I/ Đo suy hao sợi quang
2.Đo suy hao theo ph−ơng pháp đo tán xạ ng−ợc (Backscattering)
ý t−ởng của ph−ơng pháp này lá phóng các xung ánh sáng vào các sợi quang rồi thu nhận và phân tích các xung phản xạ, tán xạ ng−ợc theo thời gian để đánh giá đặc tính truyền dẫn của sợi quang.
Nguyên lý này đ−ợc áp dụng trong máy đo OTDR do Barnosky và Jensen đ−a ra lần đầu vào năm 1976.
Kỹ thuật này cho phép xác định suy hao sợi quang, suy hao mối hàn, chỗ sợi bị đứt... chỉ ở tại một đầu sợi mà không cần phải cắt sợi.
a. Sợi hình thành phản xạ và tán xạ ng−ợc * Phản xạ:
Khi ánh sáng truyền qua các khe không khí tại các vị trí sợi hỏng hoặc qua connector và đến cuối sợi, gặp mặt ngăn cách giữa sợi thủy tinh và không khí sẽ phản xạ (phản xạ Fresenel) với hệ số phản xạ (Reflection coefficient)
2 1 0 2 1 0 ( ) ( ) n n R n n − = + (1.4)
Trong đó: n1 : Chiết suất của sợi thủy tinh n0 : Chiết suất của không khí Với : n1 = 1,5 và n0 = 1 thì:
R = 0,04 = 4% (hay -14dB)
Điều đó có nghĩa là ở mặt ngăn cách (hoặc ở chỗ sợi bị đứt) có 4% công suất quang phản xạ trở lại.
Nếu mặt cắt đầu cuối sợi quang nghiêng hoặc không nhẵn thì hệ số phản xạ thấp hơn
Tổng quát, công suất phản xạ đ−ợc diễn tả bởi:
0
( ) exp( 2 )
r
P t =R P − αvt (1.5)
Trong đó (R: hệ số phản xạ, P0 : công suất ở đầu sợi, α: hệ số suy hao trung bình (Np/Km), v : vận tốc ánh sáng trong sợi, t : thời gian “s”).
Xung phát n1
Xung phản xạ n0
ánh sáng phải đi qua một khoảng cách để đến điểm phản xạ và trở về, do vậy đến khoảng cách điểm phản xạ là: . 2 V t S = (1.6) * Tán xạ ng−ợc:
Tán xạ ng−ợc là do chiết suất khúc xạ thay đổi dọc theo sợi quang. Tại những chỗ có sự chênh lệch chiết suất khúc xạ thì ánh sáng bị tán xạ. Các tia tán xạ ng−ợc tỏa ra mọi h−ớng. Những tia tán xạ ng−ợc vè phía nguồn quang có ph−ơng hợp với trục sợi một góc nhỏ hơn góc mở của sợi có thể truyền về đầu sợi. (H.1.4)
Hình 1.3. Truyền tia tán xạ ng−ợc
Những tia tán xạ theo các h−ớng khác thì tiếp tục truyền về phía cuối sợi hoặc bị khúc xạ ra khỏi lõi tùy theo ph−ơng của chúng.
Công suất tán xạ có dạng tổng quát:
0 ( ) exp( 2 ) s s P t =Sα τv P − αvt (1.7) Trong đó: S: hệ số tán xạ ng−ợc αs : hệ số tán xạ Rayleigh v : vận tốc ánh sáng trong sợi τ : độ rộng xung ánh sáng
P0 : công suất của xung ánh sáng tới
α : độ suy hao trung bình của sợi quang, t : thời gian Hệ số tán xạ ng−ợc S phụ thuộc vào loại sợi quang
* Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc (SI)
2 2 1 2 2 1 3 . 2 4 n n S n − = (1.8)
* Sợi đa mode chiết suất giảm dần (GI)
2 2 1 2 2 1 4 n n S n − = (1.9)
n1: Chiết suất lõi sợi n2: Chiết suất lớp bọc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b. Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ng−ợc
Hình 1.4. Nguyên lý đo phản xạ & tán xạ ng−ợc
Xung đo đ−ợc tạo ra từ bộ phát xung và đ−a vào điều chế với nguồn quang bán dẫn nh− diode phát quang LED hoặc diode laser LD. Xung quang đe điều chế đi qua bộ ghép nối quang để truyền vào sợi quang cần đo. Xung ánh sáng truyền qua sợi sẽ xảy ra tán xạ ng−ợc hoặc phản xạ trở lại đầu sợi tại những chỗ không đồng nhất trên đ−ờng truyền.
Các tia phản xạ và tán xạ ng−ợc qua bộ ghép nối quang để vào diode tách quang và trị số của xung phản xạ và tán xạ ng−ợc đ−ợc chỉ thị trên màn hình và đồng hồ đo.
Kết quả chỉ thị đ−ợc thể hiện cả biên độ và thời gian từ lúc phát xung cho đến khi thu đ−ợc xung quay trở lại. Khi sự phản xạ xuất hiện ứng với điểm nào đó trên sợi thì có một xung đột biến. Tán xạ ng−ợc qua các mối hàn sẽ biểu thị suy hao nên đ−ờng cong tại đó có bậc thang.