THÔNG TIN SỢI QUANG
4.2.1 Cấu trúc cáp quang
4.2.1.1 Sợi đa mode và đơn mode
Một mode sóng là một trạng thái truyền ổn định của ánh sáng trong sợi. Khi truyền trong sợi ánh sáng đi theo nhiều đường, trạng thái ổn định của các đường nào được gọi là những mode. Có thể hình dung gần đúng một mode ứng với một tia sáng. Sợi có thể truyền được nhiều mode được gọi là sự đa mode và sợi chỉ truyền một mode được là sợi đơn mode.
Số mode truyền được trong sợi phụ thuộc vào các thông số của sợi, trong đó thừa số V: V=2π .a. NA=K.a.NA
λ
Trong đó:
a: bán kính lõi sợi λ : bước sóng K=2π/λ : thừa số sóng NA: khẩu độ sóng
Motä cách tổng quát, số mode N truyền được trong sợi được tính gần đúng như sau: V2 g
N ~ x 2 g+2 Trong đó:
V: thừa số V g: số mũ trong hàm chiết suất
Sợi đa mode:
Sợi đa mode có đường kính lõi và khẩu độ số lớn nên thừa số V và số mode N cũng lớn. Các thông số của loại sợi đa mode thông dụng (50/125μm) là:
• Đường kính lõi: d=2a=50 μm
• Đường kính lớp bọc: D=2b=125 μm
• Khẩu độ số: NA=
• Chiết suất nhảy bậc g->
Số mode truyền được sợi chiết suất nhảy bậc (SI)với g-> N=V2/2
Với sợi chiết suất giảm dần (GI) có g=2 thì số mode: N=V2/4
Hình 4.4 Các mode của quang Sợi đơn mode:
Khi giảm kích thước lõi sợi để chỉ có một mode sóng cơ bản truyền được trong sợi thì sợi gọi là đơn mode. Trên lý thuyết, sợi làm việc ở chế độ đơn mode thì thừa sốV, Vc1=2,405.
Vì chỉ có một mode sóng truyền trong sợi nên độ tán sắc do nhiều đường truyền bằng không và sự đơn mode có dạng phân bố chiết suất nhảy bậc (SI) với g-> .
Các thông số của loại sợi đơn mode thông dụng là:
• Đường kính lõi: d=2a=9μm ÷10μm
• Đường kính lớp bọc: D=2b=125 μm
• Khẩu độ số: NA=
Độ tán sắc của sợi đơn mode nhỏ hơn nhiều so với sự đa mode, đặc biệt ở bước sóng =1300nm độ tán sắc của sợi đa mode rất thấp (~0). Do đó dải thông của đơn mode rất rộng. Song vì kích thước lõi sợi đơn mode quá nhỏ nên đòi hỏi kích thước của các linh kiện quang
cũng phải tương đương và các thiết bị hàn nối sợi quang phải có độ chính xác rất cao. Các yêu cầu ngày nay đều có thể đáp ứng do đó sợi đơn mode đang dùng phổ biến.
4.2.2 Cấu trúc cáp quang
4.2.2.1 Cấu trúc sợi quang
Thành phần chính của sợi quang gồm lõi (core) và các lớp bọc (cladding). Trong viễn thông dùng loại sợi có cả hai lớp trên bằng thuỷ tinh. Lõi để dẫn ánh sáng và lớp bọc để giữ ánh sáng tậo trung trong lõi nhờ sự phản xạ toàn phần giữa lõi và lớp bọc.
Để bảo vệ sợi quang, tránh nhiễu tác dụng do điều kiện bên ngoài sợi quang còn được bọc thêm một vài lớp nữa:
• Lớp phủ hay lớp vỏ thứ nhất (primary coating): o Chống lại sự thâm nhập của hơi nước o Tránh sự trầy sướt gây nên những vết nứt o Giảm ảnh hưởng vì uốc cong
• Lớp vỏ thứ hai (secondary coating)
o Tăng cường sức chịu đựng của sợi quang trước tác dụng cơ học
o Tăng cường sức chịu đựng của sợi quang trước tác dụng của sự thay đổi nhiệt độ.
Hình 4.5 Cấu trúc sợi quang: 4.2.2.2Cấu trúc cáp quang:
Cấu trúc của cáp phải thoả yêu cầu chính là bảo vệ sợi quang trước các tác dụng cơ học của điều kiện bên ngoài trong quá trình thi công lắp đặt và cả quá trình sử dụng lâu dài. Các lực cơ học có thể làm đứt sợi quang tức khắc hoặc làm tăng suy hao và làm giảm tuổi thọ của sợi quang.
Cáp quang cũng được chế tạo phù hợp với mục đích sử dụng của viễn thông, bao gồm: cáp treo, cáp chôn, cáp thả cống, cáp thả biển, cáp trong nhà. Mỗi loại có vài chi tiết đặc biệt ngoài cấu trúc chung của cáp.
Cấu trúc tổng quát của cáp quang bao gồm:
Hình 4.6 cấu trúc tổng quát của cáp quang
Vỏ cáp (nhựa PE)
Thành phần chịu lực ngoài Lớp đệm (nhựa PE) Băng quấn Plastic
Thành phần chịu lực trung tâm Sợi quang
• Sợi quang: các sợi quang được bọc lớp phủ và lớp vỏ sắp xếp theo một thứ tự nhất định.
• Thành phần chịu lực: bao gồm thành phần chịu lực trung tâm và thành phần chịu lực bao bên ngoài
• Chất nhồi: làm đầy ruột cáp
• Vỏ cáp: để bảo vệ ruột cáp
• Lớp gia cường: để bảo vệ sợi cáp trong những điều kiện khắc nghiệt. Theo mục đích sử dụng chia cáp quang thành 3 loại:
• Cáp ngoài trời: cáp treo, cáp chôn trực tiếp hoặc cáp kéo trong cống. Cáp ngoài trời
thường có vỏ nhựa PE màu đen. Sợi quang trong cáp được đặt trong các ống đệm lỏng, mỗi ống đệm lỏng chứa một sợi quang hay nhiều sợi quang tuỳ theo số lượng sợi quang trong cáp. Cáp ngoài trời bình thường không cần lớp gia cường, chỉ cần lớp kim loại (thường là nhôm) bọc ruột cáp.
Hình 4.7 Cáp ngoài trời Vỏ cáp (nhựa PE) Thành phần chịu lực ngoài Chất nhồi Sợi quang Ống đệm lỏng
Thành phần trung tâm bằng chất điện môi
a) Vỏ cáp (nhựa PE)
Thành phần chịu lực ngoài Chất nhồi