Báo cáo thí nghiệm chuyên môn

1 Báo cáo thí nghiệm chun mơn Báo cáo thí nghiệm chuyên môn Mục lục Danh mục bảng biểu Sv: Phạm Thị Linh Báo cáo thí nghiệm chun mơn Danh mục viết tắt Tên viết tắt AM AMP BER CD FM IP ISP ITU LD LED MMF OMS OMUX PIN QoS SDH SMF VPN WDM Thuật ngữ tiếng anh Amplitude modulation Amplier Bit error rate Common drain Frequency modulation Internet protocol Internet service provider Internationnal telecommunication union Laser diode Light emitting diode Multi mode fibre Optical multiplex section Optical multiplexing Positive intrinsic negative Quality of service Synchronous digital hierarchy Single mode fiber Virtual private network Wavelength division multiplexing Thuật ngữ tiếng việt Điều biên Bộ khuếch đại Tỷ lệ lỗi bit Cực sóng mang Điều tần Giao thức internet Nhà cung cấp dịch vụ internet Liên minh viễn thông quốc tế Đi ốt laser Đi ốt phát quang Sợi đa mode Đoạn ghép kênh quang Ghép quang Photodiode cấu trúc pin Chất lượng dịch vụ Phân cấp số đồng Sợi quang đơn mode Mạng riêng ảo Ghép kênh theo bước sóng Phần I Lý thuyết Tổng quan hệ thống thông tin sợi quang Trong xu hướng hội nhập tồn cầu, nhu cầu trao đổi thơng tin ngày phát triển Các dịch vụ thông tin ngày tăng số lượng chất lượng Với nhu cầu này, hệ thống thơng tin phải có tốc độ dung lượng cao để sẵn sàng đáp ứng Sv: Phạm Thị Linh Báo cáo thí nghiệm chuyên môn nhu cầu dịch vụ mà đảm bảo chất lượng theo yêu cầu Đây vấn đề khó khăn hệ thống thơng tin sử dụng cáp kim loại hệ thống thông tin vô tuyến Hệ thống thông tin quang đời giải vấn đề thể tính ưu việt hẳn hệ thống truyền dẫn khác Hệ thống thông tin quang xây dựng phát triển sở cơng nghệ đại tiên tiến là: Cơng nghệ quang lượng tử, công nghệ truyền dẫn ánh sáng công nghệ điện tử - tin học với ưu điểm vượt trội có dung lượng cao tốc độ truyền dẫn cao, suy hao hệ thống nhỏ, cự ly thông tin xa, chất lượng thông tin cao, bảo mật cao, cấu hình hệ thống linh hoạt việc nghiên cứu hiểu hệ thống thông tin quang vấn đề quan trọng cần thiết 1.1 Nguyên lý tổ chức hệ thống thông tin quang Một hệ thống truyền dẫn quang tổ chức hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống thông tin quang Các phần tử hệ thống thông tin quang gồm: Nguồn tin: Cũng hệ thống thông tin điện nguồn tin dạng thơng tin thơng thường tiếng nói, hình ảnh, số liệu, văn bản, âm Phần tử điện: Để xử lý nguồn tin, tạo tín hiệu điện phù hợp với kênh truyền đưa vào hệ thống truyền dẫn Các tín hiệu điện tín hiệu tương tự tín hiệu số Bộ biến đổi điện quang E/O: Thực việc biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang để phát Trong hệ thống thông tin quang có phương thức điều biến khác Các hệ thống sử dụng mạng sử dụng phương phức điều biến trực tiếp tín hiệu điện vào cường độ xạ quang Cịn hệ thống thơng tin quang kết hợp (coherence) tương lai sử dụng nguyên lý điều biến gián tiếp cách điều pha điều tần tia xạ kết hợp Sv: Phạm Thị Linh Báo cáo thí nghiệm chuyên môn Sợi quang (OF): Là môi trường truyền dẫn tín hiệu quang, mơi trường truyền dẫn khác phải thỏa mãn yêu cầu suy hao tín hiệu phải bé, méo tín hiệu phải nhỏ, băng thông phải rộng Bộ biến đổi quang điện (O/E): thu quang, đón nhận tín hiệu quang thu từ sợi quang biến đổi trở lại thành tín hiệu điện đưa vào phần điện tử để biến đổi thành nguốn tin ban đầu Tải tin: Tải tin hệ thống thông tin quang ánh sáng, sóng điện từ có tần số cao Hz thuận tiện cho việc truyền tải tín hiệu băng rộng Về chuyển tiếp tín hiệu: đường truyền tín hiệu quang bị suy giảm sau khoảng cách định phải đặt trạm lặp để chuyển tiếp tín hiệu Hiện chưa thực khuếch đại tín hiệu quang nên trạm lặp phải thực theo bước sau: a Biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện b Khơi phục, sửa dạng tín hiệu điện c Biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang để tiếp tục phát Khả truyền dẫn: Năng lực truyền dẫn hệ thống thông tin đánh giá hai đại lượng sau: a Độ rộng băng tần truyền dẫn b Cự ly trạm lặp Hệ thống thông tin quang vượt xa hệ thống thông tin khác hai yêu cầu Xu hướng hệ thống quang ngày truyền dẫn với dải rộng cự ly khoảng lặp ngày lớn Hai đại lượng xác định nhiều yếu tố như: - Tiêu hao tán xạ sợi dẫn quang Công suất xạ, độ rộng phổ tốc độ điều biến nguồn quang Độ nhạy, nhiễu nội máy thu quang Tiêu hao phụ xử lý phần tử tồn tuyến thơng tin quang 1.2 Các phần tử tuyến truyền dẫn quang Hệ thống thông tin sợi quang tuyến truyền dẫn cáp quang gồm phần tử hình 1.2 sau - Bộ phát quang (transmiter): Bao gồm nguồn quang (Light soutce) mạch - điều khiển (Drive circuit) Cáp quang Sv: Phạm Thị Linh Báo cáo thí nghiệm chun mơn - Bộ thu quang bao gồm: thu quang (photo-detector), khuếch đại - (Amplifer), khơi phục tín hiệu (Signal restorer) Trạm lặp (Repeater) bao gồm thu quang (optical receiver), điện tử để khôi phục tái sinh khuếch đại tín hiệu điện, phát quang (optical - transmitter) Các phần tử phụ: nối (connector), mối nối hàn (splice), tách ghép luồng quang (Optical coupler or beam splitter) Hình 1.2 Các phần tử hệ thống thông tin quang 1.3 Ưu điểm hệ thống thông tin sợi quang - Tiêu hao truyền dẫn thấp băng tần truyền dẫn rộng - Trọng lượng kích thước nhỏ - Khơng ảnh hưởng nhiễu điện từ bên ngồi (EMI) - Tính cách điện - An tồn bảo mật thơng tin cao - Cấu hình hệ thống linh hoạt - Sự phong phú nguyên liệu chế tạo sợi quang - Sv: Phạm Thị Linh Báo cáo thí nghiệm chuyên môn Sợi quang Sợi quang thành phần quan trọng hệ thống thông tin quang Sợi quang đáp ứng yêu cầu tốc độ, độ rộng băng tần cự ly truyền dẫn mà cịn có khả cung cấp chất lượng truyền tín hiệu tuyệt hảo, với tính bảo mật thơng tin cao Chương tìm hiểu số vấn đề cấu trúc cáp sợi quang số phương pháp đo thông số sợi quang 2.1 Cấu trúc sợi quang Thành phần sợi quang gồm lõi (core) lớp bọc (cladding) Trong viễn thơng dùng loại sợi có lớp thủy tinh Lõi để dẫn ánh sáng lớp bọc để giữu ánh sáng tập trung lõi nhờ phản xạ toàn phần lõi lớp bọc Hình 2.1 Cấu trúc sợi quang Để bảo vệ sợi quang, tránh nhiều tác dụng điều kiện bên sợi quang bọc thêm vài lớp nữa: - Lớp phủ hay lớp vỏ thứ (primary coating) Lớp vỏ thứ hai (secondary coating) Lớp phủ có tác dụng bảo vệ sợi quang: - Chống lại sâm nhập nước Tránh trầy sước gây nên vết nứt Sv: Phạm Thị Linh Báo cáo thí nghiệm chun mơn - Giảm ảnh hưởng uốn cong Tăng độ mềm uốn học sợi quang Lớp phủ bọc trình kéo sợi Chiết suất lớp phủ lớn chiết suất lớp bọc để loại bỏ tia sáng truyền lớp bọc phản xạ tồn phần xảy phân cách lớp bọc lớp phủ Lớp phủ nhuộm mầu có thêm vịng đánh dấu, hàn nối ượi ghép ánh sáng vào sợi thiết phải tẩy lớp phủ Độ đồng nhất, bề dày độ đồng tâm lớp phủ có ảnh hưởng đến chất lượng sợi quang Lớp vỏ có tác dụng tăng cường sức chịu đựng sợi quang trước tác dụng học thay đổi nhiệt độ, lớp vỏ có dạng sau: - Dạng ống đệm lỏng (Loose buffer) Dạng đệm khít (tight buffer) Dạng băng dẹt (ribbon) Mỗi dạng có ưu nhược điểm khác sử dụng điều kiện khác 2.2 Phân loại sợi quang Bảng 2.2 Phân loại sợi quang Phân loại theo vật liệu điện môn Sv: Phạm Thị Linh - Sợi quang thạch anh Sợi quang thủy tinh đa vật liệu Báo cáo thí nghiệm chun mơn Phân loại theo mode lan truyền Phân loại theo phân bố chiết suất khúc xạ sợi quang - Sợi quang nhựa tổng hợp Sợi quang đơn mode (single mode-SM) Sợi quang đa mode(multi mode-MM) Sợi quang chiết suất nhảy bậc (step indexSI) Sợi quang chiết suất biến đổi (grandien index-GI) 2.3 Vật liệu chế tạo sợi quang Do yêu cầu truyền tín hiệu cho cự ly xa tốc độ lớn nên chúng phải cấu tạo vật liệu phù hợp với chất truyền tín hiệu chúng Như trình lựa chọn vật liệu chế tạo sợi quang, vật liệu cần phải thỏa mãn yêu cầu sau: + Đảm bảo tạo sợi quang dài, mảnh mềm dẻo + Vật liệu đảm bảo thật suốt bước sóng làm việc thơng dụng 1300nm, 1550nm tạo truyền tín hiệu tốt, bị suy hao + Các vật liệu chế tạo lõi, vỏ sợi phải có chất vật lý tương thích để tạo chênh lệch chiết suất lõi vỏ nhỏ Tổng hợp yêu cầu trên, người ta thấy tất loại vật liệu từ trước đến người tạo được, thủy tinh chất dẻo suốt vật liệu phù hợp Thủy tinh vật liệu phổ biến phù hợp truyền dẫn thông tin quang mà thỏa mãn yêu cầu cự ly tốc độ suy hao nhỏ 2.4 Các đặc tính sợi quang a Suy hao truyền dẫn sợi quang Suy hao sợi quang đóng vai trị quan trọng việc thiết kế hệ thống, tham số xác định khoảng cách phía phát phía thu Trên tuyến thông tin quang, suy hao ghép nối nguồn quang với sợi quang, sợi quang với sợi quang, sợi quang đầu thu quang sợi quang thiết bị tuyến khuếch đại quang, thiết bị xen rẽ kênh suy hao thân vật liệu, trình tiến hành lắp đặt gây suy hao uốn cong Sv: Phạm Thị Linh Báo cáo thí nghiệm chun mơn b Đặc tính tán sắc sợi quang Tán xạ tượng bước sóng khác lan truyền sợi quang với vận tốc khác nhau, gây nên tượng dãn xung tín hiệu Nếu xung lân cận bị dãn tới lúc phủ lên việc tách xung khó khăn cho phía thu gây thu sai tín hiệu tán xạ hạn chế cự ly đường truyền tốc độ truyền dẫn c Hiện tượng tán xạ mode Hiện tượng xuất sợi đa mode, thành phần ánh sáng truyền nhờ mode riêng rẽ với thời gian khác nên có chênh lệch thời gian sinh méo xung (dãn xung) d Tán sắc vật liệu Tán sắc vật liệu kết từ ảnh hưởng lẫn tán sắc màu tán sắc ống dẫn sóng e Đặc tính học sợi quang Sợi quang nhỏ mảnh, vật liệu chế tạo lại thủy tinh gây ấn tượng sợi dễ gãy vỡ Nhưng ngày sợi quang chịu ứng suất lực căng lớn trình bọc cáp, trình lắp đặt khai thác môi trường khác mạng viễn thơng Vì đặc tính học có vai trị quan trọng trình đưa sợi vào khai thác hệ thống thông tin quang 2.5 Ứng dụng cáp sợi quang viễn thơng Trong q trình thiết kế hệ thống thông tin quang, việc lựa chọn cáp sợi quang chủ yếu dựa vào mơi trường lắp đặt Hiện có nhiều nhà chế tạo cho chủng loại cáp đa dạng Tuy nhiên nhìn chung ứng dụng cáp sợi quang phân loại sau đây: - Cáp treo Cáp kéo ống Sv: Phạm Thị Linh 10 Báo cáo thí nghiệm chun mơn - Cáp chôn trực tiếp Cáp nhà cáp nhảy Cáp ngập nước cáp thả biển Ngoài ứng dụng liệt kê, cáp quang cịn số loại đặc biệt sử dụng cho mục đích riêng 2.6 Các phương pháp đo suy hao sợi quang 2.6.1 Đo suy hao theo phương pháp hai điểm Để đo suy hao sợi quang theo phương pháp này, cần phải có nguồn quang có cơng suất ổn định máy đo cơng suất quang phải có độ nhạy cao Nguyên lý: Đo mức công suất quang đầu cuối sợi để tính suy hao sợi Để thích hợp với điều kiện sợi quang cần đo phương pháp lại chia làm hai phương pháp với nguyên lý chung cách đấu nối với sợi quang khác a) Phương pháp cắt sợi Nối hai đầu sợi quang cần đo vào nguồn quang LS máy đo quang OPM hình vẽ Tiến hành đo theo bước sau: - Cho nguồn quang hoạt động, đo ghi nhận mức công suất quang đầu xa - L1 P1 Cắt sợi quang đầu gần nguồn quang L2 (2m) Nối máy đo công suất quang vào đoạn L2 đo ghi nhận mức công suất - quang đầu gần P2 Tính suy hao sợi quang theo cơng thức: Phương pháp đo cắt sợi cho kết đo xác ITU-T chấp nhận phương pháp tham khảo để đo suy hao sợi quang Sv: Phạm Thị Linh 20 Báo cáo thí nghiệm chun mơn Hình 1.6 Kiểm tra sợi quang hình ảnh (1) Các sợi đưa vào máy hàn dịch chuyển qua lại Sợi dịch chuyển tiến đến phía trước dừng khoảng cách gần sau công đoạn làm hồ quang thực Tiếp theo, góc cắt chất lượng bề mặt cắt kiểm tra Nếu góc cắt vượt qua ngưỡng cho phép phát thấy có vết bề mặt sợi máy hàn cảnh báo với người khai thác thông báo hình tiếng kêu Tiến trình hàn dừng lại Nếu khơng có thơng báo lỗi, trạng thái đầu sợi dùng để kiểm tra hình ảnh Nếu giám sát thấy tình trạng này, lấy sợi khỏi máy hàn để tuốt cắt sợi lại Các hình ảnh gây lỗi máy hàn (2) Sau kiểm tra sợi, sợi chỉnh lõi vỏ hai sợi Độ lệch hai lõi hai vỏ hiển thị Hình 1.7 Hiển thị hình ảnh mối hàn (3) Sau hồn thành chỉnh sợi, cơng đoạn phóng hồ quang thực để hàn sợi quang Sv: Phạm Thị Linh 21 Báo cáo thí nghiệm chun mơn (4) Suy hao mối hàn hiển thị hồn thành cơng đoạn hàn Suy hao mối hàn tính tốn sở độ xác kích thước đường kính trường mode, Nếu góc cắt suy hao đánh giá vượt ngưỡng cho phép, thông báo lỗi hiển thị Nếu phát mối hàn có bất thường như: “mỏng”, “dày”, “bong bóng” thơng báo lỗi hiển thị Nếu khơng có báo lỗi hình ảnh mối hàn bất thường, phải thực hàn lại Suy hao mối hàn cải thiện số trường hợp cách phóng hồ quang bổ xung Bấm nút ARC để phóng hồ quang thêm lần Suy hao mối hàn tính tốn lại mối hàn kiểm tra lại Bảng 2: loại lỗi thực hàn hướng xử lý Sv: Phạm Thị Linh 22 Báo cáo thí nghiệm chun mơn (5) Đưa mối hàn - Mở lắp buồng nung Mở lắp khoang hàn Giữ sợi bên trái tay trái cạnh lắp khoang hàn mở kẹp giữ sợi quang bên trái Tiếp tục giữ sợi quang sợi đưa vào hoàn toàn - buồng nung Mở kẹp giữ sợi bên phải Giữ sợi bên phải tay phải đưa sợi quang khỏi máy hàn Sv: Phạm Thị Linh 23 Báo cáo thí nghiệm chun mơn Hình 1.8: Đưa mối hàn khỏi máy hàn Bước Nung ống co nhiệt bảo vệ mối hàn Sau hàn sợi quang máy hàn nhiệt sử dụng hồ quang điện làm nóng chảy sợi quang mối hàn nhiệt thường có lực căng 0.5 đến 1.5Ibs Tuy nhiên mối hàn sau hoàn tất cần bảo vệ để chống lực bẻ cong hay lực kéo Chúng ta sử dụng ống co nhiệt để bảo vệ sợi sau hàn sau a) Luồn ống co nhiệt vào sợi quang Luồn hai sợi quang vào ống co nhiệt (Fiber protection sleeve) Hình 1.9 Luồn sợi quang vào ống co nhiệt Đặt ống co nhiệt vào phận cân chỉnh (centering device) buồng nung Trượt nhẹ nhàng ống co nhiệt vào mối hàn cho mối hàn nằm hoàn toàn vào ống co nhiệt Sv: Phạm Thị Linh 24 Báo cáo thí nghiệm chun mơn Hình 1.10: Đưa mối hàn ống co nhiệt vào buồng nung (1) Chuyển sợi ống co nhiệt bảo vệ từ centering device vào buồng nung (2) Trong chuyển sợi ống co nhiệt vào buồng nung, tác dụng chút lực căng vào sợi trình đưa mối hàn vào dùng sợi căng để cần gạt nắp buồng nung để đóng lắp buồng nung (3) Bấm nút HEAT để bắt đầu nung Các tiếng bip phát đèn nung HEAT LED sáng màu cam tắt trình gia nhiệt cho ống bảo vệ hoàn tất (4) Mở lắp buồng nung lấy mối hàn Kéo căng lực nhỏ trình lấy mối hàn (5) Nhìn ống co nhiệt kiểm tra xem có bọt khơng khí hay hạt bụi ống nung khơng Nếu có phải thực hàn lại Nếu khơng việc hàn sợi hồn thành Kết hàn sợi quang: Sv: Phạm Thị Linh 25 Báo cáo thí nghiệm chun mơn Hình1.11: kết hình hiển thị hình ảnh sợi quang sau hàn suy hao mối hàn sợi quang Hình 1.12: Kết mối hàn sợi quang thực tế Yêu cầu mối hàn sợi quang: - Mối hàn sợi quang không bị đứt thao tác bình thường Suy hao mối hàn giới hạn cho phép Loss