CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SỢI QUANG

http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN MỞ ĐẦU OBO OK S CO M Trong năm gần đây, hệ thống thơng tin phát triển mạnh mẽ hết, đáp ứng phần bùng nổ thơng tin tồn giới Các mạng thơng tin điện đại có cấu trúc điển hình gồm nút mạng tổ chức nhờ hệ thống truyền dẫn khác cáp đối xứng, cáp đồng trục, sóng vi ba, vệ tinh… Nhu cầu thơng tin ngày tăng, đòi hỏi số lượng kênh truyền dẫn lớn, song hệ thống truyền dẫn kể khơng tổ chức luồng kênh cực lớn Đối với kỹ thuật thơng tin quang, người ta tạo hệ thống truyền dẫn tới vài chục Gb/s Một số nước giới ngày nay, hệ thống truyền dẫn quang chiếm 50% tồn hệ thống truyền dẫn Xu hướng ngành Viễn thơng giới cáp quang hố hệ thống truyền dẫn nội hạt, quốc gia, đường truyền dẫn quốc tế Đối với Việt Nam chúng ta, với sách thẳng vào cơng nghệ đại, năm qua, ngành Bưu điện Việt Nam hồn thành vơ hố mạng lưới truyền dẫn liên tỉnh, xây dựng đưa vào sử dụng hệ thống truyền dẫn quang quốc gia 2,5 Gb/s với cấu hình Ring Và giai đoạn ngành chủ trương cáp quang hố mạng thơng tin quang KIL nội hạt, mạng trung kế liên đài… ưu điểm siêu việt cáp sợi Thành phần hệ thống truyền dẫn quang sợi dẫn quang chế tạo thành cáp sợi quang Sợi quang với thơng số định đặc tính truyền dẫn tuyến Do đó, đòi hỏi phải xác định xác thơng số Thơng thường, thơng số sợi quang xác định nhà sản xuất Tuy nhiên, sử dụng nó, thi cơng, lắp đặt, sử dụng… ta http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN cần đo đạc lại vài thơng số cần thiết cho tuyến cáp sợi quang : suy hao tồn tuyến, suy hao trung bình, suy hao hàn nối, suy hao ghép, khoảng cách cuộn cáp sử dụng, khoảng cách tồn tuyến… KIL OBO OKS CO M Trong đó, quan trọng phải xác định cách tương đối xác cố xảy tuyến Một phương pháp để xác định thơng số sử dụng rộng rãi sử dụng thiết bị OTDR để đo Trong đồ án này, nêu phương pháp đo, giới thiệu phương thức đo OTDR, đồng thời nêu yếu tố ảnh hưởng đến sai số phép đo Với thời gian có hạn, kiến thức hạn hẹp, đồ án có nhiều thiếu sót, mong có đóng góp thầy giáo Tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo tận tình quan tâm giúp đỡ tơi đẻ hồn thành đồ án http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SỢI QUANG 1.1 TỔNG QUAN VỀ THƠNG TIN QUANG KIL OBO OKS CO M 1.1.1 Sự phát triển hệ thống thơng tin quang Thơng tin xuất xã hội lồi người từ sơm, từ xa xưa người biết sử dụng lửa phản chiếu ánh sáng để báo hiệu cho coi hình thức thơng tin ánh sáng sơm Sau đó, hình thức thơng tin phong phú dần ngày phát triển thành hệ thống thơng tin đại ngày Ở trình độ phát triển cao thơng tin nay, hệ thống thơng tin quang coi hệ thống thơng tin tiên tiến bậc nhất, triển khai nhanh mạng lưới viễn thơng nước giới với đủ cấu hình linh hoạt, tốc độ cự ly truyền dẫn phong phú, đảm bảo chất lượng dịch vụ viễn thơng tốt Ở nước ta ta, hệ thống thong tin quang phát triển rộng khắp nước năm gần đây, đóng vai trò chủ đạo mạng truyền dẫn Để có vị trí ngày nay, hệ thống thơng tin quang trải qua phát triển nhanh chóng đáng ghi nhớ Vào năm 1960, việc phát minh laser để làm nguồn phát quang mở thời kỳ có ý nghĩa to lớn líchử kỹ thuật thơng tin sử dụng dải tần số ánh sáng Vào thời điểm đó, hàng loạt thực nghiệm thơng tin bầu khí tiến hành sau Tuy nhiên, chi phí cho cơng việc q tốn kém, kinh phí cho việc sản xuất thành phần thiết bị để vượt qua cản trở điều kiện thời tiết tự nhiên gây số khổng lồ Chính chưa thu hút ý mạng lưới Bên cạnh đó, hướng nghiên cứu khác tạo hệ thống truyền tin đáng tin cậy thơng tin qua khí phát minh sợi dẫn quang Các sợi dẫn quang lần chế tạo có suy http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN hao lớn (tới khoảng 1000dB/km) tạo mơ hình hệ thống có xu hướng linh hoạt Năm 1966 Kao số nàh khoa học khác tìm chất suy hao sợi dẫn quang Những nhận định KIL OBO OKS CO M sáng tỏ Kapron, Keck Maurer chế tạo thành cơng sợi thuỷ tinh có suy hao 20 dB/km vào năm 1970 Suy hao nhỏ nhiều so với thời điểm đầu chế tạo sợi cho phép tạo cự ly truyền dẫn tương đương với hệ thống truyền dẫn cáp đồng Với cố gắng khơng ngừng nhà nghiên cứu, sợi dẫn quang có suy hao nhỏ đời Cho tới đầu năm 1980, hệ thống thơng tin sợi dẫn quang phổ biến rộng với vùng bước sóng làm việc 1300mm Cho tới nay, sợi dẫn quang đạt tới mức suy hao nhỏ tới < 0,2 dB/km bươcsongs 1550nm cho thấy phát triển mạnh mẽ cơng nghệ sợi quang năm qua Cùng với cơng nghệ chế tạo nguồn phát triểnát thu quang, sợi dẫn quang tạo hệ thống thơng tin quang với nhiều ưu điểm trội hẳn so với hệ thống thơng tinâcps kim loại : -Suy hao truyền dẫn nhỏ -Bằng tần truyền dẫn lớn -Khơng bị ảnh hưởng nhiếu điện từ -Có tính bảo mật tín hiệu thơng tin -Có kích thước trọng lượng nhỏ -Sợi có tính cách điện tốt -Tin cậy linh hoạt -Sợi chế tạo từ vật liệu sẵn có Do ưu điểm mà hệ thống thơng tin quang áp dụng rộng rãi mạng lưới Chúng xây dựng làm tuyến đường trục, trung kế, liên tỉnh, th bao kéo dài cà việc truy nhập vào mạng th bao linh hoạt đáp ứng mơi trường lắp đặt từ http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN nhà, cấu hình thiết bị xun lục địa, vượt đại dương v.v… Các hệ thống thơng tin quang phù hợp với hệ thống truyền dẫn số khơng loại trừ tín hiệu dạng ghép kênh nào, KIL OBO OKS CO M tiêu chuẩn Bắc Mỹ, châu Âu hay Nhật Bản Hiện nay, hệ thống thơng tin quang áp dụng rộng rãi giới, chúng đáp ứng tín hiệu tương tự (analog) số (digital), chúng cho phép truyền dẫn tất tín hiệu dịch vụ băng hẹp băng rộng, đáp ứng đầy đủ u cầu mạng số hố liên kết đa dịch vụ (ISDN) Số lượng cáp quang lắp đặt giới với số lượng lớn, đủ tốc độ truyền dẫn với cự ly khác nhau, cấu trúc mạng đa dạng Nhiều nước lấy cáp quang mơi trường truyền dẫn mạng lưới viễn thơng họ Các hệ thống thơng tin quang mũi đơtj phá tốc độ, cự ly truyền dẫn cấu hình linh hoạt cho dịch vụ viễn thơng cấp cao 1.1.2 Cấu trúc thành phần tuyến truyền dẫn quang Cho tới nay, hệ thống thơng tin quang trải qua nhiều năm khai thác mạng lưới cấu trúc truyền khác Nhìn chung, hệ thống thơng tin quang thường phù hợp cho việc truyền dẫn tín hiệu số hầu hết q trình phát triển hệ thống thơng tin quang theo hướng Theo quan niệm thống vậy, ta xem xét cấu trúc tuyến thơng tin quang bao gồm thành phần hình 1.1 : Bộ phát quang Tín hiệu điện v o Mạch điều khiển Nguồn phát quang Sợi quang Bộ thu quang Đầu thu quang Chuyển đổi tín hiệu Tín hiệu điện Hình 1.1 Các thành phần tuyến truyền dẫn cáp sợi quang http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Các thành phần tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi quang phần thu quang Phần phát quang cấu tạo gồm có nguồn phát tín hiệu quang mạch điện điều khiển liên kết với Cáp KIL OBO OKS CO M sợi quang gồm có sợi dẫn quang lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ khỏi tác động có hại từ mơi trường bên ngồi Phần thu quang tách sóng quang mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành Ngồi thành phần chủ yếu này, tuyến thơng tin quang có ghép nối quang (Connector) Các mối hàn, ghép nối quang, chia quang vấcc trạm lặp, tất tạo nên tuyến thơng tin quang hồn chỉnh Tương tự cápđồng, cáp sợi quang khai thác với điều kiện lắp đặt khác Chúng trao ngồi trời, chơn trực tiếp đất, kéo cổng, đặt biển Tuỳ thuộc vào điều kiện lắp đặt khác mà độ dài chế tạo cáp khác nhau, dài từ vài trăm mét tới vài kilomet Tuy nhiên đơi thi cơng, kích cỡ cáp phụ thuộc vào điều kiện cụ thể, chẳng hạn cáp đượ kéo cống khơng thể cho phép dài được, cáp có độ dài lớn thường dùng cho treo chơn trực tiếp Các mối hàn kết nối độ dài cáp thành độ dài tổng cộng tuyến lắp đặt Sợi quang có cấu trúc mảnh Nó cấu tạo chủ yếu vật liệu thuỷ tinh Dạng sợi quang hình ống trụ gồm hai lớp thuỷ tinh lồng vào có độ đồng tâm cao Đường kính lõi dẫn ánh sáng vào khoảng 50µm sợi đơn mode Đường kính ngồi lớp vỏ phản xạ thơng thường vào khoảng 125µm cho loại sợi Có ba loại sợi quang sợi đa mode số chiết suất phân bậc, sợi đa mode số chiết suất gradien, sợi quang đơn mode Tham số quan trọng cáp sợi quang tham gia định độ dài tuyến suy hao sợi quang theo bước sóng Đặc tuyến suy hao sợi quang theo bước sóng tồn ba vùng mà có suy hao thấp vùng bước sóng 850nm, 1300nm, 1550nm Ba vùng bước sóng sử dụng cho hệ thống thơng tin http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN quang gọi vùng cửa sổ thứ nhất, cửa sổ thứ hai cửa sổ thứ ba tương ứng Thiết bị phát quang có nhiệm vụ phát ánh sáng mang tín hiệu vào KIL OBO OKS CO M đường truyền sợi quang Cấu trúc thiết bị phát quang gồm có nguồn phát quang, mạch điều khiển điện, mạch tiếp nhận tín hiệu đầu vào Nguồn phát quang thiết bị phát sử dụng đioe phát quang (LED) Laser bán dẫn (LD) Tín hiệu đầu vào thiết bị phát dạng số đơi códạng tương tự tiếp nhận để đưa vào phần điều khiển Mạch điều khiển thực biến đổi tín hiệu điện dạng điện áp thành xung dòng Cuốicùng nguồn phát thực biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang tương ứng phát vào sợi quang Hình 1.2 sơ đồ khối thiết bị phát quang Tín hiệu v o Clock v o Mã hố Điều khiển Nguồn phát Sợi quang Hình 1.3 Sơ đồ thiết bị phát quang Tín hiệu ánh sáng điều chế nguồn phát quang lan truyền dọc theo sợi dẫn quang để tới phần thu quang truyền sợi dẫn quang, tín hiệu ánh sáng thường bị suy hao méo yếu tố hấp thụ, tán xạ, tán sắc gây nên Bộ tách sóng quang phần thu thực trực tiếp nhận ánh sáng tách lấy tín hiệu từ hướng phát tới Tín hiệu quang biến đổi trực tiếp trở lại thành tín hiệu điện Các photodiơt PIN photodiode thác APD có thểư dụng làm tách sóng quang hệ thống thơng tin quang, hai loại có hiệu suất làm việc cao có tốc độ chuyển đổi nhanh Các vật liệu bán dẫn chế tạo nênghiên cức tách sóng quang định bước sóng làm việc chúng sợi quang đầu vào tách sóng quang phải phù hợp với sợi dẫn quang sử dụng tuyến lắp đặt Yếu tố quan http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN trọng phản ánh hiệu suất làm việc thiết bị thu quang độ nhạy thu quang, mơ tả cơng suất quang nhỏ thu tốc độ truyền dẫn số ứng với tỷ lệ lỗi bit hệ thống; điều tưng KIL OBO OKS CO M tự tỷ số tín hiệu tạp âm hệ thống truyền dẫn tương tự Sau tín hiệu quang tách tách sóng quang, tín hiệu điện thu đầu photodiode khuếch đại khơi phục trởvề dạng tín hiệu đầu vào thiết bị phát Như sơ đồ thiết bị thu quang mơ tả hình 1.4 sau : Sợi quang tách sóng photodiode Khuếch đại Điều chỉnh Quyết định Giải mã Trích Clock Tín hiệu Clock Hình 1.4 Sơ đồ thiết bị thu quang sơ 1.1.3 Những ưu điểm ứng dụng thơng tin sợi quang So với dây kim loại, sợi quang có nhiều ưu điểm đáng ý : -Suy hao thấp : Cho phép kéo dài khoảng cách tiếp vận giảm số trạm tiếp vận -Dải thơgn tin rộng : thiết lập hệ thống truyền dẫn tốc độ cao -Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ : dễ lắp đặt chiếm chỗ -Hồn tồn cách điện : khơng chịu ảnh hưởng sấm sét -Khơng bị can nhiễu trường điện từ : hoạt động vùng có nhiễu điện từ mạnh -Vật liệu chế tạo có nhiều thiên nhiên http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Nói chung, dùng hệ thống thơng tin sợi quang kinhtế so với sợi kim loại với dung lượng cự ly Sợi quang ứng dụng thơng tin số mục đích khác bao gồm : KIL OBO OKS CO M Vị trí sợi quang mạng lưới thơng tin giai đoạn -Mạng đường trục Quốc gia -Đường trung kế -Đường cáp thả biển liên quốc gia -Đường truyền số liệu -Mạng truyền hình Và tới, mạng viễn thơng Việt Nam đưa vào sử dụng -Th bao cáp sợi quang -Mạng số đa dịch vụ ISDN 1.2 LÝ THUYẾT VỀ SỢI QUANG 1.2.1 Ngun lý truyền anhsangs sợi quang 1.2.1.1 Chiết suất mơi trường Chiết suất mơi trường xác định tỷ số vận tốc ánh sáng truyền chân khơng vận tốc ánh sáng truyền mơi trường n= C V n : Chiết suất mơi trường, khơng có đơn vị C : Vận tốc ánh sáng chân khơng, đơn vị m/s V : vận tốc ánh sáng mơi trường, đơn vị m/s Vì V ≤ C nên n ≥ http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Chiết suất mơi trường phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng truyền Các nguồn quang dùng thơng tin quang phát anhsangs KIL OBO OKS CO M khoảng hẹp khơng phải có bước sóng Do vận tốc truyền nhóm ánh sáng gọi vận tốc nhóm Vnh chiết suốt mơi trường đánh giá theo chiết suất nhóm : nnh n nh = n − λ dn dλ 1.2.1.2 Sự phản xạ khúc xạ ánh sáng Khi tia sáng truyền mơi trường đến mặt ngăn cách với mơi trường tia sáng tách thành tia : tia phản xạ lại mơi trường tia khúc xạ sang mơi trường Tia phản xạ tia khúc xạ quan hệ với tia tới sau : -Càng nằm mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới pháp tuyến mặt ngăn cách điểm tới) -Góc phản xạ góc tới : θ’1 =θ -Góc khúc xạ xác định từ cơng thức Snell : n1 sinθ = n1 sinθ Hình 1.5 Sự phản xạ khúc xạ ánh sáng 1.2.1.3 Sự phản sạ tồn phần http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN sóng dùng phép đo, h ệ s ố khúc x , s ố đ o độ dài cáp (feet ho ặc km), độ r ộ ng xung đo B ướ c sóng đ o b ướ c sóng c thi ế t b ị quang đ i ệ n t phát Ch ỉ KIL OBO OKS CO M s ố khúc x ch ỉ s ố khúc x c ủ a s ợ i quang cáp Vì tr ục ngang c ủ a v ế t OTDR th i gian, nên OTDR ph ả i đượ c chia độ v i s ợ i quang đượ c đo Vi ệ c chia độ đượ c cung c ấ p b i hai thơng s ố : ch ỉ s ố khúc x c s ợ i quang đ o đượ c s ự khác gi ữ a độ dài s ợi quang độ dài c ủ a cáp N ế u ta bi ế t đượ c nhà s ả n xu ấ t c ủ a s ợ i quang cáp đượ c đo, ta có th ể s d ụng giá tr ị b ả ng “các chi ết su ất c lo i s ợ i quang hay đượ c s d ụng” Nế u ta khơng bi ế t ch ỉ s ố khúc x ho ặ c nhà s ả n xu ấ t c s ợ i quang, ta có th ể s d ụng giá tr ị b ảng sau, nh ữ ng ể m gi ữ a c ch ỉ s ố khúc x c nh ữ ng s ợ i quang b ố n nhà s ản xu ấ t khác cungc ấ p S d ụng nh ữ ng giá tr ị s ẽ d ẫ n đến có sai s ố nh ỏ v ề độ dài c s ợ i quang http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN B ảng : Các ch ỉ s ố khúc x khơng bi ết giá tr ị thự c Độ dài b ướ c sóng (nm) Ch ỉ s ố khúc x 50/125 850 1.48535 KIL OBO OKS CO M Lo i s ợ i quang 62,5/125 850 1.4982 50/125 1300 1.48145 1300 1.4938 62,5/125 Độ r ộng xung xác đị nh cơng su ất quang đượ c phóng vào cáp Độ r ộng xung l n, độ dài c cáp mà máy đ o OTDR có th ể đ o đượ c xác dài (Hình 4.9) Tuy nhiên, độ r ộng xung l n, vùng ch ế t vùng s ự ki ện quang c ũng s ẽ dài (hình 4.5) 4.8 CÁCH TH ỰC HI Ệ N CÁC PHÉP Đ O B ẰNG MÁY ĐO OTDR Sau thi ế t đặt máy đ o OTDR theo nh ữ ng ch ỉ d ẫ n c nhà s ả n xu ấ t, ấn nút Start/Stop ho ặ c nút test Sau OTDR hồn thành q trình đó, v ết s ẽ xu ất hi ệ n hình c OTDR T v ế t này, ta có th ể đo độ dài kho ảng cách, suy hao c s ợ i quang, t ổn hao c b ộ n ố i, t ổn hao c mố i hàn, t ổn hao c nh ữ ng đ o n cáp b ị u ố n đo n ng ắ n, u ốn cong đ o n dài s ự ph ả n x * Độ dài c kho ả ng cách Các máy đo OTDR có tr ỏ, nh ta đị nh v ị để xác đị nh v ị trí th ự c hi ệ n ch ứ c n ă ng c OTDR Để xác đị nh độ dài c đo n cáp đượ c g ắ n tr ự c ti ế p (khơng qua đầ u đ o) v i OTDR, đị nh v ị cho tr ỏ t i v ị trí th ấp nh ấ t c v ế t đườ ng th ẳ ng ngang tr ướ c đo n ph ả n x đầ u cáp (hình 4.15) h ầ u h ế t OTDR, OTDR s ẽ hi ể n th ị v ị trí tr ỏ n v ị feet ho ặc km http://kilobooks.com KIL OBO OKS CO M THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Hình 4.15 : v ị trí c tr ỏ để đo độ dài cáp n Hình 4.16 Các v ị trí tr ỏ để đo độ dài đo n cáp Để xác đị nh độ cài c đo n tuyế n cáp g m nhi ề u đo n cáp có ch ứ a mối hàn c khí ho ặ c b ộ n ố i (ho ặ c cáp đượ c n ối v i cáp đầu đo vào), đị nh v ị mộ t tr ỏ t ại v ị trí th ấ p nh ấ t c v ết đườ ng th ẳ ng tr ướ c đo n ph ản x đầ u th ứ nh ấ t c đo n cáp Đị nh v ị tr ỏ th ứ hai t i đ i ể m th ấ p nh ấ t c v ế t đườ ng th ẳ ng tr ướ c đo n ph ả n x đầu th ứ hai c ủ a đo ạn cáp đượ c đ o (Hình 4.16) Độ dài đo n cáp s ự khác gi ữ a v ị trí c hai tr ỏ Trên s ố máy đ o OTDR, nh Tektronix Fiber Master, độ dài đo ạn cáp s ẽ đượ c hi ển th ị t ự độ ng *Các phép đ o t ổn hao : http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Vế t OTDR s ẽ cho phép b n th ự c hi ệ n phép đ o t ổn hao c cáp, t ỷ l ệ suy hao c cáp, t ổn hao c ủ a b ộ n ối, t ổ n hao c đ o ạn cáp b ị u ố n cong t ổn hao m ối hàn T ổ n hao đượ c xác đị nh b ằ ng cách đ o s ự khác KIL OBO OKS CO M V ề c ườ ng độ tín hi ệu gi ữ a v ị trí c hai tr ỏ Tổn hao c ủ a cáp đượ c xác đị nh b ằ ng cách đặt tr ỏ t i v ị trí th ấp nh ấ t c v ế t đườ ng th ẳng tr ướ c đo n ph ả n x đầu cáp tr ỏ th ứ hai t i ph ầ n cao nh ấ t c v ết đườ ng th ẳ ng, sau đỉ nh ban đầ u (hình 4.17) Tổn hao c đ o ạn cáp độ chênh l ệch v ề chi ề u cao t i đ i ể m mà hai tr ỏ c v i v ế t Tính tốn t ỷ l ệ suy hao c s ợ i quang b ằng cách chia giá tr ị t ổ n hao đượ c hi ể n th ị máy đo OTDR cho kho ả ng cách gi ữ a tr ỏ T ỷ l ệ đượ c tính t ự độ ng s ố OTDR, nh máy OTDR c cơng ty Tektronix cơng ty Laser Precision Hình 4.17 : v ị trí c tr ỏ để đo tổ n hao c cáp http://kilobooks.com KIL OBO OKS CO M THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Hình 4.18 : Các v ị trí tr ỏ để đo t ổ n hao k ế t n ối gi ữ a hai đ i ể m Lư u ý r ằng s ố đ o t ổn hao c s ợ i quang gi ữ a tr ỏ Tổ n hao khơng ph ải t ổn hao c cáp t ổn hao khơng bao g m t ổ n hao c ủ a cáp vùng ch ết quang Có hai ph ươ ng pháp xác đị nh t ổ n hai c ủ a b ộ n ối Trong ph ươ ng pháp th ứ nh ấ t, tr ỏ đượ c đặ t t i ể m th ấp nh ất c v ết đườ ng th ẳng sau b ộ n ố i Con tr ỏ th ứ hai đượ c đặt tạ i ểm th ấp nh ất c v ết đườ ng th ẳ ng tr ướ c b ộ n ối (Hình 4.18) Ph ươ ng pháp bao g m c ả t ổ n hao c cáp gi ữ a hai tr ỏ Hình 4.19 : V ị trí tr ỏ để đo t ổ n hao mố i hàn M ột ph ươ ng pháp xác h n để xác đị nh t ổ n hao c ủ a b ộ n ối ho ặ c t ổ n hao c ủ a mố i hàn ph ươ ng pháp t ổ n hao mối hàn Ph ươ ng pháp khơng bao g m t ổn hao c ủ a cáp gi ữ a hai tr ỏ Trong ph ươ ng pháp này, máy đ o OTDR th ự c hi ệ n phép x ấ p x ỉ tuyế n tính t ối u cho v ế t tuyế n tính c ả hai phía c b ộ n ố i ho ặ c c mối hàn Máy đ o OTDR s ẽ tính độ khác gi ữ a mứ c c ườ ng độ tín hi ệ u t i v ị trí c b ộ n ối ho ặ c c ủ a mố i hàn (Hình 4.19) 4.9 M Ộ T S Ố Ứ NG D ỤNGC Ủ A MÁY Đ O OTDR http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN 4.9.1 Do suy hao tồn tuyế n : Dự a vào độ chênh l ệ ch c ủ a cơng su ấ t tán x ng ượ c đầ u cu ối s ợ i (hình 1.5) để tính suy hao tồn tuyế n theo cơng th ứ c KIL OBO OKS CO M P ( mW ) A(dB) = 10 log P2 ( mW ) Trong : P1 (mW ) : cơng suất tán xạ ngược thu đầu sợi P2 (mW ) : Cơng suất tán xạ ngược thu cuối sợi Các máy đo ngày thường chia trục tung theo đơn vị dBm có tính sẵn hệ số 1/2 thang chia nênviệc tính suy hao đơn giản A(dB ) = P1 ( mW ) − P2 (mW ) Từ tính đượ c suy hao trung bình : α ( dB / km) = A( dB) L.(km) Vi ệ c tính tốn máy đ o có th ể thự c hi ệ n t ự động Ngườ i s dụng c ầ n dờ i tr ỏ (cursot) đến ể m đầ u s ợ i cuối s ợi r ồi đánh dấ u Máy đ o s ẽ cho đ ó suy hao tồn tuyế n, chi ều dài tuyế n suy hao trung bình S ự phân b ố suy hao c ũ ng đượ c ch ỉ th ị rõ hình Máy đ o c ũng có khả nă ng in gi ấ y đồ thị phân bổ suy hao tuyến 4.9.2 Do chi ều dài s ợ i : Dự a kho ả ng cách gi ữ a dấ u hi ệ u phả n xạ đầu s ợ i cuố i s ợ i tính đượ c chi ều dài c s ợ i quang (hình 1.5) C ần l u ý r ằ ng c ự ly L đượ c chia theo th i gian truyề n c xung quan hệ 1 L = v.t = t 2 n1 http://kilobooks.com KIL OBO OKS CO M THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Hình 1.5 Đồ thị phân bổ suy hao tuyế n Nên c ầ n ph ải đặ t chi ết suấ t máy đo phù hợ p vớ i chi ế t su ất lõi s ợ i đ ang đo kế t mớ i xác 4.9.3 Các đị nh chỗ s ợ i bị đứ t : Dự a ngun t ắc đ o chi ề u dài s ợ i xác đị nh đượ c c ự lý t đầu s ợ i đế n ể m có dấ u hi ệu ph ả n x (do s ợ i bị đứ t) C ần l u ý r ằ ng s ợ i quang dài hơ n chi ề u dài c tuyế n s ợ i đượ c so ắn mộtcáp cáp uố n l ượ n đượ c rãnh đào hoặ c c ống Ngồi mỗ i mối nối c cáp đề u có đoạ n s ợ i quang dự phòng h ộp bả o vệ mối nối hầ m ch ứ a h ộp bả o v ệ Thơng th ườ ng s ợ i quang dài hơ n cáp t 1% đế n 3% cáp dài h n tuyế n t 1% đến 2% Có thể xác đị nh vị trí s ợi bị đứ t xác hơ n bằ ng cách đo hai phía t hai tr m liên ti ếp (hoặ c đầ u cu ố i) để xác đị nh vị trí đứ t so v i mối hàn gầ n đ ó nhấ t (hình 1.6) http://kilobooks.com KIL OBO OKS CO M THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN a Đ o t tr m A a Đ o t tr m B Hình 1.6 Xác đị nh chỗ đứ t cách dùng OTDR đo t hai phía Gọ i DA : Khoả ng cách t mố i nối n đế n đ i ể m đứ t OTDR đặ t tr m A thị DB : Khoả ng cách t mối n ố i n+1 đế n ể m đứ t OTDR đặ t tr m B thị D : Khoả ng cách th ự c t ế gi ữ a hai mố i n ối tuyế n Khoả ng cách th ự c t ế tuyế n t mối nối thứ n đế n đ i ể m đứ t đượ c tính bở i : Dn = DA D D A + DB Tươ ng t ự , khoả ng cách t mố i nối thứ n +1 đế n đ i ể m đứ t : Dn +1 = DA D D A + DB C ũng xác đị nh v ị trí đứ t s ợi bằ ng cách so sánh c ự ly ch ỉ thị OTDR vớ i đo ạn s ợ i đ ã bi ế t trướ c chi ề u dài 4.9.4 Do suy hao c mối hàn khớ p nối : Suy hao c mối hàn khớ p n ối đượ c xác đị nh bở i độ chênh l ệ ch cơng suấ t tán x ng ượ c tr ướ cvà sau ể m n ố i (Hình 1.7) http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN b Suy hao c khớ p nối KIL OBO OKS CO M a Suy hao c ủ a mối hàn Hình 1.7 Suy hao c mố i hàn khớ p nố i Khi truyề n qua mối hàn nóng ch ả y ánh sáng h ầu khơng có phả n xạ nên đườ ng bi ểu di ễ n máy thay đổ i độ dốc (hình 1.7a) truyề n qua khớ p n ố i ánh sáng th ườ ng bị ph ả n x nên s ẽ thấ y xung phả n xạ hình (hình 1.7b) Các khớ p n ối có dùng ch ất l ỏng để ph ối hợ p chi ế t suấ t gi ữ a s ẽ khơng thấ y dấ u hi ệ u ph ản xạ Khi đ ó suy hao c ủ a mố i hàn theo mộ t chi ều gặ p tr ườ ng hợ p đườ ng bi ể u di ễ n hình khơng thay đổ i độ cao, thậ m chí t ăng lên tín hi ệu quang bị khuế ch đạ i (!) Hi ệ n t ượ ng xả y hai s ợ i nối vớ i có thơng s ố khác (về kích thướ c, chíêt suấ t, hệ s ố tán x ngượ c) N ếu đo theo chi ề u ng ượ c l i s ẽ thấ y suy hao c nh ữ ng mố i hàn đ ó l n hơ n trung bình Do đ ó đo suy hao c mố i hàn ngườ i ta đo theo hai chi ều r ồi tính suy hao trung bình (hình 1.8) Hình 1.8 Suy hao c mố i hàn đo theo hai chi ề u a Suy hao theo hai chi ề u đề u dươ ng b A1 < gi ống tín hi ệ u quang đượ c khu ếch đạ i Suy hao c mối hàn đượ c tính bở i : http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN A= A1 + A2 Trong q trình l ắp đặ t, suy haoc mối hàn đượ c đo c ẩn thận KIL OBO OKS CO M sau hàn n ối Nhữ ng mối hàn có suy hao l n đề u ph ải c ắ t b ỏ r ồi hàn l ại Có thể dùng mộ t máy OTDR đặ t mộ t đầ u mà đo suy hao mố i hàn theo hai chi ề u (hình 1.9) Để thự c hi ện ph ươ ng pháp nhóm đ o th ph ải d ị ch chuyể n máy đo theo tuyế n cách nhóm hàn nối mộ t đ oạn bằ ng chi ều dài đ oạ n cáp Thứ t ự mố i hàn thay đổi đo theo hai chi ều khác (hình 1.9) Đo t A đế n B Đo t B đến A Hình 1.9 Dùng OTDR để đo suy hao c mối hàn theo hai chi ề u http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN KẾT LUẬN KIL OBO OKS CO M Trong giai đoạ n hi ệ n nay, s ợ i quang đượ c ứ ng d ụng ngày r ộng rãi nhi ề u l ĩ nh vự c đờ i s ống xã hội : - Lĩ nh v ự c dân d ụng : đồ trang trí ánh sáng… - Lĩ nh v ự c ệ n t cơng nghi ệp - Lĩ nh v ự c y t ế - Lĩ nh v ự c vi ễ n thơng, truyền hình Trong đ ó, ngành B u ệ n Vi ệt Nam đ ã ứ ng d ụ ng s ợ i quang hệ thống truyề n dẫ n c ủ a chủ tr ươ ng cáp quang hố mạ ng l ướ i truyề n dẫ n tồn quốc Cáp s ợ i quang đờ i, v i u ể m c ủ a làm thay đổ i hẳ n hệ th ống truyề n dẫ n vi ễn thơng M ột h ệ thống truyề n d ẫ n quang có c ự ly truyề n xa, dung l ượ ng l n, đáp ứ ng đượ c nhu c ầu s d ụ ng mạ ng vi ễ n thơng hi ệ n đại Do vậ y, s dụ ng loạ i cáp s ợ i quang ề u c ần thi ế t ph ải bi ế t thơng s ố c ủ a s ợ i nhằ m nâng cao hi ệu s dụ ng chúng Và nh , c ũ ng c ầ n nên bi ết đượ c phươ ng pháp để đ o thơng s ố ấ y Tồn b ộ n ộ i dung bả n đồ án đ ã nêu mộ t s ố phươ ng pháp đo thơng s ố c ủ a s ợ i Thự c t ế cho thấ y r ằ ng : thơng s ố c cáp s ợ i quang đượ c nhà s ản xuấ t cung c ấp Catalog c s ợ i nh ữ ng ngườ i s dụng c ầ n bi ết ch ỉ tiêu c để thuậ n ti ện l ắ p đặ t hệ th ống truyề n dẫ n quang Và để dễ dàng bả o dưỡ ng, s a chữ a có s ự c ố hỏ ng hóc xả y M ột nhữ ng ph ươ ng ti ệ n ki ể m tra, thi ế t bị OTDR Do q trình đo bằ ng OTDR thự c hi ệ n đượ c t ại đầ u s ợ i mà khơng http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN c ầ n phả i c s ợi nên đượ c s dụng r ộng rãi tuyế n cáp s ợ i quang đượ c l ắp đặt để đo suy hao tuyế n cap, suy hao trung bình, suy hao mối hàn xác đị nh vị trí hỏng hóc c s ợ i KIL OBO OKS CO M Để tránh sai s ố đ o bằ ng OTDR, c ầ n phả i nắ m ch ắc đượ c phép đo ngun nhân xâyra sai s ố đ o, nhằ m loạ i tr sai s ố Cuối cùng, l ầ n nữ a tơi xin chân thành c ả m n thầ y giáo Th.s Lê Vă n H ả i, ngườ i t ận tình giúp đỡ , hướ ng dẫ n tơi su ốt thờ i gian làm đồ án Đồ ng thờ i, tơi c ũng bày t ỏ lòng bi ết n sâu s ắc đối vớ i tồn thể thầ y tr ự c ti ế p gi ả ng y giúp đỡ tơi có thêm ki ế n thứ c để hồn thành đượ c bả n đồ án t ố t nghi ệ p Do trình độ thờ i gian hạn chế, bả n đồ án khơng th ể khơng tránh khỏ i thi ế u sót, tơi r ấ t mong nhậ n đượ c đ óng góp c ủ a thầ y bạ n để đề tài đượ c hồn thi ệ n h n http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN MỞ ĐẦU KIL OBO OKS CO M MỤC LỤC Chươ ng 1: C s lý thuyế t s ợ i quang 1.1 Tổ ng quan thơng tin quang 1.1.1 Sự phát tri ể n c h ệ thố ng thơng tin quang 1.1.2 C ấ u trúc thành phầ n tuyế n truyề n dẫ n quang 1.1.3 Nhữ ng u ểm ứ ng d ụng c thơng tin s ợ i quang 1.2 Lý thuyế t s ợi quang 1.2.1 Ngun lý truyề n d ẫn ánh sáng s ợ i quang 1.2.1.1 Chi ết suấ t củ a mơi tr ườ ng 1.2.1.2 Sự phả n xạ khúc xạ ánh sáng 1.2.1.3 Sự phả n xạ tồn phầ n 1.2.2 Sự truyề n dẫ n ánh sáng s ợ i quang 1.2.2.1 Ngun lý truyề n dẫ n chung 1.2.2.2 Khẩ u độ s ố NA 1.2.3 Các ng phân b ố chi ết suấ t s ợ i quang 1.2.3.1 S ợi quang có chi ế t suấ t nhẩ y bậ c 1.2.3.2 S ợi quang có chi ế t suấ t gi ả m dầ n 1.2.3.3 Các ng chi ế t su ất khác 1.2.4 S ợi đa mode s ợ i n mode 1.2.4.1 S ợi đa mode 1.2.4.2 S ợi n mode Chươ ng 2: Suy hao tán x s ợi quang 2.1 Suy hao s ợ i quang 2.1.1 Đị nh nghĩ a 2.1.2 Đặ c tuyế n suy hao 2.1.3 Các lo ại suy hao s ợ i quang 2.1.3.1 Suy hao hấ p thụ http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN 2.1.3.2 Suy hao tán xạ ánh sáng 2.1.3.3 Suy hao bị uốn cong 2.1.3.4 Duy hao hàn n ối KIL OBO OKS CO M 2.2 Tán x s ợi quang 2.2.1 Hi ện t ượ ng, ngun nhân ả nh h ưở ng c tán x 2.2.2 M ối quan h ệ tán xạ gi ữ a độ r ộ ng bă ng truyề n dẫ n 2.2.3 Các lo ại tán xạ 2.2.3.1 Tán xạ vậ t li ệ u 2.2.3.2 Tán xạ dẫ n sóng 2.2.3.3 Tán xạ mode 2.2.3.4 Tán xạ mặ t c ắ t Chươ ng 3: Ph ươ ng pháp đ o cáp s ợi quang hệ thống truyề n d ẫ n quang 3.1 Đ o suy hao s ợ i quang 3.1.1 Đ o suy hao b ằ ng phươ ng pháp hai đ i ể m 3.1.1.1 Ph ươ ng pháp c ắ t s ợ i 3.1.1.2 Ph ươ ng pháp xen thêm 3.1.2 Đ o suy hao theo phươ ng pháp đ o tán x ngượ c 3.1.2.1 Sự hình thành ph ả n xạ c tán xạ ngượ c 3.1.2.2 Ngun lý đo phả n xạ tán x ng ượ c 3.2 Phươ ng pháp đ o ki ể m cáp quang 3.2.1 Phươ ng pháp đ o thử độ b ền c họ c c cáp 3.2.1.1 L ự c c ă ng 3.2.1.2 Va đậ p 3.2.1.3 Đ o thử l ự c nén 3.2.1.4 Phép đ o thử độ xoắ n 3.2.2 Phươ ng pháp đ o thử tác động c ủ a mơi tr ườ ng 3.2.2.1 Nhi ệ t độ 3.2.2.2 Phép đ o thử chống thấ m nướ c 3.3 Phươ ng pháp đ o ki ể m thi ế t bị truyền d ẫn quang http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN 3.3.1 Đ o ki ể m đ i ệ n áp c ấp nguồ n 3.3.2 Đ o ki ể m khả n ăng truyề n t ả i c thi ế t b ị SDH 3.3.2.1 Đ o ki ể m kh ả nă ng truyề n t ả i c l p đ oạ n KIL OBO OKS CO M 3.2.2.2 Đ o ki ể m kh ả nă ng truyề n t ả i l ớp luồng SDH Chươ ng 4: Thi ế t b ị đ o OTDR 4.1 Khái ni ệ m 4.2 Ngun lý hoạ t động c máy OTDR 4.3 S đồ t qt c ủ a máy đo OTDR 4.4 Các thơng s ố c ủ a máy đ o OTDR 4.4.1 T ần s ố phát xung 4.4.2 Độ phân gi ải 4.4.3 D ả i động 4.5 Nhữ ng đặc ểm c bả n c ủ a v ế t OTDR 4.6 M ộ t s ố nhữ ng vế t OTDR đ i ể n hình 4.7 Cách thi ế t đặ t mộ t máy đo OTDR 4.8 Cách th ự c hi ệ n phép đo bằ ng máy đ o OTDR 4.9 M ộ t s ố ứ ng d ụ ng c máy đ o OTDR Kế t lu ận [...]... thức tổng qt của hàm số truyền cơng suất có dang : P( L ) = P( 0) 10 −α , L 10 Trong đó : P(()) : là cơng suất ở đầu sợi (L = 0) P(L) : là cơng suất ở cự ly L (km) tính từ đầu sợi α : là hệ số suy hao Hình 2.1 Cơng suất truyền trên sợi quang -Độ suy hao được tính bởi : A(dB) = 10 lg P1 P2 Trong đó : P1 = P(0) : là cơng suất đưa vào đầu sợi P2 = P(L) : là cơng suất ra ở cuối sợi -Hệ số suy hao trung bình... ướ c c ủa các linh ki ện quang c ũng phải t ươ ng ứ ng và có thi ế t bị hàn c ầ u ngày nay đề u có thể đáp ứ ng và do đ ó s ợ i đơ n mode đượ c dùng ph ổ bi ến http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN CHƯƠNG 2 : SUY HAO VÀ TÁN SẮC XẠ TRONG SỢI QUANG 2.1 SUY HAO TRONG SỢI QUANG KIL OBO OKS CO M 2.1.1 Định nghĩa : Cơng suất quang truyền trên sợi sẽ bị giảm dân theo cự lý với quy luật hàm số mũ... của sợi L : là chiều dài sợi Về ngun lý đây khơng phải là giá trị tuyệt đối (đại lượng α) mà là quan hệ cơng suất hoặc mức, do đó phép đo đơn giản hơn 2.1.2 Đặc tuyến suy hao http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Đặc tuyến suy hao của sợi quang khác nhau tuỳ theo chủng loại sợi nhưng tất cả đều thể hiện được các đặc tính suy hao chung Một đặc tuyến KIL OBO OKS CO M điển hình của loại sợi. .. thơng tin quang thương dài hơn chiều dài một cuộn cáp và nhất thiết phải nối các sợi quang của hai cuộn cáp với nhau Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ suy hao của mối hàn, có thể xếp thành ba loại chính là : chất lượng mặt cứt ở đầu sợi quang : vị trí tương đối giữa hai đầu sợi quang; thơng số của hai sợi http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Suy hao của mối hàn trước tiên phụ thuộc vào cơng... năng lượng KIL OBO OKS CO M và tần số bức xạ quang, nên các ngun tử của vật liệu sợi quang cũng phản ứng với ánh sáng theo đặc tính chọn lọc bước sóng Như thế, vật liệu cơ bản chế tạo sợi quang sẽ cho ánh sáng qua tự do trong một dải bước sóng xác định với suy hao rất nhỏ, hoặc hầu như khơng suy hao Còn ở các bước sóng khác sẽ có hiện tượng cộng hưởng quang, quang năng bị hấp thụ và chuyển hố thành nhiệt... bức xạ xuất hiện bất cứ khi nào khi sợi quang bị uốn cong với một bán kính cong xác định Có hai loại uốn cong, uốn cong với bán kính lớn so với đường kính sợi khi cáp quang được uốn theo góc và uốn cong khi sợi đực bện lại thành cáp * Vì uốn cong (Micro bending) : khi sợi quang bị chèn ép tạo nên những chỗ uốn cong nhỏ (biên độ uốn cong chừng vài mm) thì suy hao của sợi cũng tăng lên Sự suy hao này xuất... THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN sáng vào một đầu sợi lại nhận được một xung ánh sáng rộng hơn ở cuối sợi, là hiện tượng tán sắc Do có độ tán sắc lớn nên sợi SI khơng thể truyền tín hiệu số có tốc KIL OBO OKS CO M độ cao qua cự ly dài được Nhược điểm này có thể khắc phục được trong loại sợi có chiết suất giảm dần 1.2.3.2 Sợi quang có chiết suất giảm dần (sợi GI) Sợi GI có dạng phân bố chiết suất lõi hình... 1.7), ánh sáng truyền trong lõi sợi quang sẽ phản xạ đi phản xạ lại nhiều lần (phản xạ tồn phần) trên mặt tiếp giáp giữa lõi và lớp vỏ phản xạ Do đó http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN ánh sáng có thể truyền được trong sợi có cự ly dài ngay cả khi sợi bị uốn KIL OBO OKS CO M cong nhưng với một độ cong có giới hạn Hình 1.7 Ngun lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang 1.2.2.2 Khẩu độ số NA Sự... ệ t 1.2.4 Sợi đa mode và đơn mode : Có hai hướ ng để kh ả o sát s ự truyề n ánh sáng trong s ợ i quang : một hướ ng dùng lý thuyế t tia sáng và mộ t h ướ ng dùng lý thuyế t sóng ánh sáng Thườ ng thườ ng lý thuyế t tia sáng đượ c áp dụ ng vì nó đơ n gi ả n, dễ hình dung Song c ũ ng có nhữ ng khái ni ệ m khơng thể dùng lý thuyế t tia để di ễn t ả một cách chính xác, ng ườ i ta phải dùng đế n lý thuyế... tính từ trục sợi đến điểm tính chiết suất a : bán kính lõi sợi b : bán kính lớp bọc g : số mũ quyết định dạng biến thiến , g ≥ 1 http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Các giá trị thơng dụng của g : g = 1 : dạng tam giác KIL OBO OKS CO M g = 2 : dạng parabol g →∞ : dạng nhảy bậc Hình 1.9 Các dạng phân bố chiết suất 1.2.3.1 Sợi quang có chiết suất nhảy bậc (sợi SI) Đây là loại sợi có cấu tạo ... phép thử IEC-794 - 1E4 u cầu cáp phải đảm bảo : -Sợi khơng gãy -Vỏ cáp khơng bị rạn nứt - ộ tăng suy hao khơng vượt qua 0,1dB Phép thử khả chịu lực va đập cáp (theo IEC - 794 - 1E4) -Mẫu thử cuộn... đoạn -Mạng đường trục Quốc gia - ường trung kế - ường cáp thả biển liên quốc gia - ường truyền số liệu -Mạng truyền hình Và tới, mạng viễn thơng Việt Nam đưa vào sử dụng -Th bao cáp sợi quang -Mạng... loại : -Suy hao truyền dẫn nhỏ -Bằng tần truyền dẫn lớn -Khơng bị ảnh hưởng nhiếu điện từ -Có tính bảo mật tín hiệu thơng tin -Có kích thước trọng lượng nhỏ -Sợi có tính cách điện tốt -Tin cậy