mirror <5% trm s m s s io n )
Hinh 27: Cấu trúc của ống Laser khi He_Ne
Độ phân cực của bức xạ phụ thuộc vào loại nguồn được dùng. Một vài Laser HeNe có phân cực tuyến tính. Độ phân cực của nó thường được xác định bới các chi tiết của cấu trúc Laser, ánh sáng lối ra của L E D được phân cực ngẫu nhiên trong khi đó của ILD được phân cực song song với mặt phầng của lớp tiếp xúc p-n. Độ phân cực của nguồn có thể được kiểm tra bằng cách quan sát sự thay đổi năng lượng trên detector nhờ một bộ phân cực được quay ngay trước nguồn. Nguồn với độ phân cực tuyến tính sẽ làm cho độ thay đối lớn trong khi nguồn ánh sáng có phân cực ngẫu nhiên hoặc phân cực tròn sẽ it hoặc không có sự thay đối nào cả. Sự phân tách ánh sáng phân cực tròn và phân cực ngẫu nhiên được yêu cầu sử dụng các phần tử quang học đã biết gọi là waveplate
Có các nguồn khác có thể được xem xét sử dụng trong thông tin quang sợi: ánh sáng mặt trời, ánh sáng dèn Tungsten, đèn huỳnh quang, đèn Neon, bóng đèn tròn khác. Tuy nhiên hầu hết các nguồn này là các nguồn mở rộng do chúng có vùng bức xạ lớn so với các nguồn mà chúng ta đã thảo luận. Đê đưđ ánh sáng từ các nguồn này vào trong sợi quang phải có 1 hệ thống quang học thê hội tụ ánh sáng vào 1 đầu của sợi quang. Các nguồn lớn và phân kì nhiều rất khó có thê đuồ ánh sáng vào trong sợi quang
0 .4 .3 K h ớ p nối nguồn với fiber.
Một vấn để trong bất cứ hệ thống quang sợi nào là làm sao đuồ nhiều năng lượng nhất vào trong hệ thông với độ mất mát ít nhất có thể. Điều này cho phép sứ dụng các nguồn công suất thấp, giảm giá, nâng cao độ tin cậy do nguồn không cần phải làm việc tại gần công suất tối đa. Các liíu tâm đến việc trả giá để khớp nối từ nguồn vào sợi quang hoặc là từ sợi quang này đến sợi quang kia sẽ được hoàn trả trong các hệ thống rẻ tiền và tin cậy cao hơn.
Hướng của bức xạ được phát ra từ nguồn phải được xem xét trong trường quđng học của sợi quang do bức xạ đó phải được tập hợp và hội tụ vào đầu sợi quang. Các nguồn có dải từ đắng hướng đến chuẩn trực (phát ra chi theo 1 hướng) Nói chung, sự phân bố góc của nguồn có thể dược tính toán:
B ị O ) = B a ị c o s G )'" , 0 < o max (0.22)
ớ đây 0màx là góc tối đa từ thông thường tới chỗ mà tại đó ánh sáng được phát ra và được xác định bới cách hình học của nguồn. Nếu m = 1 theo biểu thức 0 .2 2 nguồn được gọi là n g u ồ n L a m b e r t i a n Nhiều nguồn không phải Laser cũng gần dúng như nguồn Lambertian. Đối với 1 nguồn phân kì, m là rất lớn. Đối với các trường hợp trung gian, các nguồn có thế được coi là nguồn phân kì.
Khả năng mà các sợi quang chấp nhận bức xạ có thế được đặc trưng bởi NA. Chủng ta có thể miêu tả khoảng của các góc ánh sáng đi vào từ 1 nguồn phát sáng nhờ NA. X ác định góc tối đa củd nó không dễ như xác định góc tối đa của sợi quang với góc tới hạn của nó do ánh sáng có thể được phát vào phân bố của các góc mà không có 1 xác định chính xác .
Trong 1 vài trường hợp, ánh sáng từ nguồn là phân kì và nguồn là lớn đến nỗi nguồn phải được hội tụ trên đầu mặt sợi quang nhờ các thấu kính có độ dài hội tụ ngắn. Trong trường hợp đó, NA của nguồn được cho bới:
N A extened= n s i n & (0.23)
ơ đây 0 = tan 1 r/d , với r= bán kính của thấu kính và d = khoảng cách tâm điếm như chí ra trong hỉnh 0 .2 8
Với các nguồn Laser được chuấn trực, thấu kính thường underfilled nếu nó được đặt gần với nguồn, ánh sáng hội tụ vào điếm hội tụ của các thấu kính. Tia khi đó có độ phân kì 1/2 góc xấp xỉ bằng tí sô của tia bán kính thắt lại trước các thấu kính r„ tới độ dài tiêu điếm cua các thấu kính. Vì thế NA của tia được cho bởi :
N A heom = n s i n ( r „ / f ) (0.24)
Có 4 tham số ảnh hướng đến hiệu suất khớp nối nguồn-sợi quang: NA của nguồn và sợi quang, kích thước của nguồn và kích thước lõi. Có thể chí ra rằng sản phẩm cuả đường kính nguồn và NA của nguồn là một hằng số bất kế chiểu dài hội tụ của thấu kính là bao nhiêu. Bằng cách so sánh giá trị này với sản phấm của đường kính lõi sợi quang quang với NA, nó có khả năng xác định thấu kính nào có thể được chọn mà chúng có thế vẽ hình nguồn lên lõi sợi quang mà không overfilling. Overfilling được đánh dấu bởi NA nguồn lớn hơn NA sợi quang. Nếu đường kính - NA của nguồn rộng hơn của sợi quang, hãy giảm NA nguồn khớp với sợi quang sẽ không làm tăng khớp do nó phóng to đường kính của ảnh nguồn lên mặt sợi quang. Vì thế hãy cấn thận xem xét lựa chọn đường kính NA với những ai thử làm mà không thể được. Điều này có thể được áp dụng cho khớp nối giữa các sợi quang có kích thứơc khác nhau và NA khác nhau.
0 . 5 C á c ứ n g d ụ n g
Hầu hết mọi ứng dụng của fiber nằm vào trong 3 lĩnh vực sau đây: truyền thông tin, sensor và phân bô năng lượng. Mỗi một ífng dụng sẽ được miêu tả 1 cách ngắn gọn
ứng dụng mạnh nhất của cáp quang sợi là trong thông tin liên lạc. Nó tạo các đường nối trên khoảng cách ngắn giữa các máy tính và giíte các thiết bị viẽn thông để tạo thành các mạng LA N hay trên các khoảng cách dài như giữa các thành phố của các Tây nam nước Mĩ, giữa lục địa châu Âu và châu Mỹ để tạo thành các mạng W AN.
Khí thông tin được chuyên qua 1 hệ thống sợi cáp quang, nó mã hoá sóng ánh sáng bằng cách thay đổi độ chói ánh sáng như là 1 hàm của thời gian. Tiến trình của sự thay đổi mức độ sáng với thời gian được gọi là điều chế. Có 2 loại điều chế: tương tự và số. Điều chế tương tự bao gồm sự thay đổi của mức độ sáng một cách liên tục trong khi đó điều chế số má hoá thành 1 chuỗi các xung chí có 2
Hinh 28 : Tính NA cho nguổn phân kì
mức sáng được phân tách bới khoảng trống như chí rơ trong hình 0 .2 9 . Sự có mặt hay vắng mặt của các xung biêu diễn 1 đại lượng = bit thông tin.
Độ hoàn thiện của hệ thống khi sứ dụng điều chế tương tự được xác định bới độ lặp lại của tín hiệu, biên độ tín hiệu nhổ nhất có thể được truyền mà nó bị giới hạn bởi ồn ngẫu nhiên và ồn xa lạ trong hệ thống. Đó là do loại detector được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu được điều chế ngược trở về tín hiệu điện và phần khác là do chính hệ thống. T í sô của tín hiệu được phát hiện và tín hiệu nhổ nhất mà có thể phân tách được ra khỏi ồn gọi là tỷ số tín hiệu trên ồn (S/N). Trong trường hợp với hệ thống số, xem xét độ lặp lại cúa tín hiệu là không cần thiết. Hệ thống có chất lượng cao ngay cả khi có mặt của nguồn gây ồn. Khi đó các xung phải được truyền với công suất
thích hợp để các thiết bị điện tử và đầu đo xác định được sự có mặt hay sự vắng mặt của các xung. Độ hoàn thiện của hệ thống sô xác định bới đại lượng tốc độ bit lỗi ( B E R ) - các bit girt được coi là lỗi khi được so với thông tin số nguyên gốc. B E R phải bé hơn 1 0 ” và nói chung là đòi hỏi cho các hệ thống thông tin số được coi là chất lượng cao
\ \ \
UI
10J1D
Hinh 29 : Hai loại tin hiệu truyền qua sợi quang
Các ứng dụng khác bao gồm: Sứ dụng sợi quang cảm nhận đo các thông số Vật lý. Do đường kính của sợi quang rất nhổ, các bộ cảm nhận (sensor) được làm trên sợi quang phải vừa khít gắn chặt vào hình dáng sợi dùng ở những nơi mà các sensor thông thường được coi là quá lớn. Mặt khác môi trường quang sợi là không dẫn điện và do vậy có thể được dùng tại những nơi nguy hiểm ví như tại nhCfng vùng dễ cháy n ổ ... Các sensor này cũng có thế được dùng để đo các thông số vật lý như là: Nhiệt độ, áp suất và các thông tin khác như: mức chất lỏng, khoảng cách. .
Trong lĩnh vực y tế, khả năng đuầ các sợi quang vào trong các ống rỗng nhổ mà qua nó dùng các thủ thuật cắt bỏ các vết thương bên trong cơ thể, khỏi phải tiến hành phương pháp cắt mổ thông thường với các bệnh nhân nội khoa. Ngoài rđ với các sợi quang khi luồn vào cơ thể qua động hay tĩnh mạch, thực quản và các đường khác với năng lượng ánh sang chiếu vào các vết thương đế thu nhận ánh sáng bên trong cơ thể giúp chuẩn trị và thường gọi là phương pháp nội soi...