thiết kế tuyến dẫn cáp quang láng - trung tâm thể thao

Lời nói đầu
Hệ thống thông tin quang: Tín hiệu thông tin quang được truyền dưới
dạng ánh sáng. Môi trường truyền dẫn chính là sợi quang (cáp quang được
chế tạo từ sợi thuỷ tinh).
Cáp quang đang trở thành phương tiện truyền dẫn hết sức hiệu quả
trong các mạng thuê bao. Do các ưu điểm của nó hơn hản các phương tiện
truyền dẫn khác, cáp quang ngày càng được nhiều nước trên thế giới sử
dụng làm phương tiện truyền dẫn thông tin của mình, nó có phương tiện
truyền dẫn tốt hơn hẳn so với hệ thống truyền dẫn qua vệ tinh – nó còn là
phương tiện truyền dân an toàn nhất trong môi điều kiện kể cả thời bình
cũng như thời chiến tranh điện tử. Nó đóng vai trò đa năng truyền dẫn dịch
vụ viễn thông có chất lượng cao, đồng bộ và hiện đại như truyền số liệu
phục vụ hội nghị truyền hình, truy nhập dữ liệu từ xa
Cáp quang sẽ dần dần thay thế các đôi dây dẫn kim loại: cồng kềnh
và tốt kém. Bằng nhiều phương pháp chôn dưới đất, treo và mắc theo các
cột điện lực xâm nhập đến từng gia đình, đến từng thôn, xã, phố, phường
Nó sẽ xuyên trái đất vượt đại dương kết nối vào mạng thông tin quốc tế,
truyền dẫn đa dịch vụ viễn thông phục vụ cho loài người hội nhập trên con
đường phát triển kinh tế thương mại, nghiên cứu khoa học, giáo dục, văn
hoá, đời sống và phục vụ mọi yêu cầu cho con người trong thời đại thông
tin hện nay và là yếu tố chủ yếu cho sự phát triển kỹ thuật ở thế kỷ này.
Trong phạm vi đồ án này em sẽ đi sâu tìm hiểu về hệ thốn thông tin
quang và các bước triển khai moọt hệ thống thông tin quang. Đồ án nay
gồm hai phần như sau:
Phần I: Tổng quan về hệ thống quang.
Chương I: Hệ thống thông tin quang.
Chương II: Cấu tạo sợi quang.
1
Chương III: Đặc tính truyền dẫn của sợi quang.
Chương IV: Linh kiện bán dẫn biến đổi điện – quang và quang -
điện.

Chương V: Kỹ thuật ghép kênh quang.
Phần II: Thiết kế tuyến dẫn cáp quang láng - trung tâm thể thao.
Chương VI: Những vấn đề cơ bản trong quá trình thiết kế hệ thống
thông tin quang.
Chương VII: Thiết kế tuyến cáp Láng trung tâm thể thao.
Mục đích của đồ án là nêu bật được nhứng điều quan trọng nhất
trong một hệ thống thông tin quang và những yếu tố cần thiết để thiết kế
một hệ thống thông tin quang. Tuy nhiên, để có được một kiến thức sâu
rộng hơn về công nghệ truyền dẫn này phải có thời gian nghiên cứu và sự
tích luỹ kiến thức hơn nữa. Đồ án này được thực hiện trông khoảng thời
gian ngắn, do đó, không tránh khổi những hạn chế thiếu sót. Em rất mong
nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo cũng như các bạn
có quan tâm để hoàn thiện kiến thướcvề công nghệ này.
2
Phần I
Tổng quan về thông tin quang
CHƯƠNG I HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
I.1. Thông tin sợi là gì?
Sự truyền dẫn thông tin qua sợi quang được gọi là thông tin sợi
quang. Có nghĩa là thông tin được chuyển thành tín hiệu ánh sáng sau đó
được truyền trên sợi và tại bên thu sẽ nhận được tín hiệu quang đó biến đổi
trở thành thông tin ban đầu. Như vậy:
- Môi trường truyền dẫn thông tin quang là sợi quang.
- Dạng tín hiệu truyền dẫn sợi là tín hiệu ánh sáng.
I.2. Sơ đồ khối căn bản của một hệ thống truyền dẫn quang.



- Nguồn tín hiệu là các dạng thông tin thông thường thuộc tiếng nói,
hình ảnh, số liệu

- Bộ xử lí: Xử lí nguồn tin tạo ra các tín hiệu đưa vào hệ truyền dẫn,
có thể là tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số.
- Bộ biến đổi điện quang (E/O): biến đổi tín hiệu điện thành dạng tín
hiệu cường độ quang để phát đi.
- Sợi quang (OF) : có vai trò như một kênh truyền dẫn, được dùng để
truyền dẫn ánh sáng của nguồn bức xạ (E/O) đã điều biến.
- Bộ biến đổi quang điện (O/E): là bộ thu quang, tiếp nhận ánh sáng
từ sợi quang đưa vào và biến đổi thành tín hiệu điện.
- Bộ xử lí : xử lí tín hiệu điện, biến đổi thông tin điện về dạng ban
đầu.
3
Bộ
xử lí
B
iến
đổi
E/O
Bộ
xử
lí
S
ợi
quang
(OF)
Nguồn
Thu
Hình I.1: Sơ đồ khối một hệ thống truyền dẫn quang
Biến
đổi
O/E

O/E
Nếu cự ly truyền dẫn dài thì giữa hai trạm đầu cuối có thêm một hoặc
hai trạm tiếp vận được gọi là trạm lặp (Repeater) có sơ đồ khối như sau:
Trạm tiếp vận hay trạm lặp có tác dụng khuếch đại tín hiệu quang lên
và sửa lại dạng tín hiệu sau đó lại phát đi (tất cả quá trình trên đều làm ở
dạng tín hiệu điện). Trạm lặp giúp cho bên thu thu tốt tín hiệu tránh lỗi do
tán sắc.
Các phần tử chính của một tuyến thông tin quang.
4
REPEATER
Thu
quang
K
Đ
Sửa
dạng
Phát
quang
Hình I.2: Sơ đồ khối trạm lặp
Tín hiệu quangTín hiệu quang
Sợi quang
Sợi quang
Phần phát quang: Được cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang và các
mạch điện liên kết với nhau. Nguồn phát quang ở thiết bị có thể sử dụng
điốt phát quang (LED) hặc điốt lazer (LD) . Cả hai loại nguồn phát này đều
phù hợp cho các hệ thống thông tin quang, với các tín hiệu quang đầu ra có
tham số biến đổi tương ứng với sự thay đổi của dòng điều biến. Tín hiệu
điện của đầu vào của thiết bị phát ở dạng số hoặc có đôi khi ở dạng tương
tự. Thiết bị phát sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu này thành tín hiệu quang
tương ứng và công suất quang đầu ra sẽ phụ thuộc vào sự thay đổi của

5
Máy thu
Nguồn
sáng
Mạch
điện
Tí
n hiệu
điện
đầu v oà
Máy phát
Sợi
dẫn
Sợi
quang
Bộ chia quang
Bộ
nối
T
ín hiệu
điện
đầu ra
Bộ khuyếch
đại
Tín hiệu
điện
Bộ ghép hoặc
chia
Bộ lặp
Tới thiết bị

khác
Sợi dẫn
Tín hiệu
quang
Má
y phát
quang
B
ộ tách
sóng
quang
Khôi
phục
tín
hiệu
Mạch
điều
khiển
Khuyếch
đại quang
Hình I.3: các phần tử chính của một tuyến thông
tin quang.
Máy thu
quang
cường độ dòng điều biến cường độ ánh sáng. Bước sóng làm việc của
nguồn phát quang cơ bản phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo. Đoạn sợi quang ra
của nguồn phát quang phải phù hợp với sợi dẫn quang được khai thác trên
tuyến.
Cáp sợi quang: Gồm có các sợi dẫn quang và các lớp vỏ xung
quanh để bảo vệ khỏi tác động có hại của môi trường bên ngoài. Tương tự

như cáp đồng, cáp sợi quang được khai thác, láp đặt với các điều kiện khác
nhau. Chúng có thể được treo ngoài trời, chôn trực tiếp dưới đất, kéo trong
cống, thả dưới biển. Tuỳ thuộc vào các điều kiện lắp đặt khác nhau mà độ
dài chế tạo của cáp cũng khác nhau, có thể dài từ vài trăm mét đến vài km.
Tuy nhiên đôi khi thi công các kích cỡ của cáp cũng phụ thuộc vào từng
điều kiện cụ thể. Cáp có độ dài khá lớn thường được dùng cho cáp treo
hoặc cáp trôn trực tiếp. Các mối hàn sẽ kết nối các độ dài cáp thành độ dài
tổng cộng của tuyến cáp được lắp đặt. Cáp sợi quang đóng vai trò truyền
dẫn tín hiệu quang từ phần phát quang tới phần thu quang. Tham số quan
trọng nhất của cáp sợi quang tham gia quyết định độ dài của tuyến là suy
hao sợi quang theo bước sóng. Đặc tuyến suy hao của sợi quang theo bước
sóng tồn tại ba vùng mà tại đó suy hao thấp là các vùng bước sóng 850nm,
1310nm, 1550nm. Ba vùng bước sóng này được sử dụng cho các hệ thống
thông tin quang và được gọi là vùng cửa sổ thứ nhất, thứ hai, thứ ba tương
ứng.
Giá trị suy hao tối thiểu củae sợi quang đặc biệt đạt tới 0,01 đến
0,001 dB/Km.
Phần thu quang: Do bộ tách quang và các mạch tạo khuyếch đại, tái
tạo tín hiệu hợp thành. Tín hiệu ánh sáng đã được điều chế tại nguồn phát
quang sẽ lan truyền dọc theo sợi dẫn quang để tới phần thu quang. Khi
truyền trên sợi dẫn quang, tín hiệu ánh sáng thường bị suy hao và bị méo do
các yếu tố hấp thụ, tán xạ tán sắc gây nên. Bộ tách sóng quang ở phần thu
thực hiện tiếp nhận ánh sáng và tách lấy tín hiệu từ hướng phát tới. Tín hiệu
6
quang được biến đổi lại thành tín hệu điện. Các điốt quang kiểu thác(APD)
và điốt quang (PIN) có thể sử dụng làm bộ tách sóng quang trong các hệ
thống thông tin quang. Cả hai loại đều có hiệu suất làm việc và có tốc độ
truyển đổi nhanh. Các vật liệu bán dẫn chế tạo nên các bộ tách sóng quang
sẽ quyết định nên bước sóng làm việc của chúng và đuôi sợi quang đầu vào
của các bộ tách song quang cũng phải phù hợp với sợi dẫn quang được sử

dụng trên tuyến lắp đặt. Đặc tính quan trọng nhất của thiết bị thu quang là
độ nhạy thu quang, nó mô tả công suất thu quang nhỏ nhất có thể thu được
ở một tốc độ truyền dẫn nào đó ứng với tỷ lệ lỗi bít cho phép các hệ thống;
điều này tương tự như ở tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm ở các hệ thống truyền dẫn
tương tự.
I.3. Ưu điểm của kĩ thuật truyền dẫn quang :
Hệ thống thông tin quang có nhiều ưu điểm trội hơn hẳn so với các
hệ thống thông tin cáp kim loại :
- Sợi quang chế tạo từ thuỷ tinh nên là môi trường trung tính với
ảnh hưởng của: nước, axít, kiềm và là sợi điện môi nên hoàn toàn cách
điện ngay cả khi lớp vỏ bọc bị hư hỏng thì nó vẫn truyền tin tốt.
- Suy hao truyền dẫn thấp truyền nên truyền được tốc độ cao. Nó cho
phép truyền dẫn băng rộng ở tần số lớn. Như vậy, nó cho dung lượng thông tin
cao mà ít phải tăng số lượng cáp và cho phép đặt trạm lặp với khoảng cách
lớn.
- Không gây nhiễu ra bên ngoài cũng không gây xuyên âm giữa các
sợi quang và cũng không bị ảnh hưởng của nhiễm điện từ nên nó cho chất
lượng thông tin cao.
- Có độ tin cậy cao nên nó đảm bảo yêu cầu về bảo mật thông tin.
- Sợi được chế tạo từ những vật liệu có sẵn trong thiên nhiên cho
nên giá thành của một hệ thống thì thấp hơn. Sợi có đường kính nhỏ, trọng
lượng nhẹ nên có ưu điểm lớn khi lắp đặt.
I.4. Cơ sở của thông tin sợi quang:
7
I.4.1. Đặc tính của ánh sáng :
Chúng ta nghiên cứu tới đặc tính của ánh sáng vì nó giúp ta hiểu
được sự lan truyền của ánh sáng trong sợi quang và sự phụ thuộc của nó
vào môi trường truyền.
Như ta đã biết, sóng điện từ có thể được xem như là sóng hoặc hạt
photon và tính chất này nổi bật ở từng vùng. Người ta phân chia các vùng

sóng theo thông số:Tần số : f (Hz), Bước sóng :λ (m), Năng lượng
photon: E (eV). Các thông số trên có mối quan hệ sau :
c : Vận tốc ánh sáng trong chân không (m/s ).
h : Hằng số Planck (6,625.10
-34
J.s).
- Phổ của sóng điện từ : được phân chia theo hai thông số là : tần số,
bước sóng. Ánh sáng dùng trong thông tin quang nằm trong vùng cận
hồng ngoại có bước sóng : 800 nm ÷1600 nm.
+ Đặc biệt có 2 bước sóng thông dụng:1300nm, 1550nm.
- Chiết suất của một môi trường được trong suốt được xác định bởi tỷ
số của vận tốc ánh sáng trong chân không và vận tốc ánh sáng trong môi
trường ấy.
n: Chiết suất của môi trường, không có đơn vị.
n(không khí) = 1,00029; n(nước)= 1,333; n(thuỷ tinh) = 1,5.
c: Vận tốc ánh sáng trong chân không (≈ 3.10
8
m/s).
v: vận tốc áng sáng trong môi trường truyền đơn vị m/s.
vì v ≤ c nên n ≥ 1.
Chiết suất của một môi trường phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng truyền
trong nó. Ví dụ chiết suất của thuỷ tinh 100% SiO
2
thay đổi theo bước sóng:
8
cf =.
λ
λ
υ
hc

hE ==
v
c
n =
Do nguồn quang dùng trong thông tin quang phát ra ánh sáng trong
một khoảng hẹp bước sóng chứ không phải chỉ có một bước sóng . Do đó
vận tốc truyền của nhóm ánh sáng này gọi là vận tốc nhóm và chiết suất của
môi trường cũng được đánh giá theo chiết suất nhóm n
g
.
- Hiện tượng phản xạ và khúc xạ:
Khi tia sáng truyền từ môi trường I chiết suất n
1
sang môi trường II có
chiết suất n
2
(n
1
≠ n
2
) thì tại mặt phân cách tia sáng phân tách thành 2 tia mới:
+ Một tia phản xạ lại môi trường I (Tia phản xạ).
+ Một tia khúc xạ sang môi trường II (Tia khúc xạ).




9
1,50
1,49

1,48
1,47
1,46
1,45
1,44
1,43
n
n
λ
λ
d
dn
nn
g
−=
0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 λ(µm)
Hình I.4: Sự thay đổi của chiết suất n v chià ết suất nhóm n
g
theo
bước sóng
λ
λ
d
dn
nn
g
−=
Mặt phân cách
hai môi trường
Tới

Phản xạ
Khúc xạ
β
I(n
1
)
II(n
2
)
α α
Hình I.5: Hiện tượng khúc xạ v phà ản xạ, khi tia khúc xạ gãy
vè phía pháp tuyến.

Quan hệ của các góc tới, phản xạ, khúc xạ với các chiết suất n
1
,n
2
theo định luật SNELL :
α : Góc tới. β : Góc khúc xạ.
Từ công thức SNELL ta thấy :
+ Nếu n
1
<n
2
thì α > β : tia khúc xạ gãy về phía pháp tuyến giống hình
trên
+ Nếu n
1
>n
2

thì α < β: tia khúc xạ gãy về phía xa pháp tuyến hơn.


Nếu n
1
> n
2
thì khi tăng α, β cũng sẽ tăng theo, khi β = 90° ta có:
10
n
1
.Sin α = n
2
.Sin β
Phản xạ
Khúc xạ
Tới
Tới
β
α
T
I(n
1
)
II(n
2
)
Hình I.6: Hiện tượng phản xạ v khúc xà ạ khi tia khúc xạ gãy
về phía pháp tuyến hơn.
αT: gọi là góc tới hạn

Điều này có nghĩa là: tia khúc xạ sẽ đi là là với mặt phân cách hai môi
trường. Nếu tăng tiếp α > αT với n
1
> n
2
khi đó không còn tia khúc xạ mà
chỉ có tia phản xạ. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần.


* Muốn có sự phản xạ toàn phần: ánh sáng đi từ môi trường chiết quang
hơn sang môi trường chiết quang kém (n
1
> n
2
) và góc tới lớn hơn góc tới hạn.
I.4.2 Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang:
Nguyên lý cơ bản của truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang là dựa vào
hiện tượng phản xạ toàn phần của tia sáng tại mặt phân cách hai môi trường
khi nó đi từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ
hơn. Vì thế, cấu trúc của sợi quang bao gồm một môi trường điện môi gọi
là lõi, lõi này được bao quanh bằng vật liệu khác gọi là vỏ,vỏ có chiết suất
khúc xạ thấp hơn so với lõi.
11
t
n
n
αα
sinsin
1
2

==
Tới
a
t
I
(n1)
I
(n2)
Phản xạ
α
Hình I.7: Hiện tượng phản xạ to n phà ần.
12
n
2
n
1
Lớp bọc
Lõi
Hình I.8: Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang.
CHƯƠNG II CẤU TẠO SỢI QUANG
Sợi quang là một hình trụ trong suốt, mảnh dẫn ánh sáng bao gồm:
hai chất liệu điện môi trong suốt khác nhau thường làm bằng thuỷ tinh hoặc
nhựa. Một phần cho ánh sáng truyền trong đó gọi là sợi lõi (core), phần còn
lại là lớp vỏ bọc bao quanh lõi (cladding). Nó được cấu tạo sao cho ánh
sáng truyền dẫn trong sợi lõi bằng phương pháp sử dụng hiện tượng toàn
phần. Ánh sáng truyền qua sợi quang từ đầu phát tới đầu thu với suy hao
sợi ở mức cho phép.
II.1. Cấu trúc sợi quang.
Sợi quang có cấu trúc như là một ống dẫn sóng hoạt động ở tần
số quang. Cấu trúc căn bản của có gồm một lõi hình trụ đặc được bao

quanh bởi một lớp vỏ hình ống đồng tâm với lõi có chiết suất nhỏ hơn
chiết suất lõi. Cả hai lớp này đều được làm bằng thuỷ tinh hoặc chất
liệu dẻo trong suốt. Để tránh cọ trầy xước vỏ gây nên những vết nứt,
chống lại sự xâm nhập của hơi nước và giảm ảnh hưởng vi uốn cong
sợi quang thường được bọc thêm lớp vỏ bọc sơ cấp. Lớp vỏ thứ cấp có
tác dụng tăng cường sức chịu đựng của sợi quang trước các tác động
cơ học vào sợi và sự thay đổi nhiệt độ, bảo vệ sợi không bị răn, lượn
sóng, kéo dãn hoặc cọ xát bề mặt. Lớp này thường có dạng ống đệm
lỏng (loose buffer) hoặc dạng đệm khít (tight buffer).
13
Hình II.1: Cấu trúc sợi quang.
Lõi
9µm
Lớp vỏ
Lớp vỏ
sơ cấp
Lớp vỏ
thứ cấp
II.2. Các tham số của sợi quang:
- Lõi dẫn quang đặc chiết suất n
1
.
+ Bán kính lõi: a, đường kính lõi: dk = 2a.
Lớp vỏ cũng là vật liệu dẫn quang bao xung quanh lõi chiết suất n
2
< n
1
.
+Bán kính vỏ bọc đường kính : dm.
- Khẩu độ số: NA (Numerical Aperture)

Ánh sáng từ nguồn phát qua không khí hợp với trụ của lõi sợi
quang một góc θ gọi là góc đón ánh sáng. Góc này chỉ phụ thuộc vào
chiết suất lõi và vỏ:
Sự phản xạ toàn phần chỉ xảy ra đối với những tia sáng có góc tới ở
đầu sợi nhỏ hơn góc tới hạn θ
max
Các tham số: n
1
, n
2
, a quyết định đặc tính truyền dẫn của sợi quang
Độ lệch chiết suất lõi và vỏ:
∆ n = n
1
- n
2
.
Độ lệch chiết suất tương đối :
Độ lệch chiết suất tương đối có giá trị khoảng từ 0,002 đến
0,013.
14
2
2
2
1max
nnSinNA −==
θ
11
21
2

1
2
2
2
1
2
n
n
n
nn
n
nn
∆
=
−
≈
−
=∆
a
d
k
d
m
L
r
Hình II.2: Các tham số của sợi quang.
- Trong sợi quang chiết suất của vỏ gần như không đổi mà
chỉ có chiết suất của lõi nói chung là thay đổi theo bán kính r(tính từ
trục sợi ra)
II.3. Phân loại sợi quang:

II.3.1 Theo cấu tạo:
- Theo kích thước lõi và lớp vỏ bọc.
- Vật liệu chế tạo sợi: sợi thuỷ tinh, sợi chất dẻo,
- Theo sự thay đổi thành phần chiết suất của lõi sợi.
+ Loại sợi có chỉ số chiết suất đồng đều ở lõi sợi gọi là sợi có chỉ số
chiết suất phân bậc SI (Step -Index).
+ Loại sợi có chỉ số chiết suất ở lõi giảm dần từ tâm lõi ra tới tiếp
giáp lõi và vỏ gọi là sợi có chỉ số chiết suất giảm dần GI (Gradient Index).
II.3.2 Theo đặc tính truyền dẫn:
Trong thực tế, đơn giản và thuận tiện nhất là phân chia ra sợi đơn
mode, sợi đa mode vì trong đó cũng bao gồm sự khác biệt về cấu trúc của
vỏ và lõi.
Một mode sóng là một trạng thái truyền ổn định của ánh sáng trong
sợi. Khi truyền trong sợi ánh sáng đi theo nhiều đường. Trạng thái ổn định
của các đường này gọi là những Mode.
15
b a O a b
r
Hình II.3: Các dạng phân bố chiết suất
n(r)
r
max
=n
1
g =1
g =2
g →
∞
II. 3.2.1 Sợi đa mode: (MM)
- Đường kính lõi d

K
= 2a = 50µm.
- Đường kính vỏ d
m
= 125 µm.
- Độ lệnh chiết suất ∆ = 1%.
Vì đường kính lõi lớn dẫn tới việc ánh sáng ghép tới sợi tốt hơn được
lấy từ nguồn. Công suất ánh sáng phát ra được đi theo nhiều hướng từ bên
phát tới bên thu dẫn tới thời gian từ bên phát tới bên thu là khác nhau tạo ra
sự sai lệnh ở bên thu.
Lượng sai lệnh này gọi là tán sắc
∆T = T
1
- T
2
 càng đi xa tán sắc càng nhiều (∆T )
và gây ra 2 hậu quả:
+ Không truyền được tốc độ cao.
+ Không đi được xa.
Sợi đa mode (MM) có thể có chiết suất nhảy bậc hoặc chiết suất giảm
dần.

II.3.2.2 Sợi đơn mode (SM).
Sợi làm việc ở chế độ đơn mode  không cần kích thước lõi to.
16
Thu
Phát
n
1
50µm

∆=1%
n
2
Hình II.4: Sợi đa mode có chiết suất nhảy bậc v chià ết suất
giảm dần
- Đường kính lõi 9 ÷ 10 nm.
- Đường kính vỏ 125 nm.
- Độ lệch chiết suất 0,3%.
Vì chỉ có 1 mode truyền trong sợi nên tán sắc do nhiều đường truyền
≈ 0. Sợi đơn mode là sợi có chiết suất nhảy bậc SI.
Độ tán sắc của sợi đơn mode nhỏ hơn nhiều so với sợi đa mode, đặc
biệt ở bước sóng l = 1300nm độ tán sắc của sợi đơn mode ≈ 0  dải thông
của sợi đơn mode rất rộng.
Phát Thu
Vì đường kính lõi của sợi đơn mode nhỏ  tia sáng đi trong sợi quang
gần như là đi song song với đường trục của lõi a
T
= 90
o
. Thứ hai, việc ghép
nguồn đầu sợi quang ở bên phát khó  đòi hỏi nguồn công suất phát quang
Popt lớn.
Vì tán sắc nhỏ nên khắc phục được 2 nhược điểm chính của sợi đa
mode.


Tóm lại:
Thực tế có 3 loại sợi quang thông dụng với các đặc tính sau:
17
n

2
∆=0.3%
125µm
0.9µm
n
1
Hình II.5: Sợi đơn mode.
SM-SI
MM-SI
n
2
n
2
n1
MM-GI
Hình II.6: Ánh sáng truyền trong các loại sợi quang.
II.4 Hàn nối sợi quang:
Khi sản xuất cáp quang được cuộn thành từng cuộn. Nếu muốn thông
tin đi xa cuộn này cần phải được nối với nhau. Trong kỹ thuật thông tin
quang, việc nối không không tốt sẽ gây nên tổn thất tín hiệu quang. Yêu
cầu của việc hàn nối là tổn thất càng bé càng tốt (yêu cầu suy hao < 0,05
dB/mối hàn).
Nguyên tắc, chỉ cần ghép 2 đầu sợi lại cho trục của 2 sợi trùng nhau
để hàn nối lại. Muốn có mối hàn có trị số suy hao đạt yêu cầu thì việc
chuẩn bị cực kỳ quan trọng.
Thực tế có 3 phương pháp kết nối sợi quang.
II.4.1 Phương pháp hàn dùng keo dán:
- Phương pháp này hoàn toàn thủ công  thiếu chính xác  hiện
nay gần như không dùng.
II.4.2 Phương pháp hàn nóng chảy (sử dụng mày hàn).

- Dùng hoá chất tẩy sạch 2 đầu cần nối (lớp bảo vệ).
- Kẹp 2 đầu sợi trên bộ giá của mối hàn.
- Điều chỉnh cho hai sợi tiến lại lẫn nhau vấn đề một khoảng cách từ
10 ÷ 20 µm (máy tự làm).
- Điều chỉnh cho 2 sợi đồng trục, đồng tâm nhờ hệ thống điều chỉnh
3 chiều (máy tự làm).
- Kiểm tra suy hao ngay tại mối nối để đặt sợi ở vị trí tốt nhất.
- Phóng tia hồ quang  2 đầu sợi nóng chảy  dính vào nhau.
- Kiểm tra lại mối hàn xem có khuyết tật không.
- Gia cố cơ học bảo vệ mối hàn.
18
VD. Máy hàn S1475.
Sợi cung cấp: MM 50/125; 62.5/125 SM 10/125.
Suy hao trung bình: SM 0,038dB MM 0,030dB.
Thời gian hoạt động: liên kết: 30s Làm nóng: 120 s (loại S922).
Máy (gồm bộ chuyển đối AC/DC) : nặng 6,4 kg
Kích thước: 170W x 160 x 190 H.
Nhiệt độ hoạt động: -10
o
C ÷ 50
o
C
Nhiệt độ giữ: - 30
o
C ÷60
o
C.
Độ dài sợi cáp trần: tiêu chuẩn 10 mm
Khả năng tiêu biểu của bộ dụng cụ: >60 mối hàn trong một chu trình.
>30 mối hàn/ chu trình đốt nóng.

19
Gá ép
Hình II.7: Phương pháp h n nóng chà ảy.
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14
60
50
40
30
20
10
0
n=100
AVG=0.038 dB
α =0.024dB
Hình II.8: Biểu diễn theo biểu đồ.
II.4.3 Kết nối bằng connector:
Người ta kết nối bằng conector hoá cáp quang nhiều lõi bằng cách sử
dụng loại conector được tạo nên theo kiểu cài các jắc vào các lỗ jắc qua bộ
gá ép có tính đàn hồi làm tăng cường tiếp xúc giữa chúng.

20
Gá ép
Hình II.8: Kết nối sử dụng loại MF
Conector MF
Sợi quang
CHƯƠNG III ĐẶC TÍNH TRUYỀN DẪN CỦA SỢI QUANG
Việc truyền tín hiệu từ phía phát tới phía thu sẽ bị suy hao và méo tín
hiệu, đây là 2 yếu tố quan trọng nó tác động vào toàn bộ quá trình truyền dẫn
thông tin, định cỡ về khoảng cách và tốc độ truyền dẫn cũng như xác định cấu
hình của hệ thống thông tin quang.

III.1. Suy hao tín hiệu:
Là sự giảm dần theo cự ly của công suất quang truyền trên sợi. Nó
đóng một vai trò quan trọng trong việc thiết kế hệ thống, cho phép xác định
khoảng cách giữa phía phát và phía thu. Sự biến thiên của nó theo quy luật
hàm số mũ:
Trong đó: P(o) là công suất ở đầu sợi (z=0).
P(z) là công suất ở cự ly z tính từ đầu sợi.
α là hệ số suy hao (dB/km).
Hệ số suy hao tín hiệu hay suy hao trung bình xác định bằng công
thức:
L : chiều dài sợi dẫn quang (km).
Pin : công suất quan đầu vào (W).
Pout : công suất quang đầu ra (W).
III.1.1 Các nguyên nhân gây suy hao:
- Do sự hấp thụ:
+ Sự hấp thụ của các tạp chất kim loại: trong thuỷ tinh mức độ hấp
thụ của từng loại tạp chất phụ thuộc vào nồng độ tạp chất và nồng độ bước
sóng ánh sáng qua nó.  Cần phải có thuỷ tinh thật tinh khiết.
21
P
in
= P(0) P
out
= P(z)
L
z
xoPzP
10
10)()(
α

−
=
)log(
)(
10
)/(
out
in
P
P
kmL
kmdB =
α

+ Sự hấp thụ của ion OH
-
: Sự có mặt của các ion OH trong sợi
quang cũng tạo ra một độ suy hao hấp thụ đáng kể. Đặc biệt tăng vọt ở các
bước sóng gần 950 nm, 124nm và 1400nm. Như vậy, độ ẩm cũng là nguyên
nhân gây suy hao của sợi quang.
⇒ Trong chế tạo, nồng độ ion OH của lõi ≤ 10
-9
để giảm sự hấp thụ của nó.
+ Sự hấp phụ bằng cực tím và hồng ngoại: nó tồn tại ngay cả khi ta
đã chế tạo sợi quang từ thuỷ tinh có độ tinh khiết cao vì bản thân thuỷ tinh
tinh khiết cũng hấp thụ ánh sáng trong vùng cực tím và vùng hồng ngoại.
Độ hấp thụ này thay đổi theo bước sóng. Việc hấp thụ ở vùng hồng ngoại
gây trở ngại cho khuynh hướng sử dụng bước sóng dài trong thông tin
quang.
22

500 600 800 1200 1400 1600 λ(nm)
Hình III.1: Độ hấp thụ của các tạp chất kim loại
600
500
400
300
200
100
0
α(dB/km)
)
Cu
Fe
Mn
600 800 1000 1200 1400 1600 λ(nm)
Hình III.2: Độ hấp thụ của OH với nồng độ 10
-6
α(dB/km
)
3
2
1
0
- Suy hao do tán xạ:
+ Tán xạ Rayleigh: xảy ra khi sóng điện từ truyền trong môi trường
điện môi gặp những chỗ không đồng nhất về chiết suất do cách sắp xếp của
các phân tử thuỷ tinh, các khuyết tật của sợi như bọt không khí, các vết
nứt, Sự thay đổi mật độ các phân tử này ở những chỗ khác nhau cùng với
các khuyết tật trong quá trình sản xuất sợi gây ra, tạo thành những nguồn
điện để tán xạ. Khi ánh sáng truyền qua những chỗ này sẽ toả ra nhiều

hướng làm suy giảm năng lượng của ánh sáng theo hướng cần truyền. Độ
suy hao của tán xạ Rayleigh tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bước sóng.
+ Tán xạ giữa một phân cách lõi và vỏ không hoàn hảo: khi tia sáng
đi qua những chỗ không hoàn hảo đó, sẽ bị tán xạ. Khi đó, một tia tới sẽ có
nhiều tia phản xạ với các góc khác nhau. Những tia có góc tới nhỏ hơn góc
tới hạn sẽ bị khúc xạ và suy hao.
- Suy hao do sợi bị uốn cong
+ Vi uốn cong: khi sợi quang bị chèn ép tạo nên những chỗ uốn cong
nhỏ thì suy hao của sợi cũng tăng lên. Sự suy hao này xuất hiện do tia sáng
bị lệnh trục khi đi qua những chỗ vi uốn cong dẫn đến sự phân bố trường bị
xáo trộn làm phát xạ năng lượng ra khỏi lõi sợi. Sợi đơn mode rất nhạy với
những chỗ vi uốn cong nhất là về phía bước sóng dài.
23
600 800 1000 1200 1400 1600
a(dB/km)
l(µm)
Hấp thụ cực tím
Hấp thụ hồng ngoại
10
1
0,1
0,01
Hình III.3: Sự hấp thụ bằng tia cực tím v tia hà ồng ngoại.
+ Uốn cong: bán kính uốn cong càng nhỏ sự suy hao càng tăng. Vì
vậy, yêu cầu trong quá trình chế tạo, lắp đặt giữ sao cho bán kính uốn cong
lớn hơn một bán kính tối thiểu cho phép.
III.1.2 Đặc tuyến suy hao của sợi quang.
Tuỳ theo từng sợi quang cụ thể mà ta có đặc tuyến suy hao khác
nhau. Ta xét đặc tuyến của sợi đơn mode làm từ SiO
2

. Trên đặc tuyến suy
hao của sợi quang có 2 vùng bước sóng suy hao thấp gọi là cửa sổ suy hao
- Cửa sổ thứ nhất ở l
1
= 1300 nm có a ≈ 0,4 dB? km nghĩa là khi đi
một quãng đường 50 km thì Pv/Pra = 100 lần.
- Cửa sổ thứ hai ở l = 1550 µm có a ≈0,25 dB/km nghĩa là khi đi một
quản đường 50 km thì Pv/Pra = 10
1,25
lần.
Đây là 2 bước sóng được sử dụng nhiều nhất trong thông tin quang hiện
nay.
III.2. Tán sắc (hay méo tín hiệu):
24
.7 .8 .9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 λ(µm)
Hình III.4: Đặc tuyến suy hao
5
4
3
2
1
.8
.5
.3
.2
.1
λ(dB/km)
SM
MM-GI
Đa mode chiết

suất giảm
không ho n à
to nà
Tán xạ
Rayleigh
Là hiện tượng tín hiệu khi đi qua sợi quang bị biến dạng. Nó làm
méo dạng tín hiệu tượng tự và làm cho các xung bị chồng lấp trong tín hiệu
số (do độ rộng xung bị dãn rộng ra ở đầu thu).
Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do ảnh hưởng của sợi
quang mà tồn tại các thời gian chạy khác nhau cho các thành phần ánh sáng
phát đi đông thời.
Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang, ký hiệu D, đơn vị giây (s) được xác
định:
Trong đó: T
i
,T
o
: là độ rộng của xung vào và xung ra đơn vị là (s)
hay ước số của nó. Tán sắc tổng cộng của sợi tuỳ thuộc vào độ dài sợi. Độ
tán sắc qua mỗi km sợi được tính bằng tổng đơn vị: ns/km hoặc ps/km.
Người ta đánh giá độ tán sắc trên mỗi km ứng với nm bề rộng phổ
của nguồn quang, lúc đó đơn vị được tính là: ps/nm.km.
III.2.1 Các nguyên nhân gây tán sắc:
Sợi quang đa mode có đầy đủ các thành phần của tán sắc.
- Tán sắc mode (modal dispersion): do năng lượng của ánh sáng
phân tán thành nhiều mode. Độ tán sắc của mode phụ thuộc vào dạng phân
bố chiết suất của sợi. Mỗi mode lại truyền với nhiều vận tốc nhóm khác
nhau dẫn tới thời gian truyền khác nhau. Bản chất là do ảnh hưởng của
nhiều đường truyền.
25

HìnhIII.5: Dạng tín hiệu v o raà
L
P
0
P
0
/2
P
0
P
0
/2
P
P
T
i
T
o
22
0 i
TTD −=
22
0 i
TTD −=