2. 2 Kiến trỳc mạng cú cấu trỳc
3.3.6.1 Truyền lan tớn hiệu trong sợi quang
Để truyền được trong sợi quangthỡ tia sõng phải tuđn theo định luật phản xạ toăn phần của Snell. Trong sợi quang cú hai loại tia cú thể truyền đi trong đú lă tia kinh tuyến (Hỡnh 3.11) vă tia nghiớng (Hỡnh 3.12). Tia kinh tuyến lă tia truyền dọc theo sợi quang theo đường zic zắc vă cõc tia năy cắt ngang trục của lừi sợi sau mỗi lần phản xạ, cũn tia nghiớng lă tia truyền dọc theo sợi quang theo đường xoắn ốc vă đường đi của cõc tia năy thường dăi hơn cõc đương kinh tuyến do đú suy hao mạnh hơn. Vỡ vậy, việc đi văo phđn tớch loại tia nghiớng năy lă khụng cần thiết vỡ nú khụng phản õnh về cõc tia lan truyền trong sợi. Nớn chỉ xem xĩt cõc tia kinh tuyến mới cú ý nghĩa trong mục đớch năy. Tuy nhiớn, cõc tia nghiớng cũng gúp phần văo việc kết luận quõ trỡnh tiếp nhận cõc tia sõng vă suy hao tớn hiệu của sợi quang.
Cõc tia kinh tuyến được thể hiện trong hỡnh 3.11 lă xĩt cho loại sợi cú chỉ số chiết xuất phđn bậc. Với gúc văo của tia sõng hợp với lừi trục một gúc θ 0. Theo định luật Snell thỡ gúcφ min tạo ra sự phản xạ toăn phần sẽ được xõc định như sau:
sinφ min = (3.14)
Trong đú:
φ min lă gúc tới hạn n1 lă chiết xuất lừi n2 lă chiết xuất vỏ
Như vậy, mọi tia sõng khi tiếp xỳc văo ranh giới lừi-vỏ với gúc φ < φ min sẽ bị khỳc xạ ra ngoăi vỏ vă sẽ bị suy hao ở lớp vỏ. Điều kiện của phương trỡnh 3.14 sẽ bị răng buộc với gúc văo lớn nhất θ 0max theo phương trỡnh:
n0sinθ 0max = n1sinθ c = (3.15)
Trong đú θ c lă gúc khỳc xạ tới hạn. Do vậy, cõc tia cú gúc văo θ 0 < θ 0max thỡ sẽ phản xạ hoăn toăn bớn trong tại ranh giới lừi-vỏ của sợi quang. Hỡnh 3.10 cũn cho chỳng ta rỳt ra được hai nhận xĩt quan trọng. Thứ nhất, cõc tia với cõc gúc φ > φ min cú cõc vận tốc theo trục z lă khõc nhau. Cụ thể, vận tốc theo trục z được tớnh bởi:
vz = sinφ (3.16)
Vận tốc năy phụ thuộc văo θ 1 do vậy gđy ra trễ truyền lan khõc nhau, đú chớnh lă tõn sắc. Thứ hai, lă cõc tia cú θ 1 căng lớn thỡ vận tốc theo trục z căng lớn
gúc căng lớn thỡ sự thẩm thấu của năng lượng õnh sõng văo lớp vỏ căng lớn. Cõc tia cú vận tốc gúc lớn tương ứng với cõc mode truyền lan bậc cao. Khi vận tốc gúc quõ lớn, tức lă φ < φ min thỡ tia sõng sẽ truyền lan văo lớp vỏ vă khụng phản xạ trở lại lừi được.
Phương trỡnh (3.15) cũng xõc định khẩu độ số NA (Numerical Aperture) vă được định nghĩa như sau:
NA = n1sinθ 0max = = n1 (3.17)
Với ∆ = lă độ chớnh lệch chiết xuất tương đối giữa lừi vă vỏ. Khẩu độ số NA lă một thụng số rất quan trọng đối với sợi quang vỡ nú thể hiện sự tiếp nhận õnh sõng vă khả năng tập trung cõc tia sõng của sợi, cũng vỡ thế mă cho phĩp chỳng ta tớnh toõn được hiệu quả của quõ trỡnh ghĩp nguồn phõt văo sợi dẫn quang. Giõ trị của khẩu độ số NA luụn nhỏ hơn một đơn vị vă nằm trong khoảng từ 0.14 ữ 0.5. Đối với cõc ứng dụng trong viễn thụng thỡ NA nằm trong khoảng 0.1 ữ 0.2 tương ứng với cõc gúc văo từ 5.70 ữ 11.50. Do đú cõc connector quang thường cú gúc nghiớng tiếp xỳc lă 80. í nghĩa của khẩu độ số NA được thể hiện trong hỡnh 3.11.
Đồ õn tốt nghiệp 51
Hỡnh 3.11 Tia kinh tuyến trong sợi chiết xuất phđn bậc Tia khỳc xạ Tia phản xạ Lừi Vỏ Vỏ n2 n1 n2 Trục φ θ θ 0 n0