Chương 3: TRUYỀN SÓNG QUA CÁP QUANG pdf

  
Chương 3: TRUYỀN SÓNG QUA CÁP QUANG
1. Giới thiệu
2. Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang
3. Suy hao trong sợi quang
4. Tán sắc
  
1. Giới thiệu
  
1. Giới thiệu

Cáp quang
 !"#$%&'()&*+,
-./01%231!!34513*

6$-$78%0
9:&;0.<:&;,*

=45>(7)?@&A4BC
DE#FGH8&IJ.?#I
*
  K
1. Giới thiệu

L0#M?&N;!O1P3
AQ&%?@&A:*

6M?J?@&#<!2
P2R!21PR3#!2R&!21RR3M<
S.HM?!2%&'@&?@&*
  T

1. Giới thiệu

U!"/
Multimode: P !"%&'7()&%A7
VF/
WP2!28/!XA7VY:%
#Z%*
W[%!2!!28/MG!X%L\]*
Single mode
^XA789AY:%
#)%&'9*

]M?#$/
W]HA-AD!J!_`H*
W+(H:B#a&&H<.
#F*
  b
1. Giới thiệu

c&#$/
WR4<#F*
W^&M?7<1?@&4-$#M?-
#'&d'&AI#@&3*
WP&7()&(
We()&!#-AB&.f?
A%X*6'&;M?()&
H<*
WP !"#)&F(<
We()&Hg+@&hM>(?#$7
!H#)f&!"%(*

Wig=9A-#)8&I@&+@&9
jA-&<487%*
  k
2. Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang
/
/
2!&l231mRQ2
&&l231mRQ2
nn
r
r
rr
v
c
n
ε
µ
εµ
εµ
µε
====
6oCM<#H
6#)CM<#H
31
=
r
µ
r
n
ε

=
]:&/
Chỉ số khúc xạ n của vật liệu:
Định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng:
6B&j78/
góc tới = góc phản xạ
6B&jA,8P2/



φφ
nn =
  p
2. Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang
Phản xạ toàn phần, góc tới hạn:

θ
n
2
n
1

> n
2
tia
e.
Tia khúc xạ
(refracted)
tia
Ph n xả ạ

k
t
TIR
k
i
k
r

φ

φ
c
φ

qn

=
φ
c
φφ
>

Góc giới hạn



n
n
c
=

φ
[-./
Ống dẫn sóng quang dựa trên 2 nguyên lý: 78a<<
φ φ
n
1
n
2
<n
1
P%&'%H!_@&)HA,8M.*
  q
2. Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang


 r
c
n
n
φ
=
n8 
  

c c c
n n
π
θ θ θ φ
= = −
Góc tới tối đa/

P&%o#B&jP2
8n
θ
∆≈−== ]\




8n
nnn
θ
Khẩu độ số (Numerical aperture):
[-H$&#$-est/
n8 
 
c
n n
θ φ
=

n8 
  
c
n n
θ φ
= −
 
n8  
n n n
θ

= −


n
nn −
=∆
Sai lệch khúc xạ tương đối giữa lõi và lớp bọc:
( )








−
=⇒
−
n
nn
o





8
θ
  n

2. Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang
=(!"/R?@&#M?:o-uHA,8
*TT.5j)&A-uHA,8
*T*e%&'#M?%?@&oAA(*
3 P?@&-AC&#HI&v
3 [-&I&v
P)A,8fuHA,8/
iC&#H-%B/
[-&/
nTp*n
TT*
T*TT*


=
−
=
−
=∆
n
nn
*nnTp*nTT*

=×=∆≈
nNA
( )
n
b*n*n8
===⇒
−−

NA
o
θ
  
2. Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang
Các loại cáp quang
  
2. Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang
 
 
n n
d d
V n n NA
π π
λ λ
= − ≈

eaH&CHVH=%;!"#$8
#BH!2#M?!&%9/
Rw!2A&-%B#)aH&C=
;<%B!2#-#xB%o*

PH!2/



N V≈
Số mode được duy trì trong sợi quang
  
2. Nguyên lý truyền ánh sáng trong cáp quang

=(!"/?@&#M?:o&N-uHA,8TT
.5j)&&NA-uHA,8T*e%&'#M?
%?@&oAA(**?@&-#MGA(0
#M?!&M.-*e9uuH=-H
!2#M?w%?*
eNH#MGA(M./
H
u-!2.aHV;<%B.#M?%&'*+
%B#M?(o

n
Tn
b*T
n*p
d m
m
µ
λ µ
= =
 
 
n n n 
  bk*
n nd d d
V NA n n
n
π π π
λ λ λ
−
= = ∆ = =



1! 3 bk !

N es V es
= =
LM&h: Qúa trình truyền đơn mode cho suy hao nhỏ nhất. Điều kiện
truyền đơn mode là:
V < 2.405
  K
3. Suy hao trong sợi quang

P&!;"/


 !"
#$%#$&#'()*+,
/

P&!8/012
3*41
05%%6)789
& :3;<*

P&!B&H

P&!!2%E%u

P&!d!2
  T

5. Tán sắc

Tán sắc)M?!x
8&2G
A%&'()&JI
d()&*
6J;#'@&%5.
&:H##MG%&'
!_!*
  b
5. Tán sắc


n zz
t
v c
∆ ∆
∆ = =
− ∆
Các loại tán sắc:
yWeVI!21V2%!3!X%&'
2'&#MGA&%0@&%*
P2!28
[%!2!!28
yWeV!_-/!H%&'"&A&:
(jH1M.-3%H!_@&*
WeVj)&/!%?@&jHz
M:8&;@&?HM.-(
)&



p
n z
t
c
∆
∆ =
dBmt
D

*
λ
=∆
m
D
dB
λ
/uH8*
/'%Y&F*
  k
5. Tán sắc
=(!"/?@&-uHA,80*TT#)A,
8n*nTp*{#BV2%!%IAV
%I*TA'&!?@&*[7 ?@&#M?!X.
&Fn*p&'%Y*T*[%BVj)&
I&*|:)HV
eV2%!/
+'&!*TAV2%!/
eVj)&%IA/
kmns

c
zn
t
}q*bnq*b
3nTp*n1n
nTp*nnnnTT*

q
p

=×=
−××
××
=
∆−
∆
=∆
−
szt
t
µ
k*T*bq*n =×=×∆=∆
kmnmnsD
m
−−=
}T*n
kmnsnmkmkmnmnszDt
dBm
}T*nT*}T*n


=××−−==∆
  p
5. Tán sắc
  
1 3 1 3 1 3 1 3t tot t imd t md t wgd∆ = ∆ + ∆ + ∆

Tán sắc toàn phần
Imd: intermodal despersion,
md: metaterial dispersion,
wgd: waveguide dispersion

Vận tốc truyền dữ liệu cực đại
r
t
B
T

183
=

Bề rộng xung thu được
1 3
r w
t t t tot= + ∆
w
t
/#%8&%&'
  q
5. Tán sắc
=(!"/?@&#<!2#M.-*&-

Vj)&*pVH!_-n*KqT*
{#B'%8&&#M?8;8uH##?
@&:&M8&#M?%&'.'%n*T*
eV/
|'%8&&#M?8;8u>/
eH##/
nswgdmdimdtot
tttt
pT*KqT*np*n31313131

=++=∆+∆+∆=∆
nstt
twr
T*pT*T*n =+=∆+=
sMbits
t
B
r
}b*Tq
T

183
==
  n
BÀI TẬP
* R?@&-45#M?:.0-uHA,8*T.5#M?:#$-uHA,
8)#n*nnnT*e93uHA,8.5r3-78%.r3-&.r!3AC&#H*
* L0-uH*b!X#$?@&-uHA,8M..f-&9-T~*e93-78.
%3uHA,8.5r3#)uHA,8*
* P?@&%-#MGA(0Tn&#.&F-M.-n*pK&*e93H=?@&r3

H!2#M?!&%9*
K* R?@&-uHA,8M.#M?:.0-uHA,8M.*Tr#MGA(q&*P)uHA,
8n*nnnk*]-#M.-*&*e93H=r3H!2?@&!&%9r3I&%0I!2#-*
  
BÀI TẬP
T* R?@&-uHA,8M..0-uHA,8*T)uHA,8n*nnnT#>M.-*&*30-
#MGA(I&#$?@&##<!2r3!2#<#M?%&'%?@&*
b* R?@&#!2-uHA,8M..0-uHA,8*T.5*Kqp*e93)HV2%!r3
V'&!pAr3H##d*
k* ]:&?@&%b#M.-*&.&F-#%*T*e(Vj)&*
p* R?@&#!2-uHA,8M.#M.-*&-)HV2%!n}Aj)&n*T}AH
!_-n*p}A*P?@&!pA*e93V)&!"r3H##*