Ý tƣởng phƣơng pháp này là phĩng các xung ánh sáng vào các sợi quang rồi thu nhận và phân tích các xung phản xạ, tán xạ ngƣợc theo thời gian để đánh giá đặc tính truyền dẫn của sợi quang.
Nguyên lý này đƣợc áp dụng trong máy đo OTDR do Barnosky và Jensen đƣa ra lần đầu vào năm 1976.
Kỹ thuât này cho phép xác định suy hao sợi quang, suy hao mối hàn, chỗ sợi bị đứt…chỉ ở tại một đầu mà khơng cần phải cắt sợi.
2.1.2.1 . Sự hình thành phản xạ và tán xạ ngược.
Phản xạ :
Khi ánh sáng truyền qua các khe khơng khí tại các vị trí sợi hỏng hoặc qua connector và đến cuối sợi, gặp mặt ngăn cách giữa sợi thủy tinh và khơng khí sẽ phản xạ (phản xạ Fresnel) với hệ số phản xạ (Reflection coefficient)
2 1 0 2 1 0 ( ) ( ) n n R n n (2.4)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ n0 .
Với : n1 = 1,5 và n0 = 1 thì :
R = 0,04 = 4% (hay -14dB)
Điều đĩ cĩ nghĩa là ở mặt phân cách (hoặc ở chỗ sợi bị đứt) cĩ 4% cơng suất quang phản xạ trở lại.
Nếu mặt cắt đầu cuối sợi quang nghiêng hoặc khơng nhẵn thì hệ số phản xạ thấp hơn.
:
P tr( ) RP0exp( 2 vt) (2.5)
Trong đĩ : R : Hệ số phản xạ. P0 : Cơng suất ở đầu sợi.
α : Hệ số suy hao trung bình (Np/Km) v : Vận tốc ánh sáng trong sợi t : Thời gian (s) n1 Xung phát n0 Xung phản xạ Hình 2.3. Phản xạ ở cuối sợi : . 2 V t S (2.6) Tán xạ ngƣợc:
Tán xạ ngƣợc là do chiết suất khúc xạ thay đổi dọc theo sợi quang. Tại những chỗ cĩ sự chênh lệch chiết suất khúc xạ thì ánh sáng bị tán xạ. Các tia tán xạ ngƣợc tỏa ra mọi hƣớng. Những tia tán xạ ngƣợc về phía nguồn quang cĩ phƣơng hợp với trục sợi một gĩc nhỏ hơn gĩc mở của sợi cĩ thể truyền về đầu sợi. (H.2.4)
Những tia sáng theo các hƣớng khác thì tiếp tục truyền về phía cuối sợi hoặc bị khúc xạ ra khỏi lõi tùy theo phƣơng của chúng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ P ts( ) S sv P0exp( 2 vt) (2.7)
Trong đĩ : S : Hệ số tán xạ ngƣợc. α0 : Hệ số tán xạ Rayleigh.
v : Vận tốc ánh sáng trong sợi.
Hình 2.4. Sự truyền tia tán xạ ngược.
τ : Độ rộng xung ánh sáng.
P0 : Cơng suất của xung ánh sáng tới. α : Độ suy hao trung bình của sợi quang. t : Thời gian.
:
Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc (SI):
2 2 1 2 2 1 3 . 2 4 n n S
n n1 : chiết suất lõi sợi (2.8)
n2 : chiết suất lớp bọc
Sợi đa mode chiết suất giảm dần (GI) :
2 2 1 2 2 1 4 n n S n (2.9) Ví dụ : n1 = 1,46 n2 = 1,445 (∆ = 1%) Ta cĩ : S(SI) = 0,0076 ≈ 0,76% S(GI) = 0.00511 ≈ 0,51%
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 2 1 0, 038 .2 S n p λ : bƣớc sĩng (2.10) 2p: đƣờng kính trƣờng mode Ví dụ : n1 = 1,46 2p = 9,3μm Ta cĩ : λ = 1,31 μm S = 0,0003537 ≈ 0,035% λ = 1,55 μm S = 0,0004951 ≈ 0,05%
2.1.2.2. Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngược:
Hình 2.5. Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngược
Xung đo đƣợc tạo ra từ bộ phát xung và đƣa vào điều chế với nguồn quang bán dẫn nhƣ diode phát quang LED hoặc diode laser LD. Xung quang đã 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 ngƣợc hoặc phản xạ trở lại đầu sợi tại những chỗ khơng đồng nhất trên đƣờng truyền.
Các tia phản xạ và tán xạ ngƣợc qua bộ ghép nối quang để vào diode tách quang và trị số của xung phản xạ và tán xạ ngƣợc đƣợc chỉ thị trên màn hình và đồng hồ đo.
Kết quả chỉ thị đƣợc thể hiện cả biên độ và thời gian từ lúc phát xung cho đến khi thu đƣợc xung quay trở lại. Khi sự phản xạ xuất hiện ứng với điểm nào đĩ trên sợi thì cĩ một xung đột biến. Tán xạ ngƣợc qua các mối hàn sẽ biểu thị suy hao nên đƣờng cong tại đĩ cĩ bậc thang.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Hình 2.6. Sự thay đổi cơng suất quang theo chiều dài