Hệ thống thông tin quang, cáp sợi quang và những vấn đề liên quan

Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp ngành viễn thông Hệ thống thông tin quang, cáp sợi quang và những vấn đề liên quan

Lời nói đầu

Ngày nay, hệ thống thông tin quang là hệ thống thông tin mà trong đó tín hiệu đợc truyền dẫn dới dạng ánh sáng Môi trờng truyền dẫn là các sợi quang (các sợi mảnh).

Cáp quang đã trở thành phơng tiện truyền dẫn hết sức hiệu quả trong các mạng thuê bao Do các u điểm của nó hơn hẳn các phơng tiện truyền dẫn khác Cáp quang ngày càng đợc nhiều nớc sử dụng làm phơng tiện truyền dẫn thông tin của mình nó có chất lợng truyền dẫn tốt hơn hẳn so các hệ thống truyền dẫn khác- nó còn là phơng 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 lợng cao đòng bộ và hiện đại nh: Truyền số liệu, hội nghị truyền hình, truy nhập dữ liệu từ xa, dẫn các tạp thông tin đa phơng tiện.

Cùng với những u điểm nh: Độ suy hao thấp, độ rộng băng tần cao, đờng kính sợi nhỏ, trọng lợng 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.

Đợc sự hớng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy Vũ Đức Thọ -trờng 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 quangChơng 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 cónghĩa là thông tin đợc chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng đợc truyền qua sợiquang Tại nơi nhận nó lại đợc 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 ngời 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 tiếplà sự ra đời của một máy điện báo quang Thiết bị này sử dụng khí quyển nh một môitrờng truyền dẫn và do đó chịu ảnh hởng của các điều kiện thời tiết để giải quyếtvấn đề này ngời ta đã chế tạo ra máy điện báo vô tuyến dùng để liên lạc giữa hai ngờiở 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 Từ thànhcông rực rỡ này các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã bắt đầu tiến hành nghiêncứu, phát triển và kết quả là công nghệ mới về giảm suy hao truyền dẫn, về tăng dảithông về các laze bán dẫn đã đợc phát triển thành công vào những năm 70 Sau dógiảm độ tổn hao xuống còn 0,18 db/Km còn laze bán dẫn có khả năng thực hiện giaođộng liên tục ở nhiệt độ khai thác đã đợc 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

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

một sợi quang có độ dày nh một sợi tóc, không cần các bộ tái tạo.

Hiện nay các hoạt động nghiên cứu đang đợc tiến hành trong một lĩnh vực gọilà photon học là một lĩnh vực tối quan trọng trong thông tin quang, có khả năng pháthiện và sử lý trao đổi và truyền dẫn thông tin bằng các phơng tiện ánh sáng Photonhọc có khả năng sẽ đợc ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử và viễn thông trongthế 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.

Nguồnthuthông tin

O/E

Nguồn phát thông tin

Bộ biến đổi điện quang

Lặp đ ờng dây Bộ biến đổi quang điện

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

Bộ biến đổi điện – quang ( E/O): quang ( E/O): Dùng để biến đổi tín hiệu điện thành tínhiệu quang để truyền trong môi trờng 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).

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

tạo bằng chất điện môi có khả năng truyền đợc ánh sáng nh sợi thạch anh, sợi thuỷtinh, sợi nhựa.

Yêu cầu: Tổn hao năng lợng nhỏ, độ rộng băng tần lớn, không bị ảnh hởng củanguồn sáng lạ ( không bị nhiễu)

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

dạng trên đờng 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 lợng điện ít.

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

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

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

Thông tin quang cũng nh nhiều loại thông tin khác nó cũng có những u và ợc điểm riêng:

nh-1.3.1 Ưu điểm :

 Sợi quang không bị nhiễu bởi các tia điện từ trong không gian và ngợc lại nó cũngkhông phát ra các tia điện từ gây ảnh hởng tới các thiết bị xung quanh Nh vậycác tín hiệu tryuền qua sợi quang không thể bị nghe lén đợc Tin tức đợc đảm bảobí 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 lợng và kích thớc 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 trễnh 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 Nhợc 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 nớc, 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 thớc 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 lỡng cực.

1.3.3 ứng dụng.

Nhờ những u điểm trên mà sợi quang đợc ứng dụng trong các mạng lới điệnthoại, số liệu, máy tính và phát thanh, truyền hình ( dịch vụ băng rộng) và sẽ đ ợc sửdụng trong ISDN ( là mạng kết hợp giữa kỹ thuật chuyển mạch kênh với kỹ thuậtchuyển mạch gói), trong điện lực các ứng dụng y tế quận sự và cũng nh trong cácthiết bị đo.

Trong không gian tự do thì c = 3.108 m/s, còn các môi trờng trong suốt khácthì vân tốc ánh sáng là v < c Khi đó chỉ số chiết suất n của vật liệu đó là:

n = c/v

Hiện tợng phản xạ và khúc xạ ánh sáng có thể xem xét trong trờng hợp có haimôi trờng khác nhau về chỉ số chiết suất Nh ta đã biết, các tia sóng đợc truyền từmôi trờng có chiết suất lớn vào môi trờng có chiết suất nhỏ hơn thì sẽ thay đổi hớng

truyền của chúng tại danh giới phân cách giữa hai môi trờng Các tia sáng khi đi quavùng ranh giới này bị thay đổi hớng nếu tiếp tục đi vào môi trờng có chiết suất mớithì gọi đó là tia khúc xạ, còn tia nào qua ranh giới này quay trở lại môi trờng ban đầuthì gọi là tia phản xạ

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

Ta có thể viết nh sau:n1.cos1 = n2.cos2.

2.1.2 Đặc tính tán xạ trong sợi quang:

Khi truyền dẫn các tín hiệu số qua sợi quang, xuất hiện hiện tợng dãn rộng cácxung ánh sáng ở đầu thu Thậm chí trong vài trờng hợp các xung lân cận còn đè lênnhau, dẫn đến không phân biệt đợc xung, gây méo tín hiệu khi tái tạo Hiện tợng dãnxung đợc gọi là hiện tợng tán xạ.

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

Tia khúc xạ

Pháp tuyến

Tia tới

Tia khúc xạ

Pháp tuyến

Hình 2.1: Hiện t ợng phản xạ và khúc xạ ánh sáng.

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

 Khi truyền tín hiệu tơng tự ở đầu thu biên độ tín hiệu bị giảm và gây ra hiện tợngdịch pha Độ rộng băng truyền dẫn của sợi quang bị giới hạn, ảnh hởng của tán xạđợc mô tả nh sau:

Hình 2.2: ảnh hởng của tán xạ lên tín hiệu digital (a) và tín hiệu analog (b)S : chỉ tín hiệu phát

E : chỉ tín hiệu thu.a> Tán sắc mode:

 Tán sắc mode tồn tại trong tất cả các sợi quang đa mode , không có trong đơnmode

 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 cuối đầuthu tại các thời điểm khác nhau, nghĩa là truyền tốc độ nh nhau nhng đến đầu thukhông 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 nhng đến cuối sợi thìkhông đồng thời Giữa các dạng sóng (các tia sóng ) nhanh nhất và chậm nhất gâyra độ lệch thời gian đặc trng 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 bớc sóng của tín hiệuvà làm cho thời gian tới của các thành phần có bớc sóng khác nhau không nhnhau

Hình b : Sụt biên độ

Hình a : Dãn xung

Ts Tc

t

Độ giãn dàitại điểm %

Modul đànhồi

Độ dãnnhiệt10-5/0CSợi quang

PE mật độ caoPE mật độ thấpPolypropylenePolyvinilchloRide(PVC)Fluorocthlenepropylene(FEP)PolybuthyleneTerephthalate

5005,6-6,52,1-3,80.7-1,43.3-4.20.7-0.24

~6

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

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

Để bảo vệ lõi cáp khỏi bị ảnh hởng từ bên ngoài Các vỏ plastic (một hoặcnhiều vỏ) để bao bọc lõi cáp.

a> Vỏ ngoài cùng làm từ PVC, Polyethyleen và Polymethame-loại này có đặctính 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 thờng dùng Polymêthame vì nó mềm dẻo.

c> Lớp chắn hơi ẩm thờng là nhôm mỏng quấn kín lõi cáp và ở phía trong vỏ lớpngoài cùng: Khi vỏ ngoài bị phồng lên thì lớp các lá nhôm này vẫn ôm chặtlớp phía trong nh vậy ngăn đợc nớc đang nằm trong lớp vỏ ngoài thấm vàotrong.

d> Vỏ bảo vệ bằng kim loại ( Armuor) bằng các sợi thép hoặc bằng thép có múiđợc dùng cho cáp chôn trực tiếp để bảo vệ các ứng suất xuyên tâm và chốnggậm nhấm.

2.2.3 Phần tử gia cờng.

 Phần tử gia cờng đợc đặt trong lõi cáp quang để tạo ra sức chịu lực căng và sức chống co để đảm bảo cho cáp đợc ổn định khi lắp đặt cáp, khi nhiệt độ của môi tr-ờng thay đổi.

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

+ Kim loại: thờng là các loại dây thép đợc 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: Thờng là dây thuỷ tinh Plastic tăng cờng(G-FRP) hoặc là các sợi

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

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

1.Phần tử gia cờng.2 Lõi cáp.

Hình 2.3: Cách đặt phần tử gia cờng.

Vật liệu TrọngLợng riêng

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 %

Dây thép 7,86 20.103 40-150 0,2-1,0 50-300 20-25Sợi Cacbon 1,5 10-

20.103 150-200 1,0-1,5 150-250 1,5Dây thuỷ

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 nớc vào cáp hoặc cấp nguồn từ xa nhng sự có mặt của các dây này gây ra nhợc điểm cho cáp là hiện tựơng cảm ứng điện từ của dây cao áp hoặc sét.

b> Các lớp đệm lót đợc 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 nớc

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

2.3 Phân loại sợi quang.

Nh trong bảng 2.3, sợi quang đợc phân loai theo nhiều cách nh 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 nh: 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 thờng đợc sản xuất bằng PMMA (Polymethyl metharcylate).

2.3.2 Phân loại theo mode lan truyền:

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

 Sợi quang đơn mode (đợc 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 phơng thức phản xạ hoàn toàn Khi cáp quang bị uốn cong đột ngột thì góc giữa đờng quang và mặt phẳng biên có thể lớn hơn góc tới hạn do vậy tổn hao sang mặt áo sẽ tăng lên Trong kiểu sợi quang đa phơng 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 lệch

này 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 – quang ( E/O): model chiết suất biến đổi:

Sợi quang đa model chỉ số lớp: Đợc thiết kế để giảm độ sai lệch về thời gian nh đã đề cập ở trên Loại sợi quang này có hệ số khúc xạ lớn nhất tại lõi của nó và cóđộ khúc xạ nhỏ hơn về phía áo sợi quang Điều này có nghĩa là sự phân bố hệ số khúcxạ có hình chuông Nếu đúng nh 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 ragần đúng nh thể ánh sáng đã lan truyền theo một đờng thẳng Vì vậy nó có thể giữ nhiều thông tin ( GHz-Km) gấp hàng trăm nghàn lần so với sợi quang chi số bớc Đ-ờng kính của lõi sợi quang chỉ số lớp này là 50m và đờng kính của áo sợi quang là 125 m.

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

Đờng kính và lõi của sợi quang đơn model nhỏ hơn nhiều so với sợi quang đa model Khi đờng 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 trờng 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 đờng kính chỉ bằng đờng kính của 1sợi tóc, bọc bên ngoài làvỏ 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 tơng đối hẹp, nó bị phản xạ liên tục ở đờng 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 đợc truyền trong lõi sợi có vận tốc giống nhau Tia nào có quãng đờng đi ngắn thì thời gian truyền nhỏ sẽ đến sớm hơn và ngợc lại Các tia sángđến 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-MM chỉ sử dụng cho các đờng truyền tốc độ thấp cỡ chục Mb/s trong các tuyến có cự ly ngắn, không dùng trong các tuyến đờng 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 đờng kính lõi gần 50m Độ rộng băng tần đạt khoảng 1GHz.Km Cấu tạo của lõi sợi quang coi nh tạo bởi nhiều thấu kính hội tụ xếp đặt theo thứ tự nhất định.

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

c/n  const

Vậy tia sáng nào gần tâm lõi thì vận tốc nhỏ xa lõi thì vận tốc lớn Do chiết suất lõi giảm liên tục theo chiều tầng của bán kính nên tia sáng không truyền thẳng mà sẽ bị uốn cong đều có xu hớng quay trở lại lõi Quỹ đạo của tia sáng gần giống nh hình sin, có tia sáng cha kịp tới bề mặt tiếp giáp giữa n1và n2 thì đã bị uốn cong quay trở lại lõi Tia sáng nào có quãng đờng đi dài thì có vận tốc lớn, tia sáng có quãng đờng đi ngắn thì có vận tốc nhỏ Các tia sáng đến cuối sợi cáp tơng đối đồng thời nên xung quang ít sụt đỉnh ít bị giãn rộng Vì vậy sợi GI- MM có khả năng truyền tốc độ cao hơn SI-MM Thờng đợc sử dụng ở các đờng truyền có tốc độ hàng trăm Mb/s.

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.

Đờng kính của sợi quang đợc làm thật bé chỉ có ánh sáng song song với trụcđợc truyền đi nh thế sự đa dạng và méo xung đợc khắc phục, đờng kính của sợi bằng5m Theo lý thuyết lợng thông tin truyền qua sợi quang đạt tới 100Gb/s Độ rộng

băng tần đợc coi là vô hạn Nhng điều này còn bị giới hạn bởi nguồn sáng chỉ còn10GHz/Km.

ánh sáng truyền trong sợi thì đạt đợc diều kiện chỉ còn mode cơ bản đợctruyền 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 bớc sóng truyền qua sợi quang và phụ thuộc vào lõi sợi quang Nhng suy hao phải đủ nhỏ có thể truyền công suất quang từ đầu phát đến đầu 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 hởng cực tím(UV)kết hợp với cấu trúc các nguyên tử tinh thể, đuôi cộng hởng hồng ngoại kết hợp 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 gần hồng ngoại (IR)- là vùng bớc sóng hoạt động của các sợi quang

Đối với loai sợi quang SiO2 suy hao này đợc tính gần đúng theo công thức:ATu = A0exp(0/)

Trong đó: A0 = 1,108.10-3 dB/Km 0 = 4,582 m

b> 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).

Ati = B0exp (-i/).

Trong đó : B0 = 4 1011 dB/km i = 4,8 m.

c> Do tán xạ Rayleigh do sự thay đổi bất thờng thành phần của góc nhiệt động học trong vật liệu thuỷ tinh.

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 đợc 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> Lợng hấp thụ ánh sáng do chất bẩn của thuỷ tinh đặc biệt có hại hơn là lẫn các ion kim loại vào sợi quang Nhng với kỹ thuật chế tạo sợi quang bây giờ yếu tố này có thể bị loại bỏ.

b> Một loại chất bẩn nữa mà kỹ thuật hiện nay không thể loại bỏ đợc là gốc nớc OH gây ra đỉnh hấp thụ ở bớc sóng 1,38 m có trị số suy hao 40 dB/Km khi trọng lợng chiếm một phần triệu Công nghệ sản xuất sợi quang hiện nay cho phép suy hao gốc nớc 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 bớc sóng 1,25 m và 0.9 m nh-ng có trị số suy hao bé hơn Những đỉnh này trớc đây rất quan trọng đã ảnh hởngđến 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).

N: Là số lợng bớu cổ trên một đơn vị chiều dài cáp có độ cao trung bình là h.

D: Là đờng 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 congdo 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 mứcđộ chính xác cao, cụ thể làm tâm của hai lõi không đợc 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.- Suy hao do khoảng cách giữa hai đằu của sợi đặt xa nhau.- Suy hao do hai đầu của sợi có góc nghiêng.

- Suy hao do phản xạ Frenel.

2.5.5 Méo mode:

Yếu tố cuối cùng sinh ra sự suy giảm tín hiệu là méo giữa các mode Đây làhậu quả của của sự chênh lệch về trễ nhóm đối với từng mode riêng rẽ tại một tần sốđơn thuần

2.6 Các hình thức lắp đặt cáp.2.6.1 Cáp treo:

a> Cáp treo đợc phân loại có dây treo ngoài và có dây treo trong Sợi cáp đợc nâng lên và gắn buộc vào dây treo với vỏ ngoài của cáp Khi thi công chỉ cần nâng và