2.2.5.1 Cấu trúc cáp quang
Gồm có hai loại chính: cáp quang ngầm và cáp quang treo Cấu trúc chung của cáp quang:
- Các thành phần chính của cáp + sợi quang
+ chất nhồi
+ thành phần chịu lực trung tâm + băng quấn
+ lớp vỏ trong của cáp
+ lớp gia cường ( thành phần chịu lực ngoài ) + vỏ cáp
Các thành phần sợi quang, ống độn, chất nhồi và băng quấn được bện thành cáp theo các kiểu : kiểu S ( xoắn thuận ), kiểu Z ( xoắn ngược ) và kiểu SZ ( xoắn thuận nghịch ).
Cáp quang ngầm
Cáp quang treo
Hình 2.13: Cấu trúc cáp quang
2.2.5.2 Mã mầu cáp quang
Thứ tự sợi quang được xác định theo quy luật mầu như sau: + sợi 1 mầu xanh dương
+ sợi 2 mầu cam + sợi 3 mầu lá + sợi 4 mầu nâu + sợi 5 mầu xám + sợi 6 mầu trắng
+ sợi 7 mầu đỏ + sợi 8 mầu đen + sợi 9 mầu vàng + sợi 10 mầu tín + sợi 11 mầu hồng
+ sợi 12 mầu xanh da trời
Trường hợp cáp quang có chứa nhiều sợi thì ngoài xác định thứ tự sợi theo mã mầu còn phải xác định mã mầu của các ống lỏng chứa các sợi quang, thứ tự của ống lỏng cũng tuân thủ theo luật mầu của mầu sợi quang.
2.2.5.3 Sợi quang
2.2.5.3.1 Cấu tạo cơ bản sợi quang
- Lõi sợi quang : có đường kính d = 2a, được sản xuất từ thủy tinh và có chiết suất n1.
- Võ sợi quang : có đường kính D = 2b, được sản xuất từ thủy tinh hoặc plastic và có chiết suất n2 ( n2<n1 ).
2.2.5.3.2 Phân loại sợi quang
Phân loại sợi quang theo:
- Sự phân bố chiết suất trong sợi quang: Chiếc suất lõi n1 và chiết suất vỏ n2 (với n2< n1 ).
- Sợi đa mode (multi – mode ), sợi đơn mode (single – mode ) Mode sóng là một trạng thái truyền ổn định của ánh sáng truyền trong sợi quang. Khi truyền trong sợi quang ánh sáng đi theo nhiều đường và trạng thái ổn định của các đường này được gọi là các mode sóng ( hình dung một mode ứng với một tia sáng ).
Hình 2.14: Ánh sáng truyền trong sợi quang
+ Sợi đa mode MM : Truyền đồng thời nhiều bước sóng, số mode truyền được trong một sợi phụ thuộc vào các thông số của sợi ( tần số chuẩn hóa V ). Sợi đa mode có đường kính lõi và khẩu độ số lớn, đường kính lõi d = 50μm, đường kính vỏ D = 125μm, chiết suất lõi n1 = 1,47 ( tại bước sóng 1300nm ), khẩu độ số NA = 0,2 – 0,9.
+ Sợi đơn mode SM : Truyền duy nhất một mode sóng cơ bản lan truyền trong lõi sợi quang. Sợi đơn mode có đường kính lõi và khẩu độ số nhỏ, đường kính lõi d = 9 -10μm, đường kính vỏ D = 125μm, chiết suất lõi n1 = 1,465 ( tại bước sóng1300nm ), khẩu độ số NA = 0,13-0,18.
2.2.5.3.3 Các đặc tính truyền dẫn của sợi quang
Có ba yếu tố cơ bản của sợi quang ảnh hưởng đến khả năng truyền dẫn của hệ thống thông tin quang.
- Suy hao - Tắn sắc
- Hiệu tượng phi tuyến xẩy ra trong sợi quang.
Tuy nhiên, đối với các hệ thống khác nhau thì mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này cũng khác nhau.
+ Đối với các hệ thống có cự ly ngắn, dung lượng thấp thì yếu tố cần quan tâm là suy hao.
+ Đối với các hệ thống có tốc độ cao, cự ly tương đối lớn thì yếu tố cần quan tâm là suy hao và tắn sắc.
+ Đối với các hệ thống có cự ly dài, dung lượng lớn thì ngoài hai yếu tố trên cần quan tâm đến hiện tượng phi tuyến xẩy ra trong sợi quang.
Suy hao: Nguyên nhân do suy hao hấp thụ, do tán xạ tuyến tính, do uốn cong và do ghép nối.
- Suy hao do hấp thụ: bản thân do chế tạo sợi quang.
- Suy hao do tán xạ tuyến tính: do tính không bền rất nhỏ của lõi sợi quang, có thể là do những thay đổi nhỏ trong vật liệu. Ngoài ra do thủy tinh được tạo từ các loại ôxxit như SiO2, GeO2, P2O5 => có sự thay đổi thành phần giữa chúng.
- Suy hao do uốn cong : có hai loại
+ Suy hao uốn cong vi mô: sợi bị cong nhỏ một cánh nhẫu nhiên trong quá trình sợi được bọc thành cáp.
+ Suy hao uốn cong vĩ mô: sợi bị uốn cong có bán kính lớn hơn hoặc đường kính sợi, chỉ nên uốn cong sợi với bán kính R<Rc (giá trị khuyến cáo Rc=30 -50mm).
- Suy hao do ghép nối: do giảm công suất quang ở hai đầu ghép nối.
Tán sắc: Trong một sợi quang những tần số khác nhau và những mode khác nhau cần thời gian khác nhau để truyền. Tán sắc là sự co giãn xung trong truyền dẫn
quang sẽ gây ra giao thoa giữa các kí tự làm tăng lỗi bit ở phía thu => làm giảm khoảng cách truyền dẫn.
Các loại tán sắc :
- Tắn sắc mode, chỉ xẩy ra ở sợi đa mode. Khi phóng ánh sáng vào sợi quang đa mode, năng lượng ánh sáng phân thành nhiều mode. Mỗi mode lan truyền với vận tốc nhóm khác nhau nên thời gian lan truyền của chúng trong sợi quang khác nhau. Chính sự khác nhau về thời gian lan truyền của các mode gây ra tán sắc mode.
- Tắn sắc sắc thể, xẩy ra ở tất cả các loại sợi quang. Có hai loại : tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng.
+ Tán sắc vật liệu, do sự chênh lệch giữa các vận tốc nhóm của các thành phần phổ khác nhau trong sợi quang. Nó xảy ra khi vận tốc pha của một sóng phẳng lan truyền trong môi trường điện môi biến đổi không tuyến tính với bước sóng, và một vật liệu được gọi là tồn tại tán sắc chất liệu khi đạo hàm bậc hai của chiết suất theo bước sóng khác không.
+ Tán sắc ống dẫn sóng, Khi ánh sáng ghép vào sợi quang để truyền đi, một phần chính truyền trong lõi sợi, phần nhỏ truyền trong phần vỏ với vật tốc khác nhau do chiết suất trong lõi và vỏ khác nhau. Sự khác biệt vận tốc truyền ánh sáng gây nên tán sắc ống dẫn sóng.
- Tán sắc phân cực mode, hiện tượng này xẩy ra khi trên sợi quang kể cả sợi đơn mode luôn có 2 mode sóng được gọi chung cùng một tên. Các mode này là các sóng điện từ được phân cực tuyến tính truyền trong sợi quang trong những mặt phẳng vuông góc với nhau. Nếu chiết suất của sợi quang là không như nhau trên phương truyền của hai mode trên.
Hình 2.15: Hiện tượng tán sắc
Hiệu ứng phi tuyến: Hiệu ứng phi tuyến là khi các tham số của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng (công suất). Các hiệu ứng phi tuyến có thể bỏ qua đối với các hệ thống truyền dẫn quang có công suất vừa phải ( vài mw ) với tốc độ bit lên đến 2.5 Gps. Trong các hệ thống WDM, các hiệu ứng phi tuyến có thể trở nên quan trọng thậm chí ở công suất và tốc độ bit vừa phải.