CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM
CHƯƠNG 3: BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN
3.1.3 Quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang
Vận tốc truyền ánh sáng trong sợi quang nhỏ hơn vận tốc truyền ánh sáng trong chân không. Ký hiệu là vận tốc truyền ánh sáng trong chân không, n là chiết suất của lõi sợi, khi đó vận tốc truyền ánh sáng trong sợi quang được tính theo công thức (3.6)
, (3.6)
Ánh sáng khi truyền dọc theo sợi sẽ bị suy hao. Ký hiệu [1/m] là hệ số suy hao của sợi quang, là công suất đầu vào sợi quang, công suất đầu ra sợi quang có chiều dài L được tính theo công thức:
(3.7)
Để tính toán hệ số suy hao, đơn vị thường được sử dụng là . Phương trình chuyển đổi đơn vị :
(3.8)
Công suất quang cũng thường được tính theo đơn vị là dBm thay cho Watt.
Quan hệ gi a hai đơn vị này được biểu thị trong công thức (3.9):
(3.9) Tán sắc
Tán sắc là hiện tượng dãn rộng xung ánh sáng khi truyền trong sợi quang.
Tán sắc có nhiều loại như tán sắc mode, tán sắc màu và tán sắc mode phân cực.
Tán sắc mode chỉ xảy ra trong sợi quang đa mode. Do các mode có tốc độ lan truyền khác nhau nên thời gian truyền các mode là khác nhau, gây ra tán sắc mode.
c
n
v c c3.108m/s
P0
L
T Pe
P 0
dB dB/km
m
d B
/ 1000 1
10 ln 10
W W dBm P
P 10 3
log 10 . 10
41
Tán sắc màu được phân chia thành tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng.
Tán sắc vật liệu xảy ra do sự phụ thuộc của chiết suất vào bước sóng. Tán sắc ống dẫn sóng xảy ra do ánh sáng truyền trong sợi không phải là ánh sáng đơn sắc, hằng số lan truyền là hàm của bước sóng. Các thành phần bước sóng khác nhau có vận tốc nhóm khác nhau gây ra tán sắc ống dẫn sóng. Tán sắc màu có ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống thông tin quang. Tán sắc màu làm tăng ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang dẫn đến giới hạn về khoảng cách truyền dẫn trong hệ thống thông tin quang.
Loại sợi quang phổ biến nhất trên thế giới hiện nay là sợi quang đơn mode tiêu chuẩn (theo khuyến nghị G.652 của ITU-T) SMF-28 có hệ số tán sắc:
, (3.10)
Trong đó D là hệ số tán sắc, là bước sóng, là độ dốc tán sắc không, bước sóng tán sắc không (ZDW). Tán sắc của loại sợi này được biểu diễn trên hình 3.1.
Hình 3.1 Hệ số tán sắc của sợi quang SMF-28 [2]
0 340
4
S
D
km nm
ps .
S0 0.085 ps/(nm2.km)
0
Bước sóng [nm]
Hệ số tán sắc [ps/(nm.km)]
42 Chiều dài hiệu dụng
Khi một tín hiệu truyền dọc theo sợi quang, công suất tín hiệu bị giảm dần do suy hao. Tuy nhiên, trong thực tế có thể giả sử rằng công suất là hằng số trên một chiều dài hiệu dụng bởi vì hầu hết các hiệu ứng phi tuyến đều xảy ra ở phía đầu của sợi. Định nghĩa chiều dài hiệu dụng của sợi quang được thể hiện trên Hình .
Hình 3.2 Chiều dài hiệu dụng của sợi quang [2]
(a) Công suất truyền dọc theo sợi có chiều dài L (b) Mô hình tương ứng của chiều dài hiệu dụng
Ở hình 3.2 (a) công suất bị suy hao khi truyền dọc theo toàn bộ sợi có chiều dài L, ở hình 3.2 (b) công suất được coi là không đổi trên một chiều dài sợi:
(3.11) Diện tích hiệu dụng
Tất cả các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang đều phụ thuộc vào cường độ ánh sáng truyền dọc theo sợi. Tuy nhiên trong thực tế các phép đo đều thực hiện đo công suất đầu vào và đầu ra sợi quang. Công suất đi ra khỏi sợi quang chính là tích phân của phân bố cường độ ánh sáng trên diện tích mặt cắt của sợi quang. Nếu gọi là diện tích mặt cắt của sợi quang, là công suất đo được ở đầu ra của sợi quang. Giả thiết cường độ I phân bố đều trên diện tích mặt cắt của sợi. Ta có:
(3.12) Leff
z L z L L
L eff
e e e
dz e P P L
1 1 /0 1 1 1
0 0 0
Acore Pmeas
core meas
A I P
43
Tuy nhiên trong sợi quang đơn mode, cường độ ánh sáng không phân bố đều trên toàn bộ diện tích mặt cắt của sợi, cường độ ánh sáng sẽ tăng dần từ lớp tiếp giáp gi a lõi và vỏ tới trục của sợi. Mức độ tăng phụ thuộc vào chiết suất của sợi.
Do đó để tính toán trong trường hợp này, tham số diện tích hiệu dụng được tính theo công thức:
(3.13)
Với là cường độ điện trường của mode cơ bản tại khoảng cách r so với trục của sợi. Đối với sợi chiết suất bậc diện tích hiệu dụng có thể được tính theo công thức: