Xây dựng hệ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tán sắc và hấp thụ lên xung lan truyền trong sợi quang đơn mode

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH HỒNG TRUNG KIÊN XÂY DỰNG HỆ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC VÀ HẤP THỤ LÊN XUNG LAN TRUYỀN TRONG SỢI QUANG ĐƠN MODE LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8.44.01.10 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Đinh Xuân Khoa Nghệ An, 2018 i LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ hoàn thành hướng dẫn tận tình, giúp đỡ đầy tâm huyết suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn NGƯT.GS.TS Đinh Xn Khoa Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến quý thầy cô giáo đặt tốn hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến quý thầy giáo ngành vật lý, phịng Sau Đại học trường Đại học Vinh giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cung cấp tài liệu tham khảo đóng góp nhiều ý kiến quý báu trình làm luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn người thân gia đình, bạn bè ban giám hiệu trường THPT Nghi Lộc III động viên, giúp đỡ tơi q trình thực luận văn tốt nghiệp Mặc dù có nhiều cố gắng, song luận văn tránh khỏi thiếu sót, tác giả kính mong nhận dẫn nhà khoa học bạn đồng nghiệp Vinh, tháng năm 2018 Tác giả luận văn Hoàng Trung Kiên ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG ANH TRONG LUẬN VĂN iii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH VẼ v Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỢI QUANG 1.1 Tổng quan sợi quang 1.2 Sự lan truyền ánh sáng sợi quang 1.3 Tán sắc hấp thụ sợi quang đơn mode 12 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 30 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC VÀ HẤP THỤ LÊN XUNG LAN TRUYỀN TRONG SỢI QUANG ĐƠN MODE 31 2.1 Xây dựng hệ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên xung lan truyền sợi quang đơn mode 31 2.2 Khảo sát ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên xung có bước sóng 1064nm lan truyền xung sợi quang 43 2.3 Sai số trong trình đo đạc 51 KẾT LUẬN CHƯƠNG 53 KẾT LUẬN CHUNG 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG ANH TRONG LUẬN VĂN Tên viết Nghĩa tắt DSF Dispersion Shifted Fiber – Sợi dịch tán sắc DWDM GI Dense Wavelength Division Multiplex – WDM mật độ (cao, dày đặc) Graded index – Chỉ số chiết suất biến đổi GVD Group Velocity Dispersion – Tán sắc vận tốc nhóm IM/DD PMD Intensity Modulation with Direct Detection – Hệ thống truyền dẫn thơng tin quang điều chế cường độ, tách sóng trực tiếp Modified Chemical Vapor Deposition – Ngưng đọng hóa chất biến đổi Non Zero - Dispersion Shifted Fiber – Sợi dịch tán sắc khác không Polarization Mode Dispersion – Tán sắc mode phân cực Ppb SM part per billion – Phần tỷ Single Mode – Sợi quang đơn mode SI Step index – Chỉ số chiết suất phân bậc VAD Vapor Phase Axial Deposition – Ngưng đọng trục pha MCVD NZ-DSF iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Nội dung 2.1 Bảng số liệu thu cường độ đầu vào đầu xung lan truyền sợi quang với chiều dài z khác sợi quang 2.2 Độ suy hao sợi quang sai số tuyệt đối phép đo độ suy hao với cường độ đầu vào I(0)=51585,36246 (μW/cm2) 2.3 Bảng số liệu thu cường độ đầu vào đầu xung lan truyền sợi quang với chiều dài z khác sợi quang v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Nội dung Đồ thị chiết suất, chiết suất nhóm tán sắc vật liệu sợi thủy tinh 1.2 d (Vb ) d (Vb ) Sự biến đổi b đạo hàm số V vào tham số V dV dV 1.3 Các đặc tính suy hao theo bước sóng sợi quang chế suy hao 1.4 Mô tả suy hao uốn cong theo lý thuyết tia Tại chỗ uốn cong tia thay đổi góc 1.5 Phác họa trường mode đoạn sợi bị uốn cong 2.1 Sơ đồ hệ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên lan truyền xung sợi quang đơn mode 2.2 Ảnh chụp sơ đồ lắp đặt hệ thống thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên xung lan truyền sợi quang đơn mode 2.3 2.4 Ảnh chụp nguồn phát xung laser 1064nm Ảnh chụp kính lọc 2.5 2.6 Ảnh chụp vật kính Ảnh chụp sợi quang đơn mode 2.7 Ảnh chụp CCD camera 2.8 2.9 2.10 Ảnh chụp máy tính có cài phần mềm CCD camera Ảnh chụp phổ kế avantes spectromecter Ảnh chụp máy tính có cài phần mềm Avasolt 8.5.1.0 kết nối với phổ kế 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 Ảnh chụp dụng cụ đo công suất OSA Ảnh chụp kéo bóc tách sợi quang Ảnh chụp dao cắt sợi quang Ảnh chụp thẻ detector card Ảnh chụp điều chỉnh tịnh tiến XYZ 2.16 2.17 2.18 Ảnh chụp giữ cố định sợi quang Sơ đồ cho ánh sáng vào sợi quang Sơ đồ kết nối đầu sợi quang với CCD camera vi 2.19 2.20 2.21 2.22 Sơ đồ kết nối đầu sợi quang với phổ kế avantes spectromecter Sơ đồ kết nối đầu sợi quang với thiết bị đo công suất OSA Ảnh chụp ánh sáng vào sợi quang Ảnh chụp phổ xung thu lan truyền sợi quang 2.23 Phổ xung lan truyền sợi quang với chiều dài khác nhau: (a) đầu vào sợi quang, (b) đầu sợi quang dài 11m, (c) đầu sợi quang dài 12m,(d) đầu sợi quang dài 13m, (e) đầu sợi quang dài 14m, (f) đầu sợi quang dài 15m, (g) đầu sợi quang dài 16m, (h) đầu sợi quang dài 17m, (i) đầu sợi quang dài 18m, (k) đầu sợi quang dài 19m (l) đầu sợi quang dài 20m 2.24 Đồ thị so sánh thực nghiệm lý thuyết độ rộng xung ∆λ theo chiều dài L sợi quang 2.25 Đồ thị so sánh độ rộng xung Hình a(hình màu đỏ): Phổ xung đầu vào sợi quang, hình b(hình màu đen): Phổ xung đầu sợi quang dài 20m 1 Lý chọn đề tài Ngày nay, sợi cáp quang tạo triển vọng cho công nghệ truyền thông tốc độ cao việc đại hóa mạng thơng tin nhu cầu kết nối thơng tin, với giá trị suy hao nhỏ đạt tới 0.14dB/km sợi đơn mode Do hệ thống thơng tin quang có điểm bật hệ thống cáp kim loại như: dung lượng truyền dẫn lớn, kích thước trọng lượng nhỏ, khơng bị nhiễm điện, tính bảo mật cao, độ suy hao nhỏ dẫn đến truyền dẫn tín hiệu dài Tuy nhiên, việc truyền tín hiệu từ nguồn phát tới máy thu bị suy hao méo tín hiệu Đây hai yếu tố quan trọng tác động vào toàn q trình thơng tin, định cỡ khoảng cách tốc độ tuyến truyền dẫn xác định cấu hình hệ thống thơng tin quang Sự suy hao sợi quang đặc tính quan trọng sợi quang ảnh hưởng đến việc thiết kế hệ thống, tham số xác định khoảng cách truyền dẫn tối đa máy phát đầu thu Trên tuyến thông tin quang, suy hao ghép nối nguồn phát quang với sợi quang, sợi quang với sợi quang, sợi quang với đầu thu quang, sợi quang với thiết bị đầu thu khác tuyến khuếch đại quang hay thiết bị xen rẽ kênh …cũng coi suy hao tuyến truyền dẫn Ngoài suy hao bên chất sợi sợi bị uốn cong q giới hạn cho phép, cịn có suy hao chất bên sợi như: suy hao hấp thụ, suy hao tán xạ suy hao xạ lượng ánh sáng Mặt khác, ảnh hưởng tán sắc sợi quang làm cho xung ánh sáng lan truyền bị dãn rộng ra, điều dẫn tới méo tín hiệu làm xuống cấp đặc tính hệ thống Xung tín hiệu mà bị dãn gây tượng phủ chờm xung kề Khi phủ chờm vượt q mức thiết bị thu quang khơng cịn phân biệt xung lúc xuất lỗi tín hiệu, trường hợp này, tán sắc làm giới hạn lực truyền dẫn Vì việc khảo sát lý thuyết thực nghiệm ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên xung lan truyền sợi quang tinh thể vấn đề nghiên cứu quan tâm Do để góp phần xây dựng phát triển bước nghiên cứu thực nghiệm lựa chọn đề tài nghiên cứu “Xây dựng hệ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên xung lan truyền sợi quang đơn mode” làm đề tài luận văn tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu Xây dựng hệ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng hấp thụ tán sắc lên xung lan truyền sợi quang đơn mode Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng: Hệ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên xung lan truyền sợi quang đơn mode Phạm vi: Ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên xung lan truyền sợi quang đơn mode Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng hấp thụ tán sắc lên xung lan truyền sợi quang đơn mode - Lắp ráp thí nghiệm, khảo sát đo thông số liên quan đến ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên xung lan truyền sợi quang đơn mode - Nhận xét kết luận vấn đề nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu đề tài Sử dụng phương pháp thực nghiệm để tính tốn ảnh hưởng hấp thụ tán sắc lên xung có bước sóng 1064nm lan truyền sợi quang đơn mode CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỢI QUANG 1.1 Tổng quan sợi quang 1.1.1 Quá trình phát triển sợi quang Sợi quang tên gọi sợi dây làm thủy tinh sử dụng tượng phản xạ tồn phần để truyền thơng tin với tốc độ ánh sáng Một số ý kiến cho rằng, ánh sáng truyền theo dây thủy tinh thực có từ năm 1840 hai nhà vật lý Collodon Babinet trình bày thí nghiệm sử dụng tượng phản xạ toàn phần để truyền tia sáng theo tia nước cong phun từ chùm nước Sinh viên y khoa người Đức tên Lamm người trình diễn thí nghiệm gửi hình ảnh theo bó sợi quang học, cách sử dụng sợi quang học để chiếu hình ảnh bóng đèn điện thắp sáng lên ảnh Trong thí nghiệm mình, anh ưu tiên dùng sợi quang để quan sát kiểm tra phận bên thể người bệnh mà không cần phải mổ rạch da thịt người Năm 1954: A.C.S Van Heel, H.H Hopkins µ N.S Kanapy chế tạo sợi quang lớp Năm 1958: Charles H.Townes phát minh laser làm tăng cường tập trung nguồn sáng vào sợi, nhà nghiên cứu sợi quang thúc đẩy mạnh mẽ công nghệ sợi quang ngày trở thành lĩnh vực công nghệ đại có ảnh hưởng lớn với ngành cơng nghệ khác Năm1960: Theodor H.Maiman đưa laser vào hệ thống thông tin quang hoạt động thành công làm cho dung lượng tăng cao Năm 1966, phịng thí nghiệm chuẩn viễn thông nước Anh, với hai kỹ sư trẻ Charls Kuen Kao George Hockman đưa khám phá khả sợi quang Nó làm thủy tinh nhựa suốt, linh hoạt mỏng sợi tóc Theo đó, liệu chuyển thành xung ánh sáng, chuyển dọc theo sợi quang tới điểm xác định Vấn đề chúng 41 + Dùng kính lọc K đặt nguồn phát xung laser SRC vật kính L điều chỉnh XYZ stage cho cường độ giảm xuống khoảng lúc đầu Giữ cố định đầu vào sợi quang điều chỉnh XYZ stage đầu sợi quang cho ánh sáng vào lõi sợi quang có cường độ lớn mà ta thu Ta lưu kết vừa đo + Giữ cố định đầu vào, cắt sợi quang ngắn lại mét điều chỉnh đầu sợi quang cho ánh sáng vào lõi sợi quang có cường độ lớn mà ta thu I(z) Ta lưu kết đo lại + Tiến hành đo nhiều lần 1m cuối + Sau đo với sợi quang 1m cuối ta tiến hành đo cường độ đầu vào sợi quang, cách ta đo sợi quang khoảng đoạn 10cm giữ cố định đầu vào lúc đầu để xem mát yếu tố bên nhau, cường độ đầu vào sợi quang I(0) + Tính độ mát theo cơng thức:  (dB / km) =  P(0)  10  I (0)  10 log10  = log10    z  P( z )  z  I (z)  + Tính sai số phép đo so sánh với số liệu thực tế suy hao sợi quang Bước 4: Tính độ mát sợi quang dụng cụ đo công suất OSA + Đo chiều dài sợi quang cần khảo sát + Điều chỉnh cho ánh sáng vào bên lõi sợi quang ta thay CCD camera dụng cụ đo cơng suất OSA hình vẽ XYZ stage XYZ stage OSA SRC fiber L1 G1 G2 Hình 2.20: Sơ đồ kết nối đầu sợi quang với thiết bị đo công suất OSA 42 + Dùng máy đo công suất ánh sáng đầu sợi quang P(z) + Giữ cố định đầu vào, cắt sợi quang ngắn lại mét đo công suất đầu ứng với lần cắt Ta lưu kết đo lại + Tiến hành đo nhiều lần 1m cuối + Sau đo với sợi quang 1m cuối ta tiến hành đo cơng suất đầu vào sợi quang, cách ta đo sợi quang khoảng đoạn 10cm giữ cố định đầu vào lúc đầu để xem mát yếu tố bên ngồi nhau, cơng suất đầu vào sợi quang P(0) + Tính độ mát theo cơng thức:  (dB / km) =  P(0)  10 log10   z  P( z )  + Tính sai số phép đo so sánh với số liệu thực tế suy hao sợi quang Bước 5: Khảo sát ảnh hưởng tán sắc sợi quang phổ kế Avantes spectromecter + Đo chiều dài sợi quang cần khảo sát + Điều chỉnh cho ánh sáng vào bên lõi sợi quang ta thay CCD camera phổ kế avantes spectromecter hình vẽ K XYZ stage XYZ stage Phổ kế SRC fiber L G1 G2 + Mở phần mềm Avasolt 8.5.1.0 điều chỉnh XYZ stage cho ánh sáng vào lõi sợi quang có cường độ lớn mà ta thu + Dùng kính lọc K đặt nguồn phát xung laser SRC vật kính L điều chỉnh XYZ stage cho cường độ giảm xuống khoảng lúc đầu Giữ cố định đầu vào sợi quang điều chỉnh XYZ stage đầu sợi 43 quang cho ánh sáng vào lõi sợi quang có cường độ lớn mà ta thu Ta lưu kết vừa đo + Giữ cố định đầu vào, cắt sợi quang ngắn lại mét điều chỉnh đầu sợi quang cho ánh sáng vào lõi sợi quang có cường độ lớn mà ta thu I(z) độ rộng xung ∆λ Ta lưu kết đo lại + Tiến hành đo nhiều lần 1m cuối + Vẽ đồ thị so sánh độ rộng xung phổ thu với độ dài khác sợi quang so sánh đồ thị độ rộng xung theo chiều dài sợi quang lý thuyết thực nghiệm, từ rút nhận xét độ dãn xung đưa kết luận ảnh hưởng tán sắc với lan truyền xung sợi quang 2.2 Khảo sát ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên xung có bước sóng 1064nm lan truyền xung sợi quang 2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng hấp thụ lên xung có bước sóng 1064nm lan truyền xung sợi quang đơn mode - Khảo sát đo đạc với sợi quang thương mại đơn mode với chiều dài ban đầu 20m kết thu được: Hình 2.21: Ảnh chụp ánh sáng vào sợi quang 44 Hình 2.22: Ảnh chụp phổ xung thu lan truyền sợi quang 45 46 Hình 2.23: Phổ xung lan truyền sợi quang với chiều dài khác nhau: (a) đầu vào sợi quang, (b) đầu sợi quang dài 11m, (c) đầu sợi quang dài 12m,(d) đầu sợi quang dài 13m, (e) đầu sợi quang dài 14m, (f) đầu sợi quang dài 15m, (g) đầu sợi quang dài 16m, (h) đầu sợi quang dài 17m, (i) đầu sợi quang dài 18m, (k) đầu sợi quang dài 19m (l) đầu sợi quang dài 20m Bảng 2.1: Bảng số liệu thu cường độ đầu vào đầu xung lan truyền sợi quang với chiều dài z khác sợi quang Chiều dài sợi quang z(m) Cường độ I(μW/cm2) Đầu vào sợi quang 51585,36246 11 51525,49299 12 51499,15344 13 51473,66397 14 51467,65492 15 51453,59739 16 51411,93845 17 51377,76366 47 18 51339,54669 19 51236,26029 20 51147,48957 Vì dây sợi quang nên tiết diện ngang sợi quang vị trí, từ cơng thức (1.56) ta xác định độ suy hao sợi quang theo cường độ chùm sáng đầu sợi quang dài z (km) I(z) cường độ chùm sáng đầu vào sợi quang I(0) :  (dB / km) =  P(0)  10  I (0)  10 log10  = log10    z  P( z )  z  I (z)  (2.1) - Giá trị trung bình độ suy hao sợi quang bước sóng 1064nm: = 11 + 12 + +  20 10 (2.2) - Đánh giá sai số phép đo suy hao sợi quang: + Với sai số tuyệt đối  i =  i −  (dB / km) (2.3) + Sai số tuyệt đối trung bình phép đo độ suy hao sợi quang  = 11 + 12 + +  20 10 (2.4) Với cường độ đầu vào xung lan truyền sợi quang là: I(0) = 51585,36246(μW/cm2) cường độ đầu xung lan truyền sợi quang I(z) ứng với chiều dài khác sợi quang đo từ thực nghiệm bảng 2.1, ta tính độ suy hao sợi quang sai số tuyệt đối phép đo độ suy hao bảng 2.2 sau đây: 48 Bảng 2.2: Độ suy hao sợi quang sai số tuyệt đối phép đo độ suy hao với cường độ đầu vào I(0)=51585,36246 (μW/cm2) Chiều dài sợi Cường độ Độ suy hao Sai số tuyệt đối quang z(m) I(μW/cm2) α(dB/km) phép đo độ suy hao ∆α(dB/km) 11 51525,49299 0,45848 0,51529 12 51499,15344 0,60533 0,36844 13 51473,66397 0,72416 0,24961 14 51467,65492 0,70865 0,26513 15 51453,59739 0,74049 0,23328 16 51411,93845 0,91467 0,0591 17 51377,76366 1,03017 0,0564 18 51339,54669 1,15248 0,17871 19 51236,26029 1,55214 0,57837 20 51147,48957 1,85108 0,87731 0,97377 0,33816 Giá trị trung bình - Độ suy hao phép đo sợi quang α = 0,97377 ± 0,33816 (dB/km) Từ hình 2.23 kết thu bảng số liệu 2.1 2.2 thấy suy hao xung lan truyền sợi quang tăng lan truyền quảng đường dài chúng tơi tính tốn độ suy hao xung lan truyền sợi quang với độ dài khác Điều giúp nhìn nhận thấy ảnh hưởng đặc tính nội bên sợi quang yếu tố bên chẳng hạn uốn cong ảnh hưởng đến trình lan truyền xung sợi quang Kết tính toán cho ta thấy độ suy hao phép đo lớn (thực tế vùng suy hao thấp từ 0,2 đến 0,6 dB/km, ánh 49 sáng có bước sóng 850nm, 1300nm 1550nm mà hệ thống thơng tin sử dụng để truyền tín hiệu ánh sáng) bước sóng ánh sáng sử dụng để lan truyền sợi quang mà khảo sát 1064nm không trùng với bước sóng dung hệ thống truyền thơng tin quang kết phần yếu tố chủ quan khách quan trình tiến hành khảo sát 2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng tán sắc lên xung có bước sóng 1064nm lan truyền xung sợi quang đơn mode - Khảo sát đo đạc với sợi quang thương mại đơn mode với chiều dài ban đầu 20m kết thu độ rộng xung ảnh hưởng tán sắc lên xung lan truyền sợi quang đơn mode bảng số liệu 2.3 Bảng 2.3: Bảng số liệu thu cường độ đầu vào đầu xung lan truyền sợi quang với chiều dài z khác sợi quang Chiều dài sợi quang z(m) Cường độ I(μW/cm2) Độ rộng xung ∆λ(nm) Đầu vào sợi quang 51585,36246 12,530 11 51525,49299 12,667 12 51499,15344 12,697 13 51473,66397 12,711 14 51467,65492 12,720 15 51453,59739 12,730 16 51411,93845 12,756 17 51377,76366 12,767 18 51339,54669 12,782 19 51236,26029 12,792 20 51147,48957 12,800 50 Thời gian kéo dài xung ∆t(L) theo chiều dài L sợi quang [1]: t ( L) = t0 + 2 L / t02 (2.5) Độ rộng xung ∆λ ~ ∆t(L), đồ thị độ rộng xung ∆λ theo chiều dài L sợi quang có dạng giống hình 2.24 (đường lý thuyết) Từ số liệu thực nghiệm thu với công thức (2.5) ta vẽ đồ thị so sánh thực nghiệm lý thuyết độ rộng xung ∆λ theo chiều dài L sợi quang Hình 2.24: Đồ thị so sánh thực nghiệm lý thuyết độ rộng xung ∆λ theo chiều dài L sợi quang Như ta thấy đồ thị độ rộng xung theo chiều dài L đường lý thuyết đường thực nghiệm tương đương Điều cho thấy hệ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tán sắc lên lan truyền xung sợi quang mà lắp rắp tiến hành thí nghiệm thành cơng Từ bảng số liệu 2.3 ta thấy sợi quang dài độ rộng xung lan truyền sợi quang bị rộng Từ số liệu thực nghiệm thu ta vẽ 51 đồ thị so sánh độ rộng xung phổ đầu vào sợi quang phổ đầu sợi quang dài 20m với công suất đầu vào khơng đổi hình 2.25 Cường độ(µW/cm2) Hình a Hình b λ(nm) Hình 2.25: Đồ thị so sánh độ rộng xung Hình a(hình màu đỏ): Phổ xung đầu vào sợi quang, hình b(hình màu đen): Phổ xung đầu sợi quang dài 20m Nhìn vào hình 2.25 ta thấy phổ xung đầu vào có độ rộng xung nhỏ độ rộng xung phổ xung đầu Như vậy, sợi quang dài độ rộng xung lớn Hay nói cách khác tán sắc làm cho xung dãn chiều dài sợi quang tăng Điều hoàn toàn phù hợp với lý thuyết Từ hình 2.24 hình 2.25 chúng tơi thấy xung lan truyền sợi quang dài độ rộng xung lớn dẫn đến việc méo tín hiệu xuất lỗi tín hiệu Điều cho thấy phải lựa chọn môi trường cho tán sắc nhỏ phương pháp xử lý xung lan truyền không bị méo cách lắp trạm bù tán sắc 2.3 Sai số trong q trình đo đạc Nói chung, q trình đo đạc, hai ngun nhân dẫn tới sai số là: sai số khách quan, sai số chủ quan (phương pháp đo) 52 2.3.1 Sai số khách quan - Do hấp thụ dụng cụ đo (đầu vào dây cáp phổ kế) hấp thụ khơng khí đầu sợi quang (giữa sợi quang với đầu vào dây cáp phổ kế) - Do tán xạ từ đầu vào đến đầu thu phổ kế - Do thay đổi công suất nguồn - Các đặc tính detector nhiễu điện - Ngồi ln ln xuất sai số chủ quan người đo máy có liên quan đến việc tính số theo thang mật độ quang hay độ truyền quang 2.3.2 Sai số chủ quan (Sai số phương pháp đo) - Loại sai số chủ yếu người thực đo chưa nắm vững thao tác, bước tiến hành từ dẫn tới sai số như: + Do việc cắt sợi quang chưa tạo lát cắt phẳng lát cắt không vị trí lưỡi dao cắt + Do điều chỉnh sợi quang chưa nằm vào tiêu điểm vật kính + Do điều chỉnh đầu sợi quang chưa vào hết đầu vào dây cáp thu phổ kế + Do điều chỉnh cường độ đầu vào đầu chưa maximum + Do trình đo làm cho dây cáp phổ kế khơng thẳng bị uốn cong liên tục + Do q trình làm thí nghiệm sợi quang bị uốn cong + Do dụng cụ đo cần thiết đầu nối thiết bị, dây đo, đặc biệt nối quang chưa làm trước đo + Do ảnh hưởng nguồn sáng khác (như ánh sáng máy tính, ánh sáng bóng đèn, ánh sáng mặt trời vào phịng thí nghiệm) + Do q trình lưu số liệu (số liệu ln nhảy liên tục) 53 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương chúng tơi xây dựng hệ thí nghiệm khảo sát suy hao tán sắc xung lan truyền sợi quang Chúng tiến hành thí nghiệm khảo sát suy hao tán sắc xung lan truyền sợi quang với chiều dài khác Kết thấy xung lan truyền sợi quang dài suy hao lớn mở rộng xung lớn ảnh hưởng nhiều đến chất lượng xung lan truyền sợi quang 54 KẾT LUẬN CHUNG Trong khuôn khổ luận văn chúng tơi trình bày tổng quan sợi quang yếu tố đặc trưng sợi quang Chúng tiến hành lắp ráp thành cơng hệ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên xung lan truyền sợi quang đơn mode Từ hệ thí nghiệm chúng tơi khảo sát suy hao xung lan truyền sợi quang đơn mode kết cho thấy xung lan truyền sợi quang đơn mode hấp thụ gây nên độ suy hao sợi quang, kết thí nghiệm có lớn so với lý thuyết phạm vi cho phép Việc tính tốn độ suy hao xung lan truyền sợi quang giúp cho ta tính khoảng cách để lắp thiết bị khuếch đại tín hiệu, nhằm mục đích q trình lan truyền tín hiệu khơng bị yếu Cũng từ hệ thí nghiệm chúng tơi khảo sát ảnh hưởng tán sắc gây nên độ dãn xung trình lan truyền xung, dãn xung nhỏ không đáng kể (chiều dài sợi quang mà khảo sát ngắn) Nó đáng kể q trình lan truyền xung quảng đường dài hàng km, độ dãn xung lớn gây nên méo tín hiệu lan truyền Hệ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên lan truyền xung sợi quang đơn mode mà lắp ráp dùng cơng việc giảng dạy thí nghiệm dành cho sinh viên, học viên cao học nghiên cứu đặc trưng sợi quang trình lan truyền xung 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Xuân Khoa, Cao Long Vân, M Trippenbach, “Cơ sở quang học phi tuyến – Dùng cho sinh viên học viên cao học”, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2010 [2] CCITT, “Optical fibers systems planning guide” ITU – T, Geneva, 1989 [3] Robert G Winch, “Telecommunication transmission systems – Microwave, Fiber optic, Mobile cellular radio, Data and digital multiplexing”, United States of America, 1993 [4] G P Agrawal, “Fiber-optics Communication Systems” New York: Academic, 2010 [5] Vũ Văn San, “Hệ thống thông tin quang, tập 1”, Nhà xuất bưu điện, Hà Nội, 2008 [6] Gerd Keiser,“Fiber Optic Communications”,Second editison McGraw – Hill, Inc, International Editison, 1991 [7] Trần Thủy Bình, Nguyễn Đức Nhân, Lê Thanh Thủy, Ngơ Thu Trang, “ Bài giảng, Cơ sở kỹ thuật thông tin quang”, Hà Nội, 12 - 2013 [8] Mike Gilmore, “ Fiber optic cabling – theory, design ang installation paractice” Redwood books/Great Britain, 1994 ... HỆ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC VÀ HẤP THỤ LÊN XUNG LAN TRUYỀN TRONG SỢI QUANG ĐƠN MODE 31 2.1 Xây dựng hệ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên xung lan truyền. .. TÁN SẮC VÀ HẤP THỤ LÊN XUNG LAN TRUYỀN TRONG SỢI QUANG ĐƠN MODE 2.1 Xây dựng hệ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên xung lan truyền sợi quang đơn mode 2.1.1 Mục đích thí nghiệm Để... khảo sát ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên lan truyền xung sợi quang đơn mode 32 Hình 2.2: Ảnh chụp sơ đồ lắp đặt hệ thống thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tán sắc hấp thụ lên xung lan truyền sợi quang