán xạ, tán sắc, suy hao bởi cự ly để biến đổi thành cáctín hiệu điện và trở thành nguồn tin ban đầu

Yêu cầu: Độ nhậy máy thu cao, thời gian đáp ứng nhanh, nhiễu nhỏ tiêu thụnăng lượng điện ít

Các trạm lặp: Được sử dụng khi khoảng cách truyền dẫn lớn Trạm lặp biến

đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện để khuyếch đại Tín hiệu đã được khuyếch đại được biến đổi thành tín hiệu quang để tiếp tục truyền trên tuyến cáp sợi quang

1.3 Ưu, nhược điểm và các ứng dụng của thông tin quang:

Thông tin quang cũng như nhiều loại thông tin khác nó cũng có những ưu và nhược điểm riêng:

1.3.1 Ưu điểm :

 Sợi quang không bị nhiễu bởi các tia điện từ trong không gian và ngược lại nócũng không phát ra các tia điện từ gây ảnh hưởng tới các thiết bị xung quanh.Như vậy các tín hiệu tryuền qua sợi quang không thể bị nghe lén được Tin tứcđược đảm bảo bí mật

 Giá thành của hệ thống dẫn tín hiệu bằng cáp kim loại đắt hơn so với cáp sợiquang

 Độ cách điện cao đến hàng nghàn volt giữa trạm phát và trạm nhận tín hiệu

 Trong kênh thông tin trọng lượng và kích thước của các bộ phận đều nhỏ nhẹ

 Tín hiệu và hệ thống truyền tin bằng sợi quang thích hợp với các linh kiện, IClozic TTC và CMOS.

 Truyền tín hiệu qua cáp quang không bị nhiễu và không có hiệu ứng thời gian trễnhư ở thông tin vệ tinh

 Độ rộng băng tần đến 3000GHz Đến nay với cách truyền tin AM hay Multiplex độ rộng băng tần bị hạn chế còn khoảng 10GHz

Time-1.3.2 Nhược điểm.

 Hàn, nối sợi khó khăn hơn cáp kim loại

 Muốn cấp nguồn từ xa cho các trạm lặp cần có thêm dây đồng đặt bên trong sợiquang

 Khi có nước, hơi ẩm lọt vào cáp thì cáp sẽ nhanh chống bị hỏng và các mối hànmau lão hoá làm tăng tổn hao

 Do sợi có kích thước nhỏ nên hiệu suất của nguồn quang thấp

 Vì đặc tính bức xạ không tuyến tính của laze diode nên hạn chế truyền analog

 Không thể truyền mã lưỡng cực

1.3.3 Ứng dụng.

Nhờ những ưu điểm trên mà sợi quang được ứng dụng trong các mạng lướiđiện thoại, số liệu, máy tính và phát thanh, truyền hình ( dịch vụ băng rộng) và sẽđược sử dụng trong ISDN ( là mạng kết hợp giữa kỹ thuật chuyển mạch kênh với kỹthuật chuyển mạch gói), trong điện lực các ứng dụng y tế quận sự và cũng như trongcác thiết bị đo

xạ khi gặp các môi trường đục Quan điểm này mô tả được đầy đủ các hiệu ứng vềquang học trong một phạm vi riêng nào đó ví dụ như các hiện tượng phản xạ và khúc

xạ ánh sáng, nhưng lại không đúng khi dùng thuyết này để giải thích về hiện tượngnhiễu xạ và giao thoa, tuy nhiên hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa chỉ hãn hữu Năm

1986, Maxwell đã chứng minh bằng lý thuyết rằng bản chất của sóng ánh sáng làsóng điện từ Hơn nữa khi quan sát các hiệu ứng phân cực, người ta nhận thấy sựchuyển động của sóng ánh sáng luôn vuông góc với hướng mà sóng đi, điều đó chỉ

ra rằng sóng ánh sáng là sóng ngang Theo quan điểm sóng quang hay vật lý quangthì sóng điện từ được phát ra từ một nguồn nhỏ có thể được đặc trưng bởi một loạicác mặt sóng hình cầu mà nguồn đặt ở trung tâm các mặt cầu này Mặt sóng đượcxác định bởi các quĩ tích tất cả các điểm ở trong loại sóng cùng pha

2.1.1 Các định luật cơ bản của ánh sáng:

Các định luật cơ bản của ánh sáng có liên qua đến sự truyền ánh sáng trên sợiquang là hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng vận tốc của ánh sáng là:

Hình dưới đây minh hoạ quá trình phản xạ và khúc xạ ánh sáng ứng với mộtmôi trường thứ nhất có chiết suất n1 lớn hơn chiết suất n2 của môi trường thứ hai

Pháp tuyến

Pháp tuyến

2.1.2 Đặc tính tán xạ trong sợi quang:

Khi truyền dẫn các tín hiệu số qua sợi quang, xuất hiện hiện tượng dãn rộngcác xung ánh sáng ở đầu thu Thậm chí trong vài trường hợp các xung lân cận còn đèlên nhau, dẫn đến không phân biệt được xung, gây méo tín hiệu khi tái tạo Hiệntượng dãn xung được gọi là hiện tượng tán xạ

Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do ảnh hưởng của sợi quang mà cácthời gian chạy khác nhau cho các thành phần ánh sáng phát đi đồng thời Tán xạ cóảnh hưởng tới chất lượng truyền dẫn cụ thể là:

 Khi truyền tín hiệu số trong miền thời gian nó gây ra sự dãn rộng các xung ánhsáng

 Khi truyền tín hiệu tương tự ở đầu thu biên độ tín hiệu bị giảm và gây ra hiệntượng dịch pha Độ rộng băng truyền dẫn của sợi quang bị giới hạn, ảnh hưởngcủa tán xạ được mô tả như sau:

P

P

Hình 2.2: Ảnh hưởng của tán xạ lên tín hiệu digital (a) và tín hiệu analog (b)

 Tán sắc mdoe còn gọi là tán sắc giữa các mode

 Tán sắc mode là do các mode truyền trong sợi với tỷ lệ khác nhau và đến cuốiđầu thu tại các thời điểm khác nhau, nghĩa là truyền tốc độ như nhau nhưng đếnđầu thu không đồng thời

 Trong các sợi đa mode có sự khác nhau về tốc độ nhóm giữa các dạng sóng Tuycác dạng sóng xuất phát từ đầu sợi tại cùng một thời điểm nhưng đến cuối sợi thìkhông đồng thời Giữa các dạng sóng (các tia sóng ) nhanh nhất và chậm nhấtgây ra độ lệch thời gian đặc trưng cho tán sắc mode

b> Tán sắc sắc thể trong sợi đa mode:

Tán sắc sắc thể có trong sợi đa mode và sợi đơn mode:

 Tán sắc sắc thể gây ra do sự phụ thuộc của tốc độ nhóm vào bước sóng của tínhiệu và làm cho thời gian tới của các thành phần có bước sóng khác nhau khôngnhư nhau

 Tán sắc sắc thể bao gồm tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng:

Hình a : Dãn xung

+ Tán sắc vật liệu: Là do các bước sóng khác nhau từ nguồn quang và truyền vớitốc độ khác nhau do sự thay đổi các chỉ số khúc xạ theo bước sóng.

+ Tán sắc ống dẫn sóng: Là do sự phụ thuộc không tuyến tính của hằng số chuyềnlan vào tần số bước sóng trong ống dẫn quang

2.2 Cấu tạo cáp sợi quang:

2.2.1 Lõi cáp sợi quang:

Bao gồm sợi quang đặt trong ống đệm chặt hoặc ống đệm lỏng được liên kếtvới nhau bằng cách xoắn quanh một phần tử trung tâm gọi là phần tử gia cường

Bước xoắn phải đủ dài để cho sợi quang không bị cong quá mức qui định và

đủ ngắn để đủ độ giãn dài khi bị kéo căng cáp

Phần tử trung tâm làm bằng các plastic có rãnh vừa là chức năng gia cườngvừa để đặt sợi theo hình xoắn ốc Các ống đệm cũng bằng plastic

Các đặc tính cơ bản của plastic được dùng để sản xuất ống đệm hoặc phần tửgia cường (làm lõi của cáp quang) theo bảng sau:

lực căng Kg/mm2

Độ giãn dàitại điểm %

Modul đànhồi

Kg/mm2.102

Độ dãnnhiệt

10-5/0CSợi quang

2-3,2

~6

5 3001,5-10090-650200-700200-400

250-330

200

711,3-2,40,4-0,70,1-0,241,1-1,4 0,1

0,35

2,5

0,05 2011-1310-228-9,57-21

8,3-10,5

6-9

a> Vỏ ngoài cùng làm từ PVC, Polyethyleen và Polymethame-loại này có đặc

tính cơ học tốt, chống cháy có độ ẩm cho phép cao PE có tính cơ và hoá tốt,chống cháy kém, hệ số ma sát thấp thuận lợi cho khi kéo cáp vào cống

b> Vỏ trong cùng thường dùng Polymêthame vì nó mềm dẻo

c> Lớp chắn hơi ẩm thường là nhôm mỏng quấn kín lõi cáp và ở phía trong vỏ

lớp ngoài cùng: Khi vỏ ngoài bị phồng lên thì lớp các lá nhôm này vẫn ômchặt lớp phía trong như vậy ngăn được nước đang nằm trong lớp vỏ ngoàithấm vào trong

d> Vỏ bảo vệ bằng kim loại ( Armuor) bằng các sợi thép hoặc bằng thép có múi

được dùng cho cáp chôn trực tiếp để bảo vệ các ứng suất xuyên tâm và chốnggậm nhấm

2.2.3 Phần tử gia cường.

 Phần tử gia cường được đặt trong lõi cáp quang để tạo ra sức chịu lực căng và sức chống co để đảm bảo cho cáp được ổn định khi lắp đặt cáp, khi nhiệt độ của môi trường thay đổi

 Phần tử gia cường phải là vật liệu nhẹ, mềm dẻo có modul đàn hồi cao

 Phần tử gia cường có thể là:

+ Kim loại: thường là các loại dây thép được đặt tại tâm hoặc vỏ của cáp khi

dùng thép phải chú ý chống ăn mòn và chống điện áp cao do sét đánh

+ Phi kim loại: Thường là dây thuỷ tinh Plastic tăng cường(G-FRP) hoặc là các

sợi amid Thường đặt ở tâm cáp có độ mềm dẻo cao(hoặc đặt phân tán trong vỏ cáp)

a> Các cách đặt phần tử gia cường trong lõi cáp quang:

Modul đàn hồi kg/mm2

Ứng suất điểm uốn kg/mm2

Độ co dãn điểm uốn %

Ứng suất tại điểm gẫykg/mm2

Độ giãn tại điểm gãy %

2Hình 2.3: Cách đặt phần tử gia cường.

a> Các dây dẫn có cách điện: Các dây này là một thành phần của lõi cáp dùng để

truyền các kênh nghiệp vụ hoặc để phát hiện thấm nước vào cáp hoặc cấp nguồn từ xa nhưng sự có mặt của các dây này gây ra nhược điểm cho cáp là hiện tựơng cảm ứng điện từ của dây cao áp hoặc sét

b> Các lớp đệm lót được sử dụng để bảo vệ lõi cáp từ lực nén xuyên tâm: đó

là các vật liệu Plastic quấn hình trôn ốc quanh lõi cáp

c> Các băng quấn quanh lõi cáp : Các băng này có hai chức năng:

- Liên kết các thành phần của lõi cáp với nhau

- Tạo ra lớp ngăn nhiệt khi bị nóng và phồng ra

d> Một số bộ phận để bơm không khí khô để chống ẩm vào và chống nước

e> Chất độn làm đầy để bảo vệ lõi cáp không bị hơi ẩm thấm vào trong và chống nước ngấm dọc cáp khi vỏ cáp bị thủng Nó có tác dụng ổn định hoá học khôngtạo khí Hyđrôgen.Chất độn chủ yếu nằm trong vỏ cáp có khi cả lõi cáp

2.3 Phân loại sợi quang.

Như trong bảng 2.3, sợi quang được phân loai theo nhiều cách như phân loại theo vật liệu điện môi sử dụng, mode truyền dẫn, phân bố chiết suất khúc xạ của lõi v.v

Phân loại theo vật liệu điện môi Sợi quang thạch anh

Sợi quang thuỷ tinh đa vật liệuSợi quang bằng nhựa

Phân loại theo mode truyền lan Sợi quang đơn mode

Sợi quang đa modePhân loại theo phân bố chiết suất khúc xạ Sợi quang chiết suất bậc

Sợi quang chiết suất biến đổi đềuBảng 2.3: Phân loại sợi quang

2.3.1 Phân loại theo vật liệu điện môi:

Khi phân loại theo vật liệu điện môi thì tổng số có ba loại :

 Các sợi quang thạch anh không những chỉ chứa thạch anh nguyên chất (SiO2) mà còn có các tạp chất thêm vào như: Ge, B và P v.v để làm thay đổi chiết suất khúc xạ.

 Sợi quang đa vật liệu có thành phần chủ yếu soda lime, thuỷ tinh hoặc thuỷ tinh boro- silicat

 Sợi quang nhựa thường được sản xuất bằng PMMA (Polymethyl metharcylate)

2.3.2 Phân loại theo mode lan truyền:

Theo mode lan truyền sợi quang được chia làm hai nhóm:

 Sợi quang đơn mode (được gọi tắt là SM): loại này chỉ cho một mode lan truyền

 Sợi quang đa mode: cho phép nhiều mode lan truyền

2.2.3 Phân loại theo phân bố chỉ số khúc xạ:

Loại cáp quang phân loại theo phân bố chỉ số khúc xạ bao gồm:

a> Sợi quang đa-model chiết suất phân bậc:

Khi ánh sáng đi vào lõi của cáp quang theo một góc nào đó sẽ lan truyền tronglõi theo phương thức phản xạ hoàn toàn Khi cáp quang bị uốn cong đột ngột thì góc giữa đường quang và mặt phẳng biên có thể lớn hơn góc tới hạn do vậy tổn hao sangmặt áo sẽ tăng lên Trong kiểu sợi quang đa phương thức ánh sáng đi thẳng và ánh sáng phản xạ hoàn toàn với góc lớn sẽ có các góc khác nhau Tỷ lệ với sự chênh lệchnày có sự chênh lệch về thời điểm đến của đầu cuối làm cho việc truyền thông tin đến các địa điểm xa vài trụcMHz-Km

b> Sợi quang đa – model chiết suất biến đổi:

Sợi quang đa model chỉ số lớp: Được thiết kế để giảm độ sai lệch về thời gian như đã đề cập ở trên Loại sợi quang này có hệ số khúc xạ lớn nhất tại lõi của nó và

có độ khúc xạ nhỏ hơn về phía áo sợi quang Điều này có nghĩa là sự phân bố hệ số khúc xạ có hình chuông Nếu đúng như vậy thì tốc độ của ánh sáng mà nó bị uốn cong theo chiều dài sẽ tăng lên khi hệ số khúc xạ giảm đi và do vậy ánh sáng sẽ dến đầu cuối ra gần đúng như thể ánh sáng đã lan truyền theo một đường thẳng Vì vậy

nó có thể giữ nhiều thông tin ( GHz-Km) gấp hàng trăm nghàn lần so với sợi quang chi số bước Đường kính của lõi sợi quang chỉ số lớp này là 50m và đường kính của áo sợi quang là 125 m

c> Sợi quang đơn model (Nằm trong nhóm sợi quang chiết xuất phân bậc):

Đường kính và lõi của sợi quang đơn model nhỏ hơn nhiều so với sợi quang

đa model Khi đường kính và lõi của sợi quang giảm xuống và độ sai lệch về hệ số khúc xạ giữa lõi và áo sơị quang giảm đi Trong trường hợp này không có sự khác biệt nào về thời gian do sự khác biệt giữa các góc lan truyền gây ra vì vậy nó có dải thông truyền dẫn lớn (100GHz-Km hoặc hơn nữa)

2.4 Các nguyên tắc lan truyền ánh sáng của sơi quang.

2.4.1 Ánh sáng truyền qua sợi quang đa model chiết xuât bậc:

Đa mode chiết xuất bậc đa dạng sóng có chiết suất nhảy bậc Sợi quang đa model chiết suất bậc có đường kính chỉ bằng đường kính của 1sợi tóc, bọc bên ngoài là vỏ cũng bằng thuỷ tinh có chiết suất bé hơn Độ rộng băng tần đạt đến 100MHz/Km Khi một tia sáng đi vào sợi quang với một góc tương đối hẹp, nó bị phản xạ liên tục ở đường biên cho đến khi nó chạy ra ở đầu cuối

Có nhiều tia sáng trong lõi, n1=const nên tốc độ của ánh sáng trong lõi là: c/n1=const

Vậy mọi tia sáng được truyền trong lõi sợi có vận tốc giống nhau Tia nào có quãng đường đi ngắn thì thời gian truyền nhỏ sẽ đến sớm hơn và ngược lại Các tia sáng đến cuối sợi cáp không đồng thời Xung ánh sáng ở cuối sợi cáp là xung quang tổng hợp thành phần đến xung cuối sợi cáp bị dãn rộng và sụt đỉnh, xuất hiện giao thoa giữa các xung quang ( méo tín hiệu) Vì những lý do trên mà sợi quang SI-MMchỉ sử dụng cho các đường truyền tốc độ thấp cỡ chục Mb/s trong các tuyến có cự lyngắn, không dùng trong các tuyến đường trục

Hình 2.4: Ánh sáng truyền qua sơi quang đa mode chiết suất bậc

2.4.2 Ánh sáng truyền qua sợi quang đa mode chiết xuất liên tục ( GI-MM):

Hình 2.5: ánh sngs truyền qua sợi quang đa mode chiết suất liên tục.Sợi quang đa mode- Chiết suất giảm dần có đường kính lõi gần 50m Độ rộng băng tần đạt khoảng 1GHz.Km Cấu tạo của lõi sợi quang coi như tạo bởi nhiềuthấu kính hội tụ xếp đặt theo thứ tự nhất định.

Có nhiều tia sáng được truyền trong lõi, n1 giảm theo bán kính nên vận tốc củatia sáng trong lõi là :

2.4.3 Sợi quang đơn mode chiết suất bậc:

Hình 2.6: Ánh sáng truyền qua sợi quang đơn mode chiết suất liên tục

Đường kính của sợi quang được làm thật bé chỉ có ánh sáng song song vớitrục được truyền đi như thế sự đa dạng và méo xung được khắc phục, đường kínhcủa sợi bằng 5m Theo lý thuyết lượng thông tin truyền qua sợi quang đạt tới

100Gb/s Độ rộng băng tần được coi là vô hạn Nhưng điều này còn bị giới hạn bởinguồn sáng chỉ còn 10GHz/Km.

Ánh sáng truyền trong sợi thì đạt được diều kiện chỉ còn mode cơ bản đượctruyền trong lõi sợi Có hai cấu trúc cơ bản của sợi quang đơn mode

2.5 Đặc tính suy hao của sợi quang ( Ký hiệu suy hao = AT ).

- Suy hao của sợi quang là một trong các thông số quan trọng để xác định khoảng cách thông tin trên mỗi khoảng lặp cực đại Tính bằng dB/Km

- Suy hao phụ thuộc vào bước sóng truyền qua sợi quang và phụ thuộc vào lõi sợi quang Nhưng suy hao phải đủ nhỏ có thể truyền công suất quang từ đầu phát đếnđầu thu đạt chỉ tiêu theo thiết kế

2.5.1 Các yếu tố suy hao bên trong:

Khi ánh sáng truyền trong sợi quang ánh sáng bị hấp thụ do bị cộng hưởng cực tím(UV)kết hợp với cấu trúc các nguyên tử tinh thể, đuôi cộng hưởng hồng ngoại kếthợp với các liên kết phân tử

a> Suy hao do tác động của ánh sáng vào các điện tử của nguyên tử (AT) mà đỉnh hấp thụ của nó nằm trong vùng cực tím(UV), còn đuôi của nó lan sang vùng gầnhồng ngoại (IR)- là vùng bước sóng hoạt động của các sợi quang

Đối với loai sợi quang SiO2 suy hao này được tính gần đúng theo công thức:

ATu = A0exp(0/)Trong đó: A0 = 1,108.10-3 dB/Km

0 = 4,582 mb> Do tác động của ánh sáng với dao động của các phần tử (ATi) mà đỉnh hấp thụ nằm trong vùng hồng ngoại Còn đuôi kéo dài nằm trong vùng gần hồng ngoại (IR)

Hai yếu tố đầu có thể ánh sáng một phần biến thành nhiệt, một phần bức xạ quang thoát ra ngoài song vẫn gây ra suy hao ống dẫn sóng (ATr) đây là yếu tố suy hao chủ yếu do sợi thuỷ tinh và được xác định bởi công thức sau:

ATR = C0/4 Trong đó: C0  0,7 dB/ km m4

2.5.2 Suy hao do công nghệ chế tạo sợi quang:

a> Lượng hấp thụ ánh sáng do chất bẩn của thuỷ tinh đặc biệt có hại hơn là lẫn các ion kim loại vào sợi quang Nhưng với kỹ thuật chế tạo sợi quang bây giờ yếu tốnày có thể bị loại bỏ

b> Một loại chất bẩn nữa mà kỹ thuật hiện nay không thể loại bỏ được là gốc nước

OH gây ra đỉnh hấp thụ ở bước sóng 1,38 m có trị số suy hao 40 dB/Km khi trọng lượng chiếm một phần triệu Công nghệ sản xuất sợi quang hiện nay cho phép suy hao gốc nước OH gây nên chỉ chiếm khoảng 0.3 dB/Km đến 2dB/Km Ngoài ra còn các đỉnh hấp thụ OH gây ra ở các bước sóng 1,25 m và 0.9 m nhưng có trị số suy hao bé hơn Những đỉnh này trước đây rất quan trọng đã ảnh hưởng đến các cửa sổ suy hao thấp

- Cửa sổ suy hao thứ nhất gần 0,85m

- Cửa sổ suy hao thứ hai gần 1,3 m

- Cửa sổ suy hao thứ ba gần 1,55 m

c> Quá trình sản xuất các công đoạn chế tạo phôi thuỷ tinh, kéo sợi gây ra các khuyết tật và ứng suất làm suy hao khoảng 0,15 - 0,16 dB/Km đối với sợi đa mode tại cửa sổ thứ ba

2.5.3 Suy hao bên ngoài do các nguên nhân sau:

a> Khi lắp đặt và hàn nối sợi làm cho trục của lõi sợi bị biến dạng gây nên cho sợi cong và vi cong

Suy hao vi cong có thể do hai nguyên nhân sau:

- Nhiệt độ và lực ép khi lắp đặt cáp

- Khi đặt sợi cáp trong quá trình sản xuất và chế tạo sợi cáp

Cong vi mô làm tăng suy hao tỷ lệ với: exp( -R/Rc)

R: là bán kính cong

Rc:: là bán kính cong cho phép và Rc=a/A2

N: Là số lượng bướu cổ trên một đơn vị chiều dài cáp có độ cao trung bình là h D: Là đường kính ngoài của sợi cáp

a: Là bán kính lõi cáp

Ef và Eb: Là modul đàn hồi của sợi và ống đệm

b> Khi lắp đặt lực ép vào các bề mặt gồ ghề của vỏ sợi hoặc do oằn sợi nằm trong vỏ cáp.

c> Sự phụ thuộc vào nhiệt độ:

Do vật liệu chất độn và vật liệu cáp có hệ số dãn nở khác nhau Khi nhiệt độthay đổi làm cho lực ép vào sợi quang cũng thay đổi từ đó sẽ tạo ra suy hao vi cong

do biến đổi sợi

2.5.4 Suy hao do hàn nối sợi:

Các bộ nối để nối hai đầu của sợi quang với nhau trên panel hoặc các cổng

“đuôi heo” của thiết bị Đặc tính quan trọng của bộ nối là phải gắn với lõi với mức

độ chính xác cao, cụ thể làm tâm của hai lõi không được lệch nhau quá phạm vi chophép và khe hở hai đầu của sợi phải thật bé để phản xạ nhỏ nên suy hao phải thật bé

- Suy hao khi nối hai sợi có lõi khác nhau

- Suy hao do nối hai sợi có góc mở khác nhau

- Suy hao do đặt lệch sợi và sợi không đồng tâm

- Suy hao gây ra do mặt cắt của hệ số khúc xạ không đối xứng