tổng quan về hệ thông tin quang và công nghệ truyền dẫn sdh

Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
Mở đầu
Phần I: Tổng quan về hệ thống thông tin quang
Chương I: Sơ lược về hệ thống thông tin quang 6
1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin quang 6
1.2 Cấu trúc của hệ thống thông tin quang 7
1.3 Ứng dụng và ưu nhược điển của hệ thống thông tin quang 8
Chương II: Các thành phần của hệ thống thông tin quang
quang
2.1 Lý thuyết chung về quang dẫn 9
2.1.1 Cơ sở quang học 9
2.1.2 Sự truyền ánh sáng trong sợi quang dẫn 10
2.1.3 Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang 11
a/ Dạng giảm triết suất lớp vỏ bọc
b/ Dạng dịch độ tán sắc.
c/ Dạng san bằng tán sắc
2.1.4 Sợi đơn mode và sợi đa mode 14
2.2 Các thông số của sợi quang 15
2.2.1 Suy hao trong sợi quang 15
2.2.2 Các nguyên nhân gây suy hao 15
a/ Suy hao do hấp thụ
b/ Suy hao do tán sắc
c/ Suy hao do uốn cong
2.2.3 Tán sắc 19
a/ Địng nghĩa tán sắc
b/ Các nguyên nhân gây tán sắc
2.3 Cấu trúc sợi quang 22
2.3.1 Lớp phủ 23
2.3.2 Lớp vỏ 23
a/ Dạng ống đệm lỏng

b/ Dạng đệm khí
c/ Dạng băng dẹt
2.4 Các linh kiện biến đổi quang 25
2.4.1 Khái niệm chung về biến đổi quang 25
2.4.2 Yêu cầu kỹ thuật của linh kiện biến đổi quang 25
a/ Đối với nguồn quang
b/ Đối với linh kiện tách sóng quang
c/ Nguyên lý chung
2.4.3 Nguồn quang 28
a/ Nguyên lý chung
b/ Diot LED
c/ Diot LASER (LD)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 SV: Nguyễn Hữu Anh
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
2.4.4 Tách sóng quang 32
1 Nguyên lý chung 32
2 Những thông số cơ bản 33
a/ Hiệu suất lượng tử
b/ Đáp ứng
c/ Độ nhậy
d/ Dải rộng
e/ Tạp âm
3 Diot thu PIN 35
4 Diot thu APD
37
5 Đặc tính kỹ thuật của PIN và APD 38
2.5 Hàn nối sợi quang 39
2.6 Hệ thống thông tin quang 41
1. Khái niệm 41

2. Cấu trúc hệ thông tin quang 42
3. Mã hoá hệ thông thông tin quang 45
2.7 Thiết kế tuyến thông tin quang 48
1.Yêu cầu 48
2.Tính toán thiết kế 49
3.Ví dụ tính toán 52
Phần II: Công nghệ truyền dẫn SDH
ChươngI: Sơ lược về công nghệ truyền dẫn 55
1.1 Kỹ thuật điều chế xung mã 55
1.1.1 Cấu hình cơ bản của tuyến truyền tin PCM 55
1.1.2 Cơ sở lý thuyết PCM 56
a/ Lấy mẫu
b/ Lượng tử hoá
c/ Mã hoá
1.2Thuật TDM và tiêu chuẩn ghép kênh ở Việt  58
1.2.1 Khái niệm về thông tin nhiều kênh 58
1.2.2 Ghép kênh nhóm sơ cấp và tiêu chuẩn ghép kênh ở Việt  58
1.2.3 Hệ thống PCM cấp I 59
ChươngII: Công nghệ truyền dẫn SDH 61
2.1 Công nghệ ghép kênh cấp cao PDH
(Pleosynchronous Digital Hierarchy) 61
2.2 Định nghĩa SDH(Synchrônous Digital Hierarchy)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 SV: Nguyễn Hữu Anh
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
và sự cần thiết của nó 62
2.3 Cấu trúc khung SDH
65
1. Cấu trúc ghép cơ bản 65
2. Cấu trúc khối

67
a/ Container C
b/ Container ảo
c/ Cấu trúc các VC
d/ Đơn vị luồng TU
e/ Nhóm đơn vị luồng TU
f/ Các đơn vị quản lý TU
g/ Nhóm các đơn vị quản lý AUG
h/ Cấu trúc khung
i/ Cấu trúc khung STM-N
Chương III: Mạng SDH
84
1.1 Các vùng mạch SDH 84
1.1.1 Đường dẫn 84
1.1.2 Vùng ghép kênh 84
1.1.3 Vùng lặp 84
3.2 Hai thành phần chủ yếu của mạng đồng bộ 85
3.2.1 Các hệ thống đường dây và thiết bị nối chéo bậc cao 85
a/ Các hệ thống đường dây
b/ Các thiết bị nối chéo bậc cao
3.2.2 Các bộ ghép kênh truy suất và thiết bị kết nối chéo bậc thấp 85
a/ Truy suất và ghép
b/ Hệ thống kết nối chéo bậc thấp
3.3 Kết nối chéo DDC 86
3.4 Mạng 87
3.5 Mạng vòng ring SDH 87
3.5.1 Vòng ring một hướng tự bảo vệ cho vùng dẫn
87
3.5.2 Mạng vòng ring hai hướng 88
3.5.3 Bảo vệ theo đường truyền

88
3.5.4 Mạng vòng tự phục hồi một hướng tự bảo vệ luồng
89
3.5.5 Mạng vòng tự phục hồi một hướng theo đoạn
89
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 SV: Nguyễn Hữu Anh
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
3.5.6 Mạng vòng tự phục hồi hai hướng theo đoạn
89
3.6 Mạng ring trong ba vùng ứng dụng của ALCATEL 90
Kết luận
THUYẾT MINH ĐỒ ÁN
• Đồ án của em chia làm 2 phần
- Phần I: Tổng quan về hệ thông tin quang.
- Phần II: Công ghệ truyền dẫn SDH.
• Trong phần I gồm có 2 chương:
- Chương I: Sơ lược về hệ thông thông tin quang.
Ở chương này em nghiên cứu lịch sử phát thiển của hệ thông tin quang,
cấu trúc hệ thống này và các ứng dụng và ưu nhược điểm của nó.
- Chương II: Các thành phần của hệ thông tin quang.
Chương II em nghiên cưu về lý thuyết trung về truyên dẫn
+ Các thông số của sợi quang bao gồm:
Suy hao trong sợi quang
Các nguyên nhân gây suy hao
Tán sắc
+ Cấu trúc của sợi quang gồm lớp phủ và lớp vỏ
+ Các linh kiên biến đổi quang gồm có các yêu cầu kĩ thuật của linh kiện
biến đổi quang, nguồn quang và tách sóng quang.
+ Hàn nối sợi quang: Các yêu cầu kĩ thuật của mối nối

+ Hệ thống thông tin quang gồm có cấu trúc hệ thống thông tin quang và
mã hoá hệ thống thông tin quang.
+ Thiết kế tuyến thông tin: tính toán thiết kế và ví dụ để tính toán.
• Phần II: gồm có 3 chương
- Chương 1: Sơ lược về công nghệ truyền dẫn.
Trong chương này em nghiên cứu
+ Kỹ thuật điều chế xung mã gồm cấu hình cơ bản của tuyến truyền tin
PCM và cơ sở lý thuyết PCM
+ Thuật TDM và tiêu chuẩn ghép kênh ở Việt : ghép kênh nhóm sơ
cấp và hệ thống PCM cấp 1.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 SV: Nguyễn Hữu Anh
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
- Chương 2: Nghiên cứu công ghệ truyền dẫn SDH.
Trong chương này em nghiên cứu
+ Công nghệ ghép kênh cấp cao PDH
+ Sự cần thiết của SDH
+ Cấu trúc khung SDH gồm cấu trúc ghép cơ bản và cấu trúc khối
- Chương 3: Nghiên cứu mạng SDH
Trong chương 3 em nghiên cứu
+ Các vùng mạnh SDH gồm đường dẫn, vùng ghép kênh và vùng lặp
+ Thành phần chủ yếu của mạng đồng bộ: Có hai thành phần là
Hệ thống đường dây và thiết bị nối chéo bậc cao
Các bộ ghép kênh truy suất và thiết bị kết nối chéo bậc thấp
+ Kết nối chéo DDC
+ Mạng
+ Mạng vòng ring SDH
Trong mạng này gồn có 6 mạng vòng là:
Vong ring một hướng tợ bảo vệ cho một vùng dẫn.
Mạng vòng ring hai hướng.

Bảo vệ theo đường truyền.
Mạng vòng ring tự phục hồi một hướng bảo vệ theo luồng.
Mạng vòng ring tự phục hồi một hướng theo đoạn.
Mạng vòng ring tự phục hồi hai hướng bảo vệ theo đoạn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 SV: Nguyễn Hữu Anh
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG
TIN QUANG
CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
QUANG.
1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin quang.
 chóng ta đã biết thông tin quang học đã có từ lâu đời. Cho tới thế kỷ 18
thông tin quang học theo nghĩa rộng vẫn chỉ dừng ở mức đèn tín hiệu,
Lịch sử phát triển thông tin quang học được tóm tắt bởi các mốc sau:
Năm 1790 Claude Chappe- kỹ sư người Pháp đã xây dựng một hệ thống điện
báo quang. Hệ thống này gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiệu di động
trên đó. Tốc độ thông tin được truyền với hệ thống này khoảng 15 phót cho cù ly
200km.
Năm 1870 John Tyndall- nhà vật lý người Anh, đã chứng minh ánh sáng có thể
truyền được theo ống nước uốn cong. Việc truyền ánh sáng trong ống nước uốn
cong là sự ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần.
Năm 1880 Alexander Graham Bell người Mỹ giới thiệu hệ thống điện thoại
quang, trong hệ thống này, ánh sáng mang điện năng được truyền qua môi trường
không khí. Nhưng vì môi trường không khí có nhiều nguồn gây nhiễu nên thực tế
hệ thống này chưa được sử dụng.
Năm1934 Noman R.Funch- kỹ sư người Mỹ dùng các thanh thuỷ tinh làm môi
trường truyền dẫn ánh sáng trong thông tin quang.
Năm 1960 Theodor H.Maiman đưa laze vào hoạt động và đã thành công.
Năm 1962 laze bán dẫn và photodiode bán dẫn hoàn thiện.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 SV: Nguyễn Hữu Anh
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
Năm1966 Charles H. KaoVà George A. Hockhan người Anh dùng sợi thuỷ
tinh để truyền dẫn ánh sánh. Sợi thuỷ tinh được chế tạo lúc này có sự suy hao quá
lớn( δ ≅ 1000dB/km).
Năm 1970 hãng Corning Glass Works chế tạo thành công sợi quangcó chiết
suất bậc với suy hao nhỏ hơn 20dB/km.
Năm 1983 sợi quang đơn mốt được sản suất tại Mỹ. Ngày nay sợi quang đơn
mốt được sử dụng rộng rãi. Độ suy hao của loại sợi này chỉ còn khoảng 0.2dB/km
ở bước sóng 1550nm.
1.2 Cấu trúc của hệ thông tin quang.
Trặm lặp trên đường truyền
Tín hiệu ra
Biến đổi Biến đổi
Sơ đồ tuyến truyền quang dẫn
- Theo sơ đồ hệ thống ta có:
+ Nguồn tín hiệu ban đầu: Tiếng nói, Fax, Camera
+ Phần tử điện xử lý nguồn tin tạo ra tín hiệu đưa vào hệ thống.
+ Bộ biến đổi E/O có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang
với các mức tín hiệu đệm được biến đổi thành cường độ quang, các tín hiệu điện
“0” và “1” được biến đổi ra ánh sáng tương ứng dạng “không” và “có”.
Sau đó tín hiệu quang được đưa vào sợi quang truyền đi. Bộ biến đổi điện
quang thực chất là các linh kiện phát quang :LED, laserđioe.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 SV: Nguyễn Hữu Anh















Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
+ Trạm lắp: Khi truyền dẫn trên tuyến truyền dẫn, công suất bị giảm đi, dạng
sóng (độ rông xung) bị dãn ra do nhiều nguyên nhân khác nhau. Vì vậy để truyền
được tín hiệu đi xa cần có trạm lặp. Trặm lặp này có nhiệm vụ khôi phục lại
nguyên dang tín hiệu của nguồn phát và khuếch đại tín hiệu. Sau đó đưa vào tuyến
truyền dẫn tiếp theo. Khi khoảng cách truyền dẫn lớn (cự ly tuyến thông tin lớn)
thì cần thiết có tr ặm lặp.
Tín hiệu Tín hiệu
KĐ
Cáp quang Cáp
quang
Sơ đồ khối trặm lặp
1.3. ứng dụng và ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang.
• Những ứng dụng của sợi quang.
- Sợi quang được ứng dụng trong thông tin và một số mục đích khác.
- Vị trí Sợi quang trong mạng thông tin hiện nay.
+ Mạng đường trục xuyên quốc gia.
+ Đường trung kế.
+ Đường cáp thả biển xuyên lục địa ( Xuyên Quốc Gia).
+ Đường số liệu.

+ Mạng truyền hình.
• Ưu điểm
- Suy hao truyền dẫn rất nhỏ so với truyền thông tin qua đây kim loại nên
số trặm lặp giảm.
- Sợi quang được chế tạo từ nguyên liệu chính là thạch anh hay nhựa tổng
hợp nên nguồn nguyên liệ rất rồi dào và rẻ tiền dẫn đến giảm được giá
thành.
- Sợi quang có đường kính nhỏ, trọng lượng nhẹ.
- Sợi quang có tính bảo mật trong thông tin cao, không chịu ảnh hưởng
nhiễu điện từ trường bên ngoài.
- Tính cách điện cao, không gây chập cháy.
- Dễ lắp đặt, bảo dưỡng, uốn cong.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 SV: Nguyễn Hữu Anh










Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
- Dùng hệ thống thông tin cáp sợi quang kinh tế hơn nhiều so với cáp kim
loại có cùng dung lượng và cự ly.
• Nhược điểm.
- Do cấu trúc sợi quang nhỏ nên thiết bị quang phải tương thích.
- Kĩ thuật hàn nối khó khăn, yêu cầu độ chính xác cao.

- Thiết bị tốn kém.
Nhờ có những ưu nhược điểm trên nên sợi quang đã và đang được sử dụng
rộng rãi trong lĩnh vực thông tin và các mục đích khác.
Chương II. Các thành phần của hệ thống thông tin quang
2.1 Lý thuyết chung về quang dẫn.
2.1.1 Cơ sở quang học.
Sự truyền ánh sáng trên sợi dẫn quang là hiện tượng phản xạ ánh sáng, ánh
sáng dùng trong thông tin quang nằm ở vùng cận hồng ngoại với bước sóng từ
(800 – 1600)nm. Đặc biệt có ba bước sóng thông dụng là: 850nm, 1300nm,
1550nm.
- Vận tốc ánh sáng: C=V.λ.
Trong đó: V là tần số ánh sáng
C là vận tốc ánh sáng.
λ là vận tốc ánh sáng
- Triết suất của môi trường:
n=C/V
Trong đó:
n là triết suất của môi trường
V là tần số ánh sáng
C là vận tốc ánh sáng trong chân không
Vì V<C nên n>1
- Sự phản xạ toàn phần.
Định luật Snell: n
1
Sinα =n
2
Sinβ.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 SV: Nguyễn Hữu Anh













!"#$%&%
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
Ta có quan hệ giữa tia phản xạ với tia khúc xạ và tia tới.
• Góc phản xạ bằng góc tới.
α=α’
*Góc khúc xạ được xác định theo định luật Snell.
n
1
Sinα =n
2
Sinβ.
Trong đó: n
1
: chiết suất môi trường 1
n
2
: chiết suất môi trường 2
Khi n
1

>n
2
thì α > β nếu tăng α thì β cũng tăng theo và β luôn lớn hơn α khi β
= 90 tức là song với mặt tiép giáp, thì α được gọi là góc tới hạn α
T
. Nếu tiếp tục
tăng cao cho α>α
T
thì không còn tia khúc xạ mà chỉ còn tia phản xạ hiện tượng
này gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần.
Dựa vào định luật Snell ta có thể tính được góc tới hạn α
T
:
Sinα
T
=
1
2
n
n
hay α
T
=artsin
1
2
n
n
2.1.2. Sự truyền ánh sáng trong sợi quang dẫn
Giả sử một tia sáng do một nguồn bên ngoài xâm nhập vào mặt cắt ngang của
sợi quang để làm truyền.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 SV: Nguyễn Hữu Anh

'(&)*





Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
Tia sáng thâm nhập tao nên một góc θ với trục sợi quang nguồn bức xạ tạo
ra ánh sáng. Tia sáng phải đi qua môi trường không khí có n
k
= 1 rồi vào ruột sợi
có n
1
> n
k
tia tới mặt cắt sẽ bị khúc xạ tạo nên góc khúc xạ β. Sự phản xã toàn phần
chỉ xẩy ra với những tia có góc tới θ < θ
max
.
Sin của góc tới hạn này được gọi là khẩu độ số.
NA = Sinθ
max.
áp dụng công thức Snell để tính NA.
Tại điểm A ta có:
n
k
sinθ

max
= n
1
sin90.
Mà n
k
là chiết suất không khí(n
1
=1).
Để dảm bảo đIều kiện phản xạ toàn phần theo định luật Snell thì:
Sinα
min
=
1
2
n
n
và α
min
đảm bảo đIều kiện toàn phần.
Do đó:
NA = sin
θ
max
= n
2
1
-n
2
2

=n
1
∆
Với
∆
là sự khác nhau về chiết suất.
* giá trị cực đại
θ
max
gọi là góc nhận ánh sáng và sin
θ
max
< n
2
1
-n
2
2

để mở khẩu độ. Tia sáng đi vào quang theo một góc
θ
>
θ
max
sẽ bị khúc quang
không thể truyền đi được xa.
2.1.3 Các dạng phân bố triết suất trong sợi quang.
• Sợi quang có cấu trúc chung bao gồm một lõi bằng thuỷ tinh có triết suất
lớn hơn và một lớp vỏ cũng bằng thuỷ tinh có triết suất lớn hơn. Triết
suất của lớp vỏ không đổi còn triết suất của lõi nói chung thay đổi theo

bán kính (khoảng cách từ trục ra). Sự biến thiên triết suất theo bán kính
được biết dưới dạng tổng quát  sau:
n
2
[1-
∆
(r/a)
g
] với
ar
≤
(trong lõi)
n(r) ={
n
1
(1-2
∆
)
1/2
-n
1
(1-
∆
)=n
2
với
r
> a (lớp vỏ)
Trong đó:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 SV: Nguyễn Hữu Anh


Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
n
1
: triết suất lớn nhất của lõi.
n
2
: triết suất lớp bọc.
∆
=
1
21
n
nn
−
: độ chênh lệch triết suất
r: khoảng cách tính từ trục sợi đến điểm tính triết suất.
a: bán kính lõi sợi.
b: bán kính lớp vỏ
g: số mũ quyết định dạng biến thiên, g
≥
1
Các giá trị thông dụng của g:
g = 1: dạng tam giác
g = 2: dạng parabol
g =
∞
: dạng nhẩy bậc (SI: Step-Index).

g =
∞
g=1 g = 2
- Sợi quang có triết suất nhẩy bậc.
Đây là sợi quang có cấu tạo đơn giản nhất với triết suất của lõi và lớp vỏ
khác nhau một cách rõ rệt  hình bậc thang. Các tia sáng từ nguồn quang
phòng cào đầu sợi với góc tới khác nhau sẽ truyền theo các đường khác
nhau.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 12 SV: Nguyễn Hữu Anh
'

+

'

'
  ,,
-%./,0'1&2


,



3

,
!"'45%&%'6&)*7'1&284,9:!;<
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện

Các tia sáng truyền trong lõi cùng với vận tốc:
v =
1n
V

Trong đó n
1
không đổi mà chiều dài đường truyền khác nhau trên cùng một
chiều dài sợi. Điều này dẫn tới một hiện tượng khi đưa xung ánh sáng hẹp vào đầu
sợi lại nhận được một xung ánh sánh rộng hơn ở cuối sợi. Đây là hiện tượng tán
sắc do độ tán sắc lớn nên sợi SI không thể truyền tín hiệu số tốc độ cao qua cù ly
dài được.
- Sợi quang có triết suất giảm dần (GI: Graded-Index).
Sợi GI có dạng phân bố triết suất lõi hình parabol, vì triết suất lõi thay đổi
một cách liên tục nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn cong.
n
2
n
1

Đường truyền của các tia sáng trong sợi GI cũng không bằng nhau nhưng
vận tốc truyền cũng thay đổi theo. Các tia truyền xa trục có đường truyền ngắn
nhất vì triết suất ở trục là ngắn nhất. Độ tán sắc của sợi GI nhỏ hơn nhiều so với
sợi SI.
a/ Dạng giảm triết suất lớp vỏ bọc: (Hình a).
Trong kỹ thuật chế tạo sợi quang muốn thuỷ tinh có triết suát lớn phải thêm
nhiều tạp âm vào, điều này làm tăng suy hao. Dạng giảm triết suất lớp vỏ bọc
nhằm đảm bảo độ chênh lệch triết suất
∆
nhưng có triết suất lõi n

1
không cao.
b/ Dạng dịch độ tán sắc (Hình b):
Độ tán sắc tổng ộng của sợi quang triệt tiêu ở bước sóng gần 1300nm.
Người ta có thể dịch điểm có độ tán sắc triệt tiêu đến bước sóng1550nm bằng cách
dùng sợi quang có dạng triết suất  hình b.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 13 SV: Nguyễn Hữu Anh
!"'45%&%'6&)=;
:'<
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
c/ Dạng san bằng tán sắc (Hình c):
Với mục đích làm 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 triết suất  hình c.
2.1.4 Sợi đa mode và đơn mode.
• Các thông số của sợi đa mode thông dụng (50/125
µ
m).
- Lõi: có triết suất n
1
= 1,46; đường kính d = 2a = 50
µ
m
(a: bán kính lõi)
- Vỏ: có triết suất n
2
<n
1
: đường kính D = 2b = 125

µ
m
(b: bán kính vỏ)
Độ lệch triết suất tương đối:

∆
=
1
21
n
nn
−
= 0,01=0,1%
Sợi đa mode có thể có triết suấtnhẩy bậc hoặc triết suất giảm dần:
∆

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 14 SV: Nguyễn Hữu Anh
>? >?,
>?
@AB41%&%
CDE'1&2
.
F!)!;GCC
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
n
1
n
2
Kích thước sợi dây mode theo tiêu chuản CCITT (50/125

µ
m).
*Sợi đơn mode (SM: single Mode).
Các thốngố của sợi SM thông dụng là:
- Lõi: có triết suất n
1
= 1,46; đường kính d = 2a = 9 đến 10
µ
m
- Vỏ: có triết suất n
2
<n
1
: đường kính D = 2b = 125
µ
m.
- Độ chênh lệch triết suất tương đối:

∆
=
1
21
n
nn
−
= 0,003=0,3%
Khi giảm kích thước lõi để chỉ có một mode sóng cơ bản truyền được trong
sợi thì được gọi làđơn mode. Trong sợi tryền một mode sóng nên độ tán sắc do
nhiều đường truyền bằng không và sợi đơn mode có dạng phân bố triết suất nhẩy
bậc.

Độ tán sắc của sợi đơn mode rất nhỏ, Đặc biệt ở bước sóng
λ
=1300nm 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 ứng và các thiết bị hàn nối sợi đơn mode phảicó độ
chính xác cao. Cácyêu cầu này ngày càng có thể đáp ứng được do đó sợi đơn mode
đang được sử dụng rất phổ biến.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 15 SV: Nguyễn Hữu Anh
.
1
21
n
nn
−
=∆
,F!)=;GCC
.
H
IA&)J6.K
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện

n
1
n
2

∆
= 0,3%

2.2 Các thông số của sợi quang.
2.2.1. Suy hao trong sợi quang.
- Suy hao là tham số hiển thị sự suy giảm năng lượng ánh sáng khi truyền
ánh sáng trong sợi quang.
Khi lan truyền trong sợi quang công suất ánh sáng bị giảm dần theo cù ly
vớiquy luật hàm mũ tương tự  tínhiệu điện. Biểu thức tổng quát của hàm
mũ truyền công suất có dạng.
P(L) = P(1).10
−
Trong đó: P(L): công suất cự ly tính từ đầu sợi.
P(1): công suất đầu sợi (L=0)

α
: hệ số suy hao
- Suy hao của sợi quang được tính theo công thức.
A = log
2
1
P
P
(dB) với P
2
<P
1
.
Trong đó: P
1
: ông suất quang đưa vào đầu sợi quang
P
2

: Công suất quang đưa vào cuối sợi quang
- Suy hao trung bình trên 1km sợi quang theo công thức:

α =
L
A
(dB/Km)
Trong đó: A: Suy hao sợi quang [dB]
L: Chiều dài sợi quang [Km]
2.2.2. Các nguyên nhân gây suy hao.
a/. Suy hao do hấp thụ. (Hình a,b,c).
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 16 SV: Nguyễn Hữu Anh


+:< 

+:L<
L
M
-N&2'45'O&)*
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
- Sự hấp thụ kim loại: Các tạp chất kim loại trong thuỷ tinh là một trong
những nguồn hấp năng lượng ánh sáng. Các tạp chất kim loại trong sợi
quang hấp thụ ánh sáng thường gặp là Cu, Fe, Mn, Cr, Ni……
- Mức độ hấp thụ ánh sáng nhiều hay Ýt phụ thuộc loại tạp chất, lượng tạp
chất và bước sóng ánh sáng truyền trong sợi quang. Để có được sợi quang có độ
suy hao dưới 1dB/km cần phải có thuỷ tinh thật tinh khiết với nồng độ tạp chất
không quá một phần tỷ (10
-9

).
- Sự hấp thụ Ion OH: Do các Ion còn lại trong sợi quang sau khi chế tạo đã
hấp thụ ánh sáng. Mức độ hấp thụ năng lượng ánh sáng nhiều hay Ýt cũng phụ
thuộc vào bước sóng ánh sáng truyền trong sợi quang. Đặc biệt độ hấp thụ tăng vọt
ở các bước sóng gần 950nm, 1240nm, 1400nm.  vậy độ Èm cũng là một nguyên
nhân gây ra suy hao của sợi quang.
- Sự hấp thụ ở vùng cực tím và hồng ngoại: Do vùng ánh sáng cực tím và
hồng ngoại hấp thụ ánh sáng mà bản thân ánh sáng truyền trong sợi quang năm
trong vùng hồng ngoại và cận cực tím. Mức độ hấp thụ năng lượng ánh sáng cũng
phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng truyên trong sợi quang.
b/. Suy hao do tán sắc (Hình 1).
- Do tán xạ Rayleigh: Hiện tượng này xẩy ra do sợi quang sau khi chế tạo
có những chỗ không đồng nhất cho nên khi ánh sáng truyền trong sợi
quang gặp những chỗ gây ra tán xạ Rayleigh. Khi kích thước của vùng
không đồng nhất bằng 1/10
λ
thì chúng trở thành những nguồn, điểm để
tán xạ. Các tia sáng truyền qua các điểm này sẽ toả ra nhiều hướng, chỉ
còn một phần năng lượng ánh sáng tiếp tục truyền theo hướng cũ, phần
còn lại truyền theo hướng khác.
- Độ suy hao của tán xạ Rayleigh tỉ lệ nghịch với luỹ thừa bậc 4 của bước
sóng (
λ
-4
) nên giảm rất nhanh về phia bước sóng dài nhưng nó ảnh
hưởng đáng kể ở bước sóng ngắn.
- ở bước sóng 850nm suy hao do tán xạ Rayleigh của sợi silicon khoảng từ
1 đến 2 dB ở
λ
= 1300nm suy hao là 0,3dB/km. Còn ở

λ
= 1550nm suy
hao nhỏ nhất. Hiện tượng tán xạ Rayleigh còn được áp dụng trong kĩ
thuật đo lường, trong các máy đo quang
- Do mặt phân cách giữa lõi và lớp bọc (vỏ) không hoàn hảo: Hiện tượng
này xẩy ra khi mặt phân cách giữa lõi và lớp vỏ không hoàn hảo, làm cho
tia sáng không phản xạ toàn phần trong lõi mà có một phần khúc xạ ra vá
do không thoả mãn điều kiện phản xạ toàn phần.
c/. Suy hao do uốn cong (Hình 2).
Những chỗ uốn cong nhỏ thì suy hao của sợi quang lớn do tia sáng tự lệch
trục, sự phân bố thường bị sáo trộn khi đi qua những chỗ tự uốn cong nhỏ
dẫn tới sự phát xạ năng lượng ra khỏi lõi sợi quang.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 17 SV: Nguyễn Hữu Anh
P33Q33R3333333S33Q33
3

c/. §é hÊp thô cña c¸c t¹p chÊt kim lo¹i
α:.TF<

Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
600
500
400
300
200
100

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 18 SV: Nguyễn Hữu Anh
Q33R3333333S33Q33



3
α:.TF<

Q33R3333333S33Q33



3
α:.TF<

b/. §é hÊp thô OH
α:.,F<α:.,F<
Q33R3333333S33Q33
33
3

3U
3U3

FU!462(#V"#$6
2(6
2("
Q33R3333333S33Q33
33
3

3U

3U3

a/. Suy hao hÊp thô vïng cùc tÝm vµ hång
ngo¹i
2(6
2("
3WX3WR3WYWWW WSWPWQ
α:.,F<
S
3W 
>Z!46.6%[4\K


P

Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện


2.2.3. Tán sắc.
a. Định nghĩa tán sắc.
Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang ký hiệu D, đơn vị giây (s) được tính bằng:
2
i
2
0
TTD
−=
Trong đó: T
i

là độ rộng xung vào
T
o
là độ rộng xung ra
- Độ tán sắc do chất liệu người ta đánh giá trên mỗi km sợi ứng với mỗi mm
của bề rộng phổ của nguồn quang, lúc đó đơn vị tính là PS/Km.Km.
- Độ tán sắc qua mỗi Km sợi tính bằng đơn vị us/Km hoặc PS/Km.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 19 SV: Nguyễn Hữu Anh
G
G
G
G
G
G
G
G
G
3

3W
3 3 3
3
S3 P3 Q3
3
[:<>
>?!46.6064]K6,%[


L


3

3

3
F
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
b. Các nguyên nhân gây tán sắc.
- Tán sắc Mode: chỉ xuất hiện ở sợi damode. Các thành phần ánh sáng lan
truyền nhờ các mode riêng rẽ với thời gian khác nên có sự chênh lệch thời gian,
sinh ra méo xung. Dạng xung đầu vào máy thu phụ thuộc 2 yếu tố chính:
+ Thành phần công suất từ nguồn từ nguồn phát quang ghép vào sợi.
+ Sự phân bố các mạch mode truyền dẫn trên sợi quang với loại sợi SI - MM.
+ Tia 1: Tia dài nhất
1Dcos
2
1d
=
+ Tia 2: tia ngắn nhất d
2
= L
Thời gian truyền của tia 1:
θ
1
= d
1
/V.
(Với V là vận tốc ánh sáng truyền trong lõi sợi V = C/n
1

)
mà cos
θ
1
- sin
θ
c
=
2
1
n
n
nên
2
2
1
1
Cn
Ln
t =
Thời gian truyền của tia 2:
C
Ln
n/C
L
V
d
t
1
1

2
2
===

Thời gian chênh lệch giữa 2 đường truyền là:
2
21
1
1
2
2
1
21
n
nn
n
C
L
C
Ln
Cn
Ln
ttt
−
=−=−=∆
∆=∆
.n
C
L
t

1
Trong đó:
2
21
n
nn
−
=∆
độ chênh lệch chiết suất.
Thời gian chênh lệch trên mỗi loại sợi cũng chính là độ giản xung do tán sắc
mode.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20 SV: Nguyễn Hữu Anh
L
θ






Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
∆−=
∆
=
C
n
2
t
D

1
emod
Đối với sợi có chiết suất giảm dần GI độ giãn xung do tán sắc mode nhỏ hơn
so với SI.
8
.n
C
L
t
2
1
∆
=∆
Độ dẫn xung qua mỗi khối lượng sợi hay độ tán sắc mode:
8
.
C
n
L
t
D
2
1
emod
∆
=
∆
=
- Tán sắc thể: gồm có tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng. Tán sắc thể
còn gọi là tán sắc bước sóng.

+ Tán sắc vật liệu: là hiện tượng do ánh sáng truyền trong sợi quang không
phải là đơn sắc mà là đa sắc. Mỗi bước sóng khác nhau sẽ có chiết suất khác cho
nên vận tốc truyền khác.
Tán sắc do vật liệu được xác định bởi:
2
2
mod
)(
λ
λλ
d
nd
C
mD
e
−==
)(n
λ
: triết suất lõi sợi.
Độ tán sắc chất liệu cho biết mức độ giãn xung của mỗi mm bề rộng nguồn
quang qua mỗi km sợi với đơn vị là PS/nm. Km.
Ở bước sóng 850mm độ tán sắc M = 90
÷
120PS/nm. Km.
Ở bước sóng 1300mm tán sắc vật liệu bằng tán sắc ống dẫn sóng ngược dẫn
nên
M =0.
Ở bước sóng 155mm thì M = 20PS/nm. Km.
+ Tán sắc ống dẫn sóng: là hiện tượng do phân bố năng lượng ánh sáng trong
sợi

quang phụ thuộc vào bước sóng gây ra tán sắc. Tán sắc ống dẫn sóng rất nhỏ
chỉ đáng chú ý với sợi đơn mode
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 21 SV: Nguyễn Hữu Anh
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
+ Tóm lại: tán sắc xảy ra trong sợi quang bao gồm tán sắc mode và tán sắc
thể. Sợi quang mode chỉ có tán sắc thể vì trong sợi quang đơn mode chỉ truyền mét
tia sáng cho nên không có tán sắc mode xẩy ra.
Ddchr: chromatic dispersion.
2.3. 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 2 lớp trên bằng thủy tinh, lõi để dẫn ánh
sáng và lớp vỏ bọc để giữ ánh sáng tập trung trong lõi nhờ sự phản xạ thành phần
giữa lớp lõi và lớp vỏ bọc. Để bảo vệ sợi quang tránh nhiều tác động do điều kiện
bên ngoài sợi quang còn được bọc thêm một vài lớp nữa.
- Lớp phủ hay lớp vỏ thứ nhất (primany coating).
- Lớp vỏ thứ hai (Secondary coating).
Cấu trúc sợi quang.
2.3.1. Lớp phủ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 22 SV: Nguyễn Hữu Anh
G
G
G
G
G
G
G
G
3
S

R

GS
GR
G
.':!FUI<

 
 33
Q33
L#^
L
_
L
,`
La
3
PP3
3WY
%&E_%\6&)
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
Có tác dụng bảo vệ sợi quang.
- Chống lại sự xâm nhập của hơi nước.
- Tránh xước gây nên vết nứt.
- Giảm ảnh hưởng vì uốn cong.
Vật liệu có thể là Epoxyrylate, polyrethanes ethylen - Vinyl - Cicetate chiết
suất lớp phủ lớn hơn triết suất lớp bọc sát lõi sợi. Lớp phủ này được nhuộm màu và
thêm các vòng đánh dấu.
Thông thường đường kính lớp phủ thứ nhất là 250

µ
m đối với sợi có đường
kính lớp bọc là 125
µ
m.
2.3.2. Lớp vỏ.
Có tác dụng tăng cường sức chịu đựng của sợi quang trước các tác dụng có
bọc và sự thay đổi nhiệt độ.
- Dạng ống đệm.
- Dạng đệm khít.
- Dạng băng dẹt.
Mỗi dạng có những ưu điểm nhược điểm khác nhau do đó nó được sử dụng
trong từng điều kiện khác nhau.
a. Dạng ống đệm lỏng.
- Èng đệm lỏng thường gồm 2 lớp, lớp trong có hệ số ma sát nhỏ để sợi quang
di chuyển tự do khi cáp bị kéo căng hoặc co lại, lớp ngoài bảo vệ sợi quang trước
ảnh hưởng cực cơ học. Đối với cáp trong nhà thì bên trong ống dẫn lỏng không cần
chất nhồi nhưng với cáp ngoài trời thì phải bơm thêm chất nhồi có tính chất sau:
+ Có tác dụng ngăn Èm.
+ Có tính nhớt không tác dụng hóa học với các thành phần khác của cáp.
+ Để tẩy, sạch khí cần hàn nối.
+ Khó cháy:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 23 SV: Nguyễn Hữu Anh
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
Cấu trúc ống đệm lỏng có nhiều ưu điểm nên được dùng trong các đường
truyền dẫn cần chất lượng cao, trong điều kiện môi trường thay đổi nhiều.
Cấu trúc ống đệm.
b. Dạng đệm khít.
Để đảm bảo vệ sợi quang dưới tác dụng của nhiều điều kiện bên ngoài là bọc

một lớp vỏ ôm sát lớp . Phương pháp này làm giảm đường kính của lớp vỏ do đó
giảm kích thước và trọng lượng của cáp, song sợi quang lại chịu ảnh hưỏng trực
tiếp khi cáp bị kéo căng, để giảm ảnh hưởng này người ta chèn thêm một lớp đệm
mềm ở giữa lớp phủ và lớp vỏ. Hình thức này gọi là cấu trúc đệm tổng hợp. Sợi
quang có vỏ đệm khít và đệm tổng hợp thường được dùng làm cáp đặt trong
nhà
Cấu trúc sợi quang có vỏ đệm tổng hợp
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 24 SV: Nguyễn Hữu Anh
3WY
!)
L_
L
L#^
WWS:<
!)
L_
è
-2K\
Trường Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự khoa Vô tuyến
điện
c. Dạng băng dẹt
Cấu trúc băng dẹt cũng là một dạng vỏ đệm khít nhưng bọc nhiều sợi quang
thay vì một sợi. Số sợi trong băng có thể đến 12, bề rộng của mỗi băng tuỳ thuộc
vào số sợi trong băng.
Nhược điểm: Có nhược điểm giống  cấu trúc đệm khít, tức là sợi quang
chịu ảnh hưởng trực tiếp khi cáp bị kéo căng.
Cấu trúc băng dẹt.
2.4. Các linh kiện biến đổi quan
2.4.1. Khái niệm chung về biến đổi quang.
Linh kiện biến đổi quang được đặt ở 2 đầu sợi quang .

- Linh kiện biến đổi từ tín hệu điện sang tín hệu quang, được gọi là nguồn
quang linh kiện này có nhiệm vụ phát ra áp suất có công suất tỷ lệ với dòng chạy
của nó.
- Linh kiện biến đổi tín hệu quang thành tín hệu điện gọi là linh kiện thu
quang nó tạo ra dòng điện có cường độ tỷ lệ với công suất quang chiếu vào nó.
Chất lượng các linh kiện này vào chất lượng của sợi quang quyết định chất lượng,
cự ly của tuyến truyền dẫn quang.
2.4.2. Yêu cầu kỹ thuật của linh kiện biến đổi quang.
a. Đối với nguồn quang.
Nguồn quan là những thiết bị thực hiện việc biến đổi tín hệu điện quang rồi
phát ra tín hệu vào đường truyền.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 25 SV: Nguyễn Hữu Anh
TbS TbR