Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

Giới thiệu cấu trúc tổng thể về sợi quang

Nếu chiết suất phân bố đồng đều thì đợc gọi là sợi chiết suất bậc, nếu sợi phân bố theo quy luật tăng dần thì gọi là sợi chiết suất giảm dần. Kích thớc của sợi phụ thuộc vào loại sợi, loại thứ nhất có đờng kính 2a = 50àm gọi là sợi đa mode, loại thứ hai lừi cú đờng kớnh 2a ≤ 10àm goi là sợi đơn mode. Tổng hợp cả phân bố chiết suất và kích thớc của lừi để chia thành ba loại sợi, đú là sợi đa mode chiết suất bậc, sợi đa mode chiết suất giảm dần, và sợi đơn mode( chiết suất bậc).

Lý THUYếT Về SợI QUANG

Đờng biểu diễn các dạng phân bố chiết suất nh hình ( 2. Các dạng phân bố chiết suất. Đõy là loại sợi cú cấu tạo đơn gión nhất với chiết suất của lừi và lớp bọc khác nhau một cách rõ rệt nh hình bậc thang. các nguồn quang phóng vào đầu sợi với góc tới khác nhau sẽ truyền theo những đờng khác nhau nh hình 2.7. Truyền ánh sáng trong sợi quang SI. không đổi ) mà chiều dài đờng truyền khác nhau nên thời gian truyền khác nhau trên cùng một chiều dài sợi. Các tia truyền xa trục có đờng truyền dài hơn nhng có vận tốc truyền lớn hơn ( Vph = C/n ) và ngợc lại , các tia truyền gần trục có đờng truyền ngắn hơn nhng vận tốc truyền lại nhỏ hơn. Do đó , dãi thông của sợi đơn mode rất rộng , song vì kích thớc của sợi đơn mode quá nhỏ nên đòi hỏi kích thớc của linh kiện quang cũng phải tơng ứng và các thiết bị hàn nối quang cũng có độ hàn nối cao yêu cầu ngày nay đều có thể đáp ứng và do đó sợi đơn mode cũng có thể dùng phổ biến.

SUY HAO SợI QUANG

Độ hấp thụ thay đổi theo bớc sóng nh trên ( hình 2.15 ) .Sự hấp thụ trong vùng hồng ngoại gây trở ngại cho khuy hớng sử dụng bớc sóng dài trong thông tin quang. Khi truyền dẫn các tín hiệu digital qua sợi quang, sẽ suất hiện hiện tợng giãn xung ánh sáng ở đầu thu, thậm chí trong một số trờng hợp , các xung lân cận đè lên nhau, và khi đó, ta không thể phân biệt các xung với nhau nữa, gây méo tín hiệu khi tái sinh.Hiện tợng giãn xung hay còn gọi là hiện tợng tán xạ. Nếu nguồn bức xạ quang phát ra sóng ánh sáng với duy nhất một bớc sóng λ0 thì không có hiện tợng lệch về thời gian truyền dẫn giữa các thành phần của xung ánh sáng vì chúng lan truyền theo cùng vận tốc.

( vφ = Vận tốc pha của sóng ánh sáng ) Vì độ dãn xung τ ( tán xạ ) gây nên méo xung truyền dẫn , nên nó vừa hạn chế cự ly truyền vừa hạn chế băng truyền dẫn , nên để đánh giá năng lực truyền dẫn của các loại sợi quang có tán xạ, ngời ta đa ra đại lợng đặc trng là tích số độ rộng băng truyền và cự ly truyền dẫn BL. Rừ ràng độ dón xung trờn một kilomet thể hiện năng lực truyền dẫn của sợi trên ( hình 2.23 ) cho thấy sự phụ thuộc của D vào bớc sóng của hai loại vật liệu là thuỷ tinh thạch anh ( SiO2 ) thuần và thuỷ tinh thạch anh có pha hoạt chất GeO2. Và ở vùng này không có tán xạ vật liệu, không sợ ảnh hởng đến độ rộng băng truyền dẫn chỉ cần chú ý đến suy hao tín hiệu , do vậy , nếu có diode phát quang có công suất phát đủ lớn thì ta có thể sử dụng thay cho các diode laser hiện nay khá đắt tiền.

Điều đáng nói là do sợi có đờng kính ruột quá nhỏ nên khi truyền dẫn có một luồng ánh sáng lọt ra vỏ, mà vẫn lan truyền trên lớp tiếp giáp vỏ – ruột, có chiết suất thay đổi, nếu sinh ra trể nhóm. Trong quá trình nghiên cứu , khi giả thiết chiết suất biến thiên theo bớc sóng , ngời ta đều chia độ lệch chiết suất tơng đối không phụ thuộc vào chiết suất λ. Thế nhng xem xét kỹ thì thấy rằng chiết suất n1 và n2 của ruột và vỏ biến thiên theo bớc sóng không cùng một mức độ nh nhau , nên gia trị cũng thay đổi theo bớc sóng, gây nên hiện tợng tán xạ phụ gọi là tán xạ mặt cắt và.

* Sợi san bằng tán sắc :Dung lợng của sợi quang có thể nới rộng ra bằng cách dùng hai hay nhiều bớc sóng trên cùng một sợi quang Kỹ thuật này đợc gọi là ghép kênh theo bớc sóng (Wavelength Divíion Multiplexing ) để thực hiện tốt kỹ thuật này cần một loại sợi quang có độ tán sắc nhỏ trong một khoãng bớc sóng chứ không chỉ một bớc sóng. Khi không có hiện tợng trộn mode thì giá trị tán xạ ( độ dãn xung ) tăng tuyến tính với chiều dài sợi, nên vừa hạn chế băng tần truyền dẫn , vừa hạn chế cự ly truyền dẫn. Trong quá trình trộn mode, ngời ta thấy rằng hầu nh các mode bậc cao hơn dễ bị ảnh hởng nhiều và rất dễ vợt ra khỏi ruột sợi, nên các mode bậc cao chỉ còn một phần năng lợng nhỏ.

GiớI THIệU máy ĐO SUY HAO

Các giá trị tổn hao này đợc so sánh với các bản ghi hoặc các tiêu kỹ thuật của nhà sản xuất thì có thể xác định đợc các dây nhảy hỏng. Nếu sử dụng các nguồn sáng laser, cần phải đảm bảo rằng nó vẫn cha đợc bật cho đến khi tất cả các sợi đến nguồn sáng nó đã đợc kết nối. Nối máy đo này với dây nhảy có chất lợng cao đã chuẩn bị trớc ( nh trình bày trong (hình4.1a) để nhận đợc công suất nguồn sáng tham chiếu ở dBm.

Đối với mỗi dây lặp lại các bớc bắt đầu ở bớc 3 đến khi tất cả các dây nhảy đều đợc kiểm tra và các tổn hao của chúng đều đợc ghi lại ( các dây B,C.). Còn kiểu nối vòng trở lại cho một kết quả trung bình và có thể hoàn thành với một ngời thực hiện, nhng kiểu này lại mất nhiều thời gian hơn. Nếu sử dụng một nguồn sáng laser, đảm bảo rằng nó vẫn cha đợc bật cho đến khi tất cả các sợi đến nguồn sáng đó đã đợc kết nối hoàn chỉnh.

Xác định kiểu cấu hình đo thử ( đầu cuối – tới - đầu cuối hay vòng trở lại) và nối các dây nhảy đã qua kiểm thử, với nguồn sáng và máy đo công suất (hình 4.2). Hoặc Pđo mạch vòng (dBm) cho chế độ dBm. Nguồn sáng dây nhảy đo thử vị trí A vị trí B. Bảng nối bảng nối. Đồng hồ đo công suất Mạch vòng. A) kiểm tra thử mạch vòng trở lại. Dây nhảy đo thử dây nhảy A b) kiểm thử đầu cuối tới cuối sợi. LSợi quang (dB) = Lđo đầu cuối (dB) – Ldây A ( dB ) (4.1) Nếu đọc đợc các giá trị đo trên máy đo theo dBm, tổn hao toàn bộ tuyến sợi quang đợc xác định bằng hiệu giữa giá trị tham chiếu ban đầu Ptham chiếu (dBm.

7 Ghi lại các kết quả ghi đợc và qui trình thực hiện để có những kết quả đó 8 Quy trình có thể lặp lại để có thể đo đợc tất cả các sợi trong cáp sợi quang.

Đo suy hao trên sợi quang

Để đo suy hao của sợi quang theo phơng pháp này , cần có một nguồn quang có công suất phát ổn định và máy đo công xuất quang có độ nhạy cao. Nguyên lý đo : Đo mức công suất quang ở đầu và cuối sợi để tính suy hao của sợi.Để thích hợp với điều kiện của sợi quang cần đo, phơng pháp này lại đ- ợc chia làm hai phơng pháp với cùng một nguyên lý đo nhng cách đấu nối với sợi quang khác nhau. Nhợc điểm phơng pháp đo này là sợi quang bị cắt đi một đoạn ( 2m ) sau mỗi lần đo nên không thích hợp với các sợi quang đã lắp đặt và đã gắn sẵn khớp nối ở đầu sợi quang.

Sợi quang cần đo đợc đấu với dây nối của nguồn quang thông qua dụng cụ nối lắp đặt đợc ( hình 4.4 ) Nối sợi quang đã lắp đặt mà cha gắn khớp nối ở đầu sợi thì dụng cụ ghép là một ống nối đàn hồi , nếu đã có sẵn khớp nối ở đầu sợi quang thì dụng cụ ghép là khớp nối. Connector và đến cuối sợi , gặp mặt phân cách giữa sợi thuỷ tinh và không khí sẽ phản xạ ( phản xạ Fresnel ) với hệ số phản xạ ( Reflection Coefficint). Những tia tán xạ ngợc về phía nguồn quang có phơng hợp với trục sợi một góc nhỏ hơn góc nhỏ tới hạn θc góc mở của sợi có thể truyền về đầu sợi.

Những tia phản xạ theo các hớng khác thì tiếp tục truyền về cuối sợi hoặc bị khúc xạ ra khỏi lỏi tuỳ theo phơng của chúng. Xung đo đợc tạo ra từ bộ phát xung và đa vào điều chế với nguồn quang bán dẫn nh diode phát quang LED hoặc diode laser ( LD ). Xung ánh sáng truyền qua sợi sẽ xẫy ra tán xạ ngợc hoặc phản xạ trở lại đầu sợi tại những chổ không đồng nhất trên đờng truyền.

Các tia phản xạ và tán xạ ngợc qua bộ ghép quang đễ vào diode tách quang và trị số của xung phản xạ và tán xạ ngợc đợc chỉ thị trên màn hình.