mitu_nguyen
New Member
Download miễn phí Tổng quan về sợi quang
Cấu trúc sợi quang
Thành phần chính của sợi quang gồm lõi (core) và lớp bọc (cladding). Trong viễn thông dùng loại sợi có cả hai lớp trên bằng thuỷ tinh. Lõi để dẫn ánh sáng và lớp bọc để giữ ánh sáng tập trung trong lõi nhờ sự phản xạ toàn phần giữa lõi và lớp bọc.
Để bảo vệ sợi quang, tránh nhiều tác dụng do điều kiện bên ngoài sợi quang còn được bọc thêm một vài lớp nữa:
- Lớp phủ hay lớp vỏ thứ nhất (primary coating)
- Lớp vỏ thứ hai (Secondary coating)
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
biến , ngoài ra còn có một số dạng chiết suất khác nhằm đáp ứng các yêu cầu đặc biệt:Dạng giảm chiết suất lớp bọc:
Trong kỹ thuật chế tạo sợi quang, muốn thuỷ tinh có chiết suất lớn phải tiêm nhiều tạp chất vào, điều này làm tăng suy hao. Dạng giảm chiết suất lớp bọc nhằm đảm bảo độ chênh lệch chiết suất D nhưng có chiết suất lõi n1 không cao.
Dạng dịch độ tán sắc:
Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang triệt tiêu ở bước sóng gần 1300nm. Người ta có thể dịch điểm độ tán sắc triệt tiêu đến bước sóng 1550nm bằng cách dùng sợi quang có dạng chiết suất như hình vẽ:
Dạng san bằng tán sắc:
Với mục đích giảm độ tán sắc của sợi quang trong một khoảng bước sóng. Chẳng hạn đáp ứng cho kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng người ta dùng sợi quang có dạng chiết suất như hình vẽ:
Dạng chiết suất này quá phức tạp nên mới chỉ được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm chứ chưa đưa ra thực tế.
Sợi đa mode và đơn mode:
Sợi đa mode (MM: Multi Mode):
Các thông số của sợi đa mode thông dụng (50/125mm) là:
Đường kính lõi: d = 2a = 50mm
Đường kính lớp bọc: D = 2b = 125mm
Độ chênh lệch chiết suất: D= 0,01 = 1%
Chiết suất lớn nhất của lõi: n1 =1,46
Sợi đa mode có thể có chiết suất nhảy bậc hay chiết suất giảm dần.
50 mm
50 mm
125 mm
125 mm
n1
n2
n2
n1
a) Sợi SI
b) Sợi GI
Sợi đơn mode ( SM: Single Mode ):
Khi giảm kích thước lõi sợi để chỉ có một mode sóng cơ bản truyền được trong sợi thì sợi được gọi là đơn mode. Trong sợi chỉ truyền một mode sóng nên độ tán sắc do nhiều đường truyền bằng không và sợi đơn mode có dạng phân bố chiết suất nhảy bậc.
125 mm
n1
n2
9 mm
Các thông số của sợi đơn mode thông dụng là:
Đường kính lõi: d = 2a =9mm ¸ 10mm
Đường kính lớp bọc: D = 2b = 125mm
Độ lệch chiết suất: D = 0,003 = 0,3%
Chiết suất lõi: n1 = 1,46
Độ tán sắc của sợi đơn mode rất nhỏ, đặc biệt ở bước sóng l = 1300 nm độ tán sắc của sợi đơn mode rất thấp ( ~ 0). Do đó dải thông của sợi đơn mode rất rộng. Song vì kích thước lõi sợi đơn mode quá nhỏ nên đòi hỏi kích thước của các linh kiện quang cũng phải tương đương và các thiết bị hàn nối sợi đơn mode phải có độ chính xác rất cao. Các yêu cầu này ngày nay đều có thể đáp ứng được do đó sợi đơn mode đang được sử dụng rất phổ biến.
***
Chương III : Các thông số của sợi quang
Suy hao của sợi quang:
Công suất trên sợi quang giảm dần theo hàm số mũ tương tự như tín hiệu điện. Biếu thức tổng quát của hàm số truyền công suất có dạng:
Trong đó:
P0 : công suất ở đầu sợi (z = 0)
P(z): công suất ở cự ly z tính từ đầu sợi
L
z
a: hệ số suy hao
Độ suy hao được tính bởi:
Trong đó :
P1 = P0 : công suất đưa vào đầu sợi
P2 = P(L) : công suất ở cuối sợi
Hệ số suy hao trung bình:
Trong đó:
A: suy hao của sợi
L: chiều dài sợi
Các nguyên nhân gây suy hao trên sợi quang:
Công suất truyền trong sợi bị thất thoát do sự hấp thụ của vật liệu, sự tán xạ ánh sáng và sự khúc xạ qua chỗ sợi bị uốn cong.
Suy hao do hấp thụ:
Sự hấp thụ của các chất kim loại:
Các tạp chất trong thuỷ tinh là một trong những nguồn hấp thụ ánh sáng. Các tạp chất thường gặp là Sắt (Fe), Đồng (Cu), Mangan (Mn), Chromium (Cr), Cobal (Co), Nikel (ni).v.v.. Mức độ hấp thụ của tạp chất phụ thuộc vào nồng độ tạp chất và bước sóng ánh sáng truyền qua nó. Để có sợi quang có độ suy hao dưới 1dB/Km cần có thuỷ tinh thật tinh khiết với nồng độ tạp chất không quá một phần tỷ (10-9)
Sự hấp thụ của OH:
Sự có mặt của các ion OH trong sợi quang cũng tạo ra một độ suy hao hấp thụ đáng kể. Đặc biệt độ hấp thụ tăng vọt ở các bước sóng gần 950nm, 1240nm, 1400nm. Như vậy độ ẩm cũng là một trong nhưng nguyên nhân gây suy hao của sợi quang. Trong quá trình chế tạo nồng độ của các ion OH trong lõi sợi được giữ ở mức dưới một phần tỷ (10-9) để giảm độ hấp thụ của nó.
Sự hấp thụ bằng cực tím và hồng ngoại:
Ngay cả khi sợi quang được từ thuỷ tinh có độ tinh khiết cao sự hấp thụ vẫn xảy ra. Bản thân của thuỷ tinh tinh khiết cũng hấp thụ ánh sáng trong vùng cực tím và vùng hồng ngoại. Độ hấp thụ thay đổi theo bước sóng
Suy hao do tán xạ:
Tán xạ Raylegh:
Nói chung khi sóng điện từ truyền trong môi trường điện môi gặp những chỗ không đồng nhất sẽ xảy ra hiện tượng tán xạ. Các tia sáng truyền qua chỗ không đồng nhất này sẽ toả đi 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.
Tán xạ do mặt phân cách giữa lõi và lớp vỏ 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 phản xạ khác nhau, những tia có góc phản xạ nhỏ hơn góc tới hạn sẽ khúc xạ ra lớp vỏ bọc và bị suy hao dần.
Đặc tuyến suy hao:
a
(dB/km)
5
4
3
2
1
0,4
0,25
0
0,8
1
1,2
1,4
1,3
1,55
l (mm)
Trên đặc tuyến suy hao của sợi quang có 3 vùng bước sóng có suy hao thấp, còn gọi là 3 cửa sổ suy hao:
Cửa sổ thứ nhất ở bước sóng 850nm: được xem là bước sóng có suy hao thấp nhất đối với những sợi quang được chế tạo giai đoạn đầu. Suy hao trung bình ở bước sóng này từ 2 ¸ 3 dB/km. Ngày nay bước sóng này ít được dùng vì suy hao đó chưa phải là thấp nhất.
Cửa sổ thứ hai ở bước sóng 1300nm: suy hao ở bước sóng này tương đối thấp, khoảng từ 0,4 ¸ 0,5 dB/Km. Đặc biệt ở bước sóng này độ tán sắc rất thấp nên được sử dụng rộng rãi hiện nay.
Cửa sổ thứ ba ở bước sóng 1550nm: cho đến nay suy hao ở bước sóng này là thấp nhất, có thể dưới 0,2dB/Km.
Tán sắc:
Tương tự như tín hiệu điện tín hiệu quang truyền qua sợi quang cũng bị biến dạng hiện tượng này gọi là sự 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 ra tán sắc:
Tán sắc mode ( modal dispersion):
Do năng lượng ánh sáng phân tán thành nhiều mode. Mỗi mode lại truyền với vận tốc nhóm khác nhau nên thời gian truyền khác nhau.
Sự phụ thuộc của dmodvào số mũ g: dmod đạt cực tiểu khi g ~ 2 và dmod tăng khá nhanh khi g có giá trị khác 2 về hai phía. Đây là một yêu cầu nghiêm ngặt trong quá trình chế tạo sợi GI.
Tán sắc thể mode (dmod) thay đổi theo dạng chiết suất:
2,4
2,6
2,8
2,2
2,0
1,8
1,6
0,01
0,1
1
g
dmod
(ns/km)
Tán sắc Mode (dmod) thay đổi theo chiết suất
Tán sắc thể (chromatic dispersion):
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 chất liệu:
Chiết suất của thuỷ tinh thay đổi theo bước sóng nên vận tốc truyền của ánh sáng có bước sóng khác nhau cũng khác nhau. Đó là nguyên nhân gây nên tán sắc chất liệu.
Về mặt vật lý, tán sắc chất liệu cho biết mức độ nới rộng xung của mỗi nm bề rộng phổ nguồn quang qua mỗi km sợi quang, đơn vị của độ tán sắc do chất liệu M là ps/nm.Km.
ở bước sóng 850...
Tags: tổng quan về sợi quang