10 Sợi quang trong ống đện lỏngBăng nhồi lõi cáp
P2=P(L) z
Trong đó: P(0): công suất ở đầu sợi (z=0)
•P(z): công suất ở cự ly z tính từ đầu sợi
α: hệ số suy hao
L
P2=P(L) z z P1=P(0)
Hình 4.10 Công suất truyền trên sợi quang.
A(dB)=10lg P1 P2 Độ suy hao của sợi được tính bởi:
Trong đó: P1=P(0): công suất đưa vào đầu sợi P2=P(L): công suất ở cuối sợi
4.2.3.1Các nguyên nhân gây suy hao quang:
Công suất quang truyền trên sợi bị thất thu do sự hấp thụ của vật liệu, sự tán xạ ánh sáng và sự khúc xạ qua chổ bị uốn cong.
Suy hao do hấp thu:
• Sự hấp thụ của tạp chất kim loại: các tạp chất kim loại trong thuỷ tinh là một trong những nguồn hấp thụ năng lượng ánh sáng. Các tạp chất thường gặp là Sắt (Fe), Đồng (Cu), Mangan (Mn). Mức độ hấp thụ của từng loại tạp chất phụ thuộc vào nồng độ tạp chất bước sóng truyền qua nó.
• Sự hấp thụ của ion OH: Sự có mặt của các ion OH trong sợi quang cũng tạo ra một độ suy hao hấp thụ đáng kể.
• Sự hấp thụ bằng cực tím và hồng ngoại: ngay cả khi sợi quang được chế tạo từ thuỷ tinh có độ tinh khiết cao sự hấp thụ vẫn xảy ra. Bản thân thuỷ tinh khiết cũng hấp thụ ánh sáng trong vùng cực tím và vùng hồng ngoại. Sự hấp thụ trong vùng hồng ngoại gây trở ngại cho khuynh hướng sử dụng các bước dài trong thông tin quang.
Suy hao do tán xạ:
• Tán xạ Rayleigh: khi sóng điện từ truyền trong môi trường điện gặp chỗ không đồng nhất sẽ xảy ra hiện tượng tán xạ. Những chỗ không đồng nhất trong sợi quang do cách sắp xếp của các phân tử thuỷ tinh, các khuyết tật của bọt không khí, các vết nứt,…Khi kích thước của vùng không đồng nhất vào khoảng một phần mười bước sóng thì chúng trở thành những nguồn điểm để tán xạ. Các tia sáng truyền qua những chỗ không đồng nhất này sẽ toả ra nhiều hướng. Chỉ một phần năng lượng ánh sáng tiếp tục truyền theo hướng cũ; phần còn lại truyền theo các hướng khác, thậm chí truyền ngược về phía nguồn quang. Ở bước sóng 850nm suy hao do tán xa Rayleigh của sợi silica khoảng 1 đến 2dB/km và ở bước sóng 1300nm suy hao chỉ khoảng 0,3dB/km. Ở bước sóng 1500nm suy hao này còn thấp hơn nữa.
• Tán xạ do mặt phân cách giữa lõi và lớp bọc không hoàn hảo: khi tia sáng truyền đến những chỗ không hoàn hảo giữa lõi và lớp bọc tia sáng sẽ bị tán xạ. Lúc đó một tia tới sẽ có nhiều tia phản xạ với các góc tới hạn sẽ khúc xạ ra lớp bọc và bị suy hao dần.
Suy hao do sợi bị uốn cong:
• Vi uốn cong: khi sợi quang bị chèn ép tạo nên những chỗ uốn cong nhỏ thì suy hao của sợi cũng tăng lên. Sự suy hao này xuất hiện do tia sáng bị lệnh trục khi đi qua những chỗ vi uốn cong đó. Một cách chính xác hơn, sự phân bố trường bị xáo trộn khi đi qua những chỗ vi uốn cong và dẫn tới sự phát xạ năng lượng ra khỏi lõi sợi.
• Uốn cong: khi sợi uốn cong với bán kính uốn cong càng nhỏ thì suy hao càng tăng. Dĩ nhiên không thể tránh được việc uốn cong sợi quang trong quá trình chế tạo và lắp đặt. Song nếu giữ cho bán kính uốn cong lớn hơn một bán kính tối thiểu cho phép thì suy hao do uốn cong không đáng kể. Bán kính tối thiểu do nhà sản xuất đề nghị, thông thường 30mm đến 50mm.
4.2.3.2 Tán sắc:
Tương tự như tín hiệu điện, tín hiệu quang truyền qua sợi quang cũng bị biến dạng. Hiện tượng này được gọi là tán sắc. Sự tán sắc làm méo dạng tín hiệu analog và làm xung bị chồng lấp trong tín hiệu digital. Sự tán sắc làm hạn chế dải thông của đường truyền dẫn quang.
Các nguyên nhân gây tán sắc:
• Tán sắc mode (modal dispersion): do năng lượng của ánh sáng phân tán thành nhiều mode. Mỗi mode lại truyền với vận tốc nhóm khác nhau nên thời gian truyền khác nhau.
• Tán sắc thể (chromatic disperation): do tín hiệu quang truyền trên sợi không phải là đơn sắc mà gồm một khoảng bước sóng nhất định. Mỗi bước sóng lại có vận tốc truyền khác nhau nên thời gian truyền cũng khác nhau. Tán sắc thể bao gồm tán sắc chất liệu và tán sắc dẫn sóng
Sợi quang đa mode có đầy đủ các thành phần tán sắc Sợi quang đơn mode chỉ có tán sắc thể.