nghĩa là tỉ số Pout trên Pin đối với L = 1 Km thỏa mãn:
(2.17) Thường thì suy hao sợi được gán giá trị dương do đó tổng quát hệ số suy hao được xác định bằng công thức (2.65) như sau:
(2.18) Các nguyên nhân chính gây ra suy hao là: do hấp thụ, do tán xạ tuyến tính và do uốn cong.
2.3.1.2. Suy hao do hấp thụ
Bao gồm hấp thụ của bản thân vật liệu chế tạo sợi, còn gọi là tự hấp thụ, và hấp thụ do vậtliệu chế tạo sợi không tinh khiết.
•Hiện tượng tự hấp thụ:
Các nguyên tử của vật liệu chế tạo sợi cũng phản ứng với ánh sáng theo đặc tính chọn lọc bước sóng. Tức là, vật liệu cơ bản chế tạo sợi quang sẽ cho ánh sáng quatự do trong một dải bước sóng xác định với suy hao rất nhỏ hoặc hầu như không suy hao. Còn ở một số bước sóng nhất định sẽ có hiện tương cộng hưởng quang, quang năng bị hấp thụ và chuyển hóa thành nhiệt năng. Hình vẽ 2.16 biểu thị sự suy hao do tự hấp thụ trong các vùng bước sóng (các đường hấp thụ cực tím và hấp thụ hồng ngoại).
•Hiện tượng hấp thụdo tạp chất:
Nếu vật liệu chế tạo thuần túy tinh khiết thì ánh sáng truyền qua không bị suy hao. Thực tế, vật liệu chế tạo hoàn toàn không tinh khiết, mà lẫn các ion kim loại (Fe, Cu, Cr, ...), và đặc biệt là các ion OH - của nước (H2O).
−Sự hấp thụ của các tạp chất kim loại.
Các hệ thống thông tin quang hiện nay chủ yếu làm việc ở cửa sổ thứ 2 (λ2 = 1300 nm) và cửasổ 3 (λ3 = 1550 nm). Nhưng ở hai cửa sổ này ánh sáng lại rất nhạy cảm với sự không tinh khiết của vật liệu. Mức độ hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ tạp chất và bước sóng làm việc. Chẳng hạn, nếu nồngđộ tạp chất khoảng vài phần triệu (10-6) thì α khoảng vài dB/Km; muốn α < 1dB/Km thì nồng độ tạp chất phải là 10-8÷ 10-9. Và với công nghệ
chếtạo sợi hiện nay đều này không còn lo ngại nữa.
− Sự hấp thụ của ion OH -: Sự có mặt của ion OH - trong sợi quang góp phần tạo ra suy hao đáng kể. Ðặc biệt, độ hấp thụ tăng vọt ở ba bước sóng: 950 nm, 1240 nm, và 1380 nm. Ví dụ: nếu nồng độ ion OH -bằng 10-6
thì α ≈ 40 dB/Km. Và nồng độ cho phép của ion OH- trong chế tạo sợi là < 10-9(một phần tỷ).
2.3.1.3. Suy hao do tán xạ tuyến tính
Tán xạ tuyến tính trong sợi quang là do tính không đồng đều rất nhỏ của lõi sợi, có thể là những thay đổi nhỏtrong vật liệu, tính không đồng đều về cấu trúc hoặc các khiếm khuyết trong quá trình chế tạo sợi. Ngoài ra, dothuỷ tinh được tạo ra từ các loại oxit như: SiO2, GeO2, P2O5 nên có thể xảy ra sự thay đổi thành phần giữa chúng. Hai yếu tố này làm tăng sự thay đổi chiết suất, tạo ra tán xạ. Tán xạ tuyến tính làm cho năng lượng quang từmột mốt lan truyền được truyền tuyến tính (tỉ lệ thuận với công suất mốt) sang một mốt khác. Quá trình này làm suy hao công suất quang được truyền đi vì công suất được truyền sang một mốt rò hay mốt bức xạ (leaky or radiation mode) là những mốt không tiếp tục lan truyền trong lõi sợi quang mà bức xạ ra khỏi sợi. Tán xạ tuyến tính sẽ không làm thay đổitần số tán xạ. Tán xạ tuyến tính thường được phân thành hai loại: tán xạ Rayleigh và tán xạ Mie.
- Tán xạ Rayleigh: xảy ra do sự không đồng nhất có kích thước nhỏ hơn bước sóng (khoảng 1/10) trong sợi quang làm cho tia sáng bị tỏa ra nhiều hướng. Hệ số tán xạ Rayleigh được tín như sau [1]:
(2.19) Trong đó:
γR: hệsố tán xạ Rayleigh
λ: bước sóng quang được tính bằng mét (m) n : chiết suất môi trường
p : hệ số quang đàn hồi trung bình
βc: độ nén đẳng nhiệt (đơn vị là (m2/N) tại nhiệt độ TF (đơn vị là K) quy định (fictive temperature)
K: hằng số Boltzman
Hệ số tán xạ Rayleigh liên hệ với hệ số suy hao truyền dẫn (transmission loss factor) như sau:
L = exp(-γRL) với L là độ dài sợi quang (đo bằng mét).
Hệ số suy hao truyền dẫn trên một kilometre sẽ là L(km) được tính từ công thứ (2.3) với L=1000 (mét). Do đó hệsố suy hao do tán xạ Rayleigh sẽ là:
α(dB/km)=10log10(1/L(km)) (2.20)
Suy hao do tán xạ Rayleigh được minh họa trên hình 2.17 (đường tán xạ Rayleigh). - Tán xạ Mie: xảy ra do sự không đồng nhất có kích thước nhỏ tương đương với bướcsóng (lớn 1/10) lan truyền trong sợi quang và chủ yếu là trong hướng tới (hướng lan truyền). Tán xạ này có thể giảm đến mức không đáng kể bằng các biện pháp giảm tính không đồng nhất như: loại bỏ tạp chất trong quá trình sản xuất thủy tinh, điều khiển chặt chẽ quá trình kéo và bọc sợi quang, tăngđộ lệch chiết suất tương đối.