Đồ Án Công Nghệ Ghép Kênh Sdh - Thông Tin Bằng Cáp Quang.docx

Đồ án tốt nghiệp
kênh SDH

MụC LụC

Cộng nghệ ghép

Trang

Phần 1 :
Tổng quát về hệ thống thông tin bằng cáp quang......1
Chơng 1 : Giới thiệu tổng quát-------------------------2
1.1------------------------------------------------------------------------ :
Lịch sử phát triển ----------------------------------------------- 2
1.2------------------------------------------------------------------------ :
Cấc thành phần của một tuyến truyền dẫn sợi quang
-------------------------------------------------------------------------3
1.3------------------------------------------------------------------------ :
Những ứng dụng của sợi quang------------------------------4
1.4-------------------------------------------------------------- : Ưu
điểm của thông tin quang-------------------------------5
Chơng 2 : Lý thuyết chung về sợi dÉn quang------6
2.1 : C¬ së quang häc---------------------------------------------6
2.2 : Sù trun dÃn ánh sáng trong sợi quang----------------7
2.3 : Các dạng phân bé chiÕt st trong sỵi quang-------7
2.3.1 : Sỵi quang cã chiết suất nhảy bậc ( SI )--------------7
2.3.2 : Sợi quang có chiết suất giảm dần ( GI )-------------8
2.3.3 : Các dạng chiết suất khác---------------------------------9
2.4 : Sợi đa mode và đơn mode-------------------------------10
2.4.1 : Sợi đa mode ( MM )----------------------------------------11
2.4.2 : Sợi đơn mode ( SM )---------------------------------11

Chơng 3 : Các thông số cđa sỵi quang-----------------13
3.1 : Suy hao cđa sỵi quang--------------------------------------13
3.2 : Các nguyên nhân gây suy hao trên sợi quang-------14
3.2.1 : Suy hao do hÊp thơ----------------------------------------14
3.2.2 : Suy hao do t¸n xạ-------------------------------------------15
3.2.3 : Đặc truyến suy hao---------------------------------------15
3.3 : Tán sắc----------------------------------------------------------16
3.3.1 : Tán sắc mode-----------------------------------------------16
3.3.2 : Tán sắc thể -------------------------------------------------17
3.3.3 : Tán sắc chất liệu------------------------------------------17
3.3.4 : Tán sắc do tác dụng của ống dẫn sóng-------------18
3.3.5 : Tán sắc thể của các loại sợi--------------------------19
Chơng 4 : Cấu trúc sợi quang ---------------------------20
4.1 : Lớp phñ-----------------------------------------------------------20
1


Đồ án tốt nghiệp
kênh SDH

Cộng nghệ ghép

4.2 : Lớp vỏ-------------------------------------------------------------21
4.2.1 : Dạng ống đệm lỏng---------------------------------------21
4.2.2 : Dạng đệm khít---------------------------------------------22
4.2.3 : Dạng băng dẹt-----------------------------------------23
Chơng 5 : Cáp sợi quang và hàn nối sợi quang------24
5.1 : Cấu trúc cáp quang------------------------------------------24
5.2 : Phân loại cáp quang-----------------------------------------25
5.2.1 : Phân loại theo cấu trúc----------------------------------25

5.2.2 : Phân loại theo mục đích sử dụng-------------------25
5.2.3 : Phân loại theo điều kiện lắp đặt------------------25
5.3 : Hàn nối sơi quang--------------------------------------26
5.3.1 : Khái quát-----------------------------------------------------26
5.3.2 : Chuẩn bị đấu sợi-------------------------------------------26
5.3.3 : Hàn sợi quang------------------------------------------------27
5.3.4 : Phơng pháp hàn nóng chảy-------------------------27
Chơng 6 : Linh kiện biến đổi quang-----------------29
6.1 : Tổng quát------------------------------------------------------29
6.1.1 : Đối với nguồn quang----------------------------------------29
6.1.2 : Đối với linh kiện tách sóng quang----------------------30
6.2 : Nguån quang---------------------------------------------------31
6.2.1 : Nguyªn lý chung--------------------------------------------31
6.2.2 : LED--------------------------------------------------------------32
6.2.3 : LASER----------------------------------------------------------37
6.3 : Tách sóng quang----------------------------------------------42
6.3.1 : Nguyên lý chung--------------------------------------------42
6.3.2 : Những thông số cơ bản---------------------------------42
6.3.3 : Diode thu quang PIN--------------------------------------44
6.3.4 : Diode thu quang APD--------------------------------45
Phần 2 :
Công nghệ SDH--------------------------------------------49
Chơng 1 : Giới thiệu về kỷ thuật SDH----------------50
1.1------------------------------------------------------------------------ :
Các yêu cầu về mạng truyền dẫn---------------------------50
1.2------------------------------------------------------------------------ :
KháI niệm về SDH-----------------------------------------------50
1.3------------------------------------------------------------------------ :
Các đặc tính của PDH và SDH-----------------------------53
1.4--------------------------------------------------------------Ph

ân cấp hệ thống SDH------------------------------------56
Chơng 2 : CÊu tróc ghÐp kªnh--------------------------58
2


Đồ án tốt nghiệp
kênh SDH

Cộng nghệ ghép

2.1 : Cấu trúc ghép kênh cơ bản------------------------------58
2.1.1 : Ghép 140 Mb/s thành STM – 1-------------------------59
2.1.2 : GhÐp 3 x 34 Mb/s thµnh STM – 1----------------------61
2.1.3 : GhÐp 63 luång 2 Mb/s thµnh STM – 1---------------62
2.2 : CÊu tróc c¸c khèi----------------------------------------------66
2.2.1 : Container C --------------------------------------------------66
2.2.2 : Container ảo VC--------------------------------------------67
2.2.3 : Đơn vị luồngTU---------------------------------------------69
2.2.4 : Nhóm đơn vị luồng TUG-------------------------------72
2.2.5 : Các đơn vị quản lý AU----------------------------------76
2.2.6 : Nhóm đơn vị quản lý AUG-----------------------------78
2.2.7 : CÊu tróc khung STM – 1----------------------------------78
2.2.8 : CÊu tróc khung STM N----------------------------------80
2.3 : Các chức năng quan trọng----------------------------------84
2.3.1 : Chức năng của các byte SOH---------------------------84
2.3.2 : Chức năng cửa các byte VC 3 POH và VC 4 POH
-----------------------------------------------------------------------------85
2.3.3 : Chức năng của các byte VC 12 POH ( V5)--------86
2.3.4 : Chức năng, vị trí, cấu trúc các loại con trỏ và sự
hoạt động--------------------------------------------------------------87

2.4 : Cân chỉnh con trỏ-------------------------------------------88
2.4.1 : Cân chỉnh không-----------------------------------------88
2.4.2 : Cân chỉnh dơng------------------------------------------88
2.4.3 : Cân chỉnh âm--------------------------------------------89
Phần 3 :
Thiết bị thông tin quang--------------------------------90
Chơng 1 : Các thành phần của mạng truyền dẫn SDH
-------------------------------------------------------------------91
1.1------------------------------------------------------------------------ :
Thiết bị đờng truyền------------------------------------------91
1.1.1: Thiết bị cuối đờng dây---------------------------------91
1.1.2: Thiết bị trạm lặp-------------------------------------------92
1.2------------------------------------------------------------------------ :
Thiết bị ghép kênh---------------------------------------------92
1.2.1: Terminal Multiplexer ( TM )------------------------------92
1.2.2: Add & Drop Multiplexer ( ADM )------------------------92
1.3--------------------------------------------------------------:
ThiÕt bÞ nối chéo động bộ SDXC-----------------------93
Chơng 2 : Cấu trúc mạng trong hÖ thèng SDH-----94
3


Đồ án tốt nghiệp
kênh SDH

Cộng nghệ ghép

2.1 : Mạng điểm - điểm-----------------------------------------94
2.2 : Mạng BUS--------------------------------------------------------94
2.3 : Mạng hình sao------------------------------------------------94

2.4 : Mạng vòng ------------------------------------------------------95
2.5 : Mạng hỗn hợp---------------------------------------------96
Chơng 3 : Giới thiệu tổng quát thiết bị FLX 150/600
FIJITSU---------------------------------------------------------97
3.1 : Các đặc điểm chung của hệ thống------------------97
3.2 : Các cấu hình mạng áp dụng------------------------------97
3.2.1 : Mạng điểm nối điểm------------------------------------97
3.2.2 : Mạng tuyến tính-------------------------------------------97
3.2.3 : Mạng phân nhánh------------------------------------------98
3.2.4 : Mạng vòng----------------------------------------------------98
3.2.5 : Mạng líi---------------------------------------------------------98
3.3 : VÊn ®Ịn ®ång bé hƯ thèng -----------------------------98
3.3.1 : Nguồn động bộ---------------------------------------------98
3.3.2 : Đầu ra đồng bộ---------------------------------------------98
3.3.3 : Lựa chọn nguồn đồng bộ--------------------------------98
3.3.4 : Chuyển mạch nguồn đồng bộ-------------------------99
3.4 : Mô tả tổng quát thiết bị-----------------------------------99
3.4.1 : Cấu hình các khối-----------------------------------------99
3.4.2 : Sơ đồ khối FLX 150/600--------------------------------100
3.5 : Các đặc tính kỷ thuật cơ bản--------------------------101
3.5.1 : Thông số kỷ thuËt------------------------------------------101
3.5.2 : C¸c giao tiÕp-------------------------------------------------102
3.5.3 : C¸c Overhead byte-----------------------------------------104
3.5.4 : Yêu cấu nguồn cung cấp---------------------------------104
3.6 : Các chức năng hệ thống------------------------------------107
3.6.1 : Chức năng đồng bộ---------------------------------------107
3.6.2 : Chức năng kết nối đờng dẫn---------------------------107
3.6.3 : Chức năng dữ phòng--------------------------------------107
3.7 : Các chứcnăng bảo dỡng chính khi hoạt động--------110
3.7.1 : Chức năng tự động ngắt nguồn Laser (ALS)-----110

3.7.2 : Chức năng kiểm soát vật lý----------------------------110
3.7.3 : Chức năng dữ phòng--------------------------------------111
3.7.4 : Quản lý đờng truyền-------------------------------------111
3.7.5 : Chức năng giám sát chất lợng thông tin--------------112
3.7.6 : Chức năng Testing-----------------------------------------113
3.7.7 : Chức năng thoại nghiệp vụ------------------------------114
3.7.8 : Chức năng kênh ngời sử dụng--------------------------114
4


Đồ án tốt nghiệp
kênh SDH

Cộng nghệ ghép

3.7.9 : Chức năng giao diện nội hạt----------------------------115
3.7.10 : Chức năng bảo mật--------------------------------------115
3.7.11 : Chức năng kiểm tra và cảnh báo hệ thống-----115
Phần 4 :
thiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang-----------------------118

5


Đồ án tốt nghiệp
kênh SDH

Cộng nghệ ghép

Lời mở đầu

Sự phát triển của cơ sở hạ tầng thông tin là một trong
những yếu tố quan trọng thúc đẩy nền kinh tế phát triển
và góp phần không nhỏ vào việc nâng cao và hiện đại
hoá đời sống xà hội. Đặc biệt trong những năm gần đây,
với sự tiến bộ vợt bậc của công nghệ điện tử viễn thông.
Công nghệ thông tin quang cũng có những bớc phát triển
không ngừng. Từ những kiến thức cơ bản ở đầu thế kỷ,
đến những nghiên cứu trong các thập niên 60 và 70, việc
giảm nhỏ suy hao của sợi quang tới mức khá tối u ở thập
niên 80 đà mở ra một kỷ nguyên mới về thông tin bằng cáp
quang. Ngày nay công nghệ này đà và đang phát triển
không ngừng và ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong
chiến lợc hiện đại hoá mạng viễn thông công nghệ thông
tin. Xuất phát từ đặc tính truyền dẫn rất u việt về tốc
độ lẫn dung lợng của cáp sợi quang, kỷ thuật thông tin
quang không chỉ áp dụng trong mạng viễn thông, truyền
dẫn số liệu mà còn cả trong các mạng máy tính, phát
thanh truyền hình, ngành hàng không, cảnh báo..vv
Trong khuôn khổ quyển Đồ án tốt nghiệp này em xin
trình bày nghiên cứu của em về những vấn đề sau :
Phần I : Tổng quan về hệ thống thông tin
bằng cáp quang
Phần II : Kỷ thuật SDH
Phần III : Thiết bị thông tin quang
Phần IV : Thiết kế tuyến thông tin quang
Do thời gian và trình độ có hạn nên không thể
tránh khỏi thiếu sót, rất mong đợc sự đóng góp ý kiến
của các thầy cô và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của

các thầy cô đặc biệt là sự hớng dẫn nhiệt tình của thầy
NGUYễN NAM QUÂN, Khoa điện tử-Viễn thông của Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Xin chân thành cảm ơn các
đồng nghiệp đà giúp đỡ tôi nghiên cứu hoàn thành đồ án
tốt nghiƯp nµy.

6


Đồ án tốt nghiệp
kênh SDH

Cộng nghệ ghép

Hà nội : Ngày 20 thàng 6 năm 2006
Sinh viên thực hiện

PHầN I :

Tổng quan về hệ thống thông tin bằng cáp
quang

7


Đồ án tốt nghiệp
kênh SDH

Cộng nghệ ghép

CHƯƠNG I :

GiớI THIệU TổNG QUáT
1.1. Lịch sử phát triển:
Trải qua một thời gian dài từ khi con ngời sử dụng ánh
sáng của lửa để làm phơng tiện thông tin liên lạc đến nay
lịch sử của thông tin quang đà qua những bớc phát triển và
hoàn thiện đợc ghi nhận bằng những mốc chính sau:
-

1790 : CLAUDE CHAPPE, kỹ s ngời Pháp, đà xây dựng một

hệ thống điện báo quang (Optical Telegraph). Hệ thống này
gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiệu di động trên đó.
Thời ấy tin tức đợc truyền bằng hệ thống này vợt chặng đờng
200 km trong vòng 15 phút.
-

1870 : JOHN TYNDALL, nhà vật lý ngời Anh, đà chứng tỏ

rằng ánh sáng có thể dẫn đợc theo vòi nớc uốn cong. Thí
nghiệm của ông đà sử dụng nguyên lý phản xạ toàn phần,
điều này vẫn còn áp dụng cho sợi quang ngày nay.
-

1880 : ALEXANDER GRAHAM BELL, ngời Mü, giíi thiƯu hƯ

thèng photophone, qua ®ã tiÕng nãi cã thể truyền đi bằng
ánh sáng trong môi trờng không khí mà không cần dây. Tuy
nhiên hệ thống này cha đợc áp dụng trên thực tế vì còn quá
nhiều nguồn nhiễu làm giảm chất lợng của đờng truyền.
-

1934 : NORMAN R. FRENCH, kỹ s ngời Mỹ, nhận đợc bằng

sáng chế về hệ thống thông tin quang. Phơng tiện truyền dẫn
của ông là các thanh thuỷ tinh.
-

1958 : ARTHUR SCHAWLOW và CHARLES H. TOWNES,

xây dựng và phát triển laser.

8


Đồ án tốt nghiệp
kênh SDH
-

Cộng nghệ ghép

1960 : THEODOR H. MAIMAN đa laser vào hoạt động

thành công.
-

1962 : Laser bán dẫn và photodiode bán dẫn đợc thừa

nhận. Vấn đề còn lại là phải tìm môi trờng truyền dẫn quang
thích hợp.

-

1966 : CHARLES H. KAO vµ GEORGE A. HOCKHAM, hai kü

s phòng thí nghiệm Standard Telecommunications của Anh,
đề xuất việc dùng thuỷ tinh để truyền dẫn ánh sáng. Nhng do
công nghệ chế tạo sợi thuỷ tinh thời ấy còn hạn chế
-

nên suy hao của sợi quá lớn ( ~ 1000 dB/km).

-

1970 : HÃng Corning Glass Works chế tạo thành công sợi

quang loại SI có suy hao nhỏ hơn 20 db/km ở bớc sóng 633 nm.
-

1972 : Loại sợi GI đợc chế tạo với độ suy hao 4 dB/km.

-

1983 : Sợi đơn mode (SM) đợc xuất xởng ở Mỹ.

-

Ngày nay sợi đơn mode đợc sử dụng rộng rÃi. độ suy hao

của loại sợi này chỉ còn khoảng 0,2 dB/km ở bớc sóng 1550 nm.

1.2. Các thành phần của một tuyến truyền dẫn sợi
quang:
Tín hiệu điện
Mạch kích
thích

Tín hiệu quang
Nguồn
quang

Thiết bị phát

Tín hiệu điện
Linh kiện
thu quang

Sợi quang

KĐ

Phục hồi
tín hiệu

Thiết bị thu

Hình 1.1 : các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp
sợi quang

9

Đồ án tốt nghiệp
kênh SDH

Cộng nghệ ghép

Các thành phần chính của một tuyến truyền dẫn sợi
quang đợc nêu trong hình trên. Trong đó tín hiệu điện có
thể ở dạng analog hoặc digital, ngày nay tín hiệu digital đợc
dùng phổ biến hơn.
Nếu cự ly truyền dẫn dài thì giữa hai trạm đầu cuối phải
có một hoặc một vài trạm tiếp vận với sơ đồ khối sau :

Tín hiệu quang

Tín hiệu quang
Thu quang

KĐ

Sửa dạng

Phát quang

Hình 1.2 : sơ đồ khối một trạm lặp

1.3. Những ứng dụng của sợi quang :
Cùng với sự phát triển không ngừng về thông tin viễn thông, hệ
thống truyền dẫn quang - truyền tín hiệu trên sợi quang đà và
đang phát triển mạnh mẽ ở nhiều nớc trên thế giới. Do có nhiều

u điểm hơn hẳn các hình thức thông tin khác về dung lợng
kênh, kinh tế... mà thông tin quang giữ vai trò chính trong
việc truyền tín hiệu ở các tuyến đờng trục và các tuyến
xuyên lục địa, xuyên đại dơng. Công nghệ ngày nay đà tạo ra
kỹ thuật thông tin quang phát triển và thay đổi theo xu hớng
hiện đại và kinh tế nhất.

1
0


Đồ án tốt nghiệp
kênh SDH

Cộng nghệ ghép

Đặc biệt công nghệ sợi quang đơn mode có suy hao nhỏ điều
này đà làm đơn giản việc tăng đợc chiều dài toàn tuyến
thông tin quang. Thêm vào đó khi công nghệ thông tin quang
kết hợp và khuếch đại quang ra đời làm tăng chiều dài đoạn
lên gấp đôi hoặc gấp n lần. Nh vậy chất lợng tín hiệu thu trên
hệ thống này sẽ đợc cải thiện một cách đáng kể.
ở nớc ta thông tin cáp sợi quang đang ngày càng chiếm vị
trí quan trọng. Các tuyến cáp quang đợc hình thành, đặc
biệt là hệ thống cáp quang Hà Nội - Hồ Chí Minh chiếm một vị
trí quan trọng trong thông tin toàn quốc.
Trong tơng lai mạng cáp quang sẽ đợc xây dựng rộng khắp.
Tuyến đờng trục cáp quang sẽ đợc rẽ nhánh tới các tỉnh, thành
phố, quận, huyện và xây dựng tuyến cáp quang nội hạt.
Vị trí của sợi quang trong mạng thông tin giai đoạn hiện

nay:
-

Mạng đờng trục xuyên quốc gia

-

Mạng riêng của các công ty đờng sắt, điện lực, ...

-

Đờng trung kế

-

Đờng cáp thả biển liên quốc gia

-

Đờng truyền số liệu, mạng LAN

-

Mạng truyền hình.

-

Trong tơng lai sợi quang có thể đợc sử dụng trong

mạng thuê bao.

1.4. Ưu điểm của thông tin sợi quang:
So với dây kim loại sợi quang có nhiều u điểm đáng chú ý
là:

1
1


Đồ án tốt nghiệp
kênh SDH

Cộng nghệ ghép

- Suy hao thấp: cho phép kéo dài khoảng cách tiếp vận do
đó giảm đợc số trạm tiếp vận
- Dải thông rất rộng: có thĨ thiÕt lËp hƯ thèng trun dÉn
sè tèc ®é cao
- Trọng lợng nhẹ, kích thớc nhỏ
- Hoàn toàn cách điện không chịu ảnh hởng của sấm xét
- Không bị can nhiễu bởi trờng điện từ
- Xuyên âm giữ các sợi dây không đáng kể
- Vật liệu chế tạo có rất nhiều trong thiên nhiên
- Dùng hệ thống thông tin sợi quang kinh tế hơn so với sợi
kim loại cùng dung lợng và cự ly.
***

1
2

Đồ án tốt nghiệp
ghép kênh SDH

Công nghệ

Chơng II :
Lý thuyết chung về sợi dẫn quang
2.1. Cơ sở quang học:
ánh sáng dùng trong thông tin quang nằm ở vùng cận hồng
ngoại với bớc sóng từ 800 nm đến 1600 nm. Đặc biệt có 3 bớc
sóng thông dụng là 850 nm, 1300 nm, 1550 nm.
Chiết suất của môi trờng:

n=

C
V

Trong đó :
n: chiết suất của môi trờng.
C: vận tốc ánh sáng trong chân không
C = 3. 108m/s
V: vận tốc ánh sáng trong môi trờng
Vì V C nên n 1
Sự phản xạ toàn phần:

Định luật Snell :

n 1 sin =

n2 sin
1

Môi trường 2: n2

Tia khúc xạ
2

Môi trường 1: n1
3

T
2

1
Tia phản xạ

3
1
Tia phản xạ

Hình 1.3 : Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng

SVTH: Đinh Văn Khoan

6


Đồ án tốt nghiệp

ghép kênh SDH

Công nghệ

Nếu n1 n2 thì nếu tăng thì cũng tăng theo và
luôn luôn lớn hơn . Khi = 900 tức là song song với mặt tiếp
giáp, thì đợc gọi là góc tới hạn T nếu tiếp tục tăng sao cho
T thì không còn tia khúc xạ mà chỉ còn tia phản xạ hiện tợng
này gọi là sự phản xạ toàn phần.
Dựa vào công thức Snell có thể tính đợc góc tới hạn T :

sin T =

n2
n1

2.2. Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang:
* Nguyên lý truyền dẫn chung:
ứng dụng hiện tợng phản xạ toàn phần, sợi quang đợc chế
tạo gồm một lõi (core) b»ng thủ tinh cã chiÕt st n1 vµ mét líp
bäc (cladding) b»ng thủ tinh cã chiÕt st n2 víi n1 n2 ánh
sáng truyền trong lõi sợi quang sẽ phản xạ nhiều lần (phản xạ
toàn phần) trên mặt tiếp giáp giữa lõi và lớp vỏ bọc. Do đó ánh
sáng có thể truyền đợc trong sợi có cự ly dài ngay cả khi sợi bị
uốn cong với một độ cong cã giíi h¹n.

n2

n1

n

Líp bäc (cladding) n2
Lâi (core) n1
Líp bäc (cladding) n2

Hình 1.4 : Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

SVTH: Đinh Văn Khoan

7


Đồ án tốt nghiệp
ghép kênh SDH

2.3.

Công nghệ

Các dạng phân bố chiết suất trong sợi

quang:
2.3.1/ Sợi quang có chiết suất nhảy bậc (sợi SI:
Step- Index):
Đây là loại sợi có cấu tạo đơn giản nhất với chiết suất của
lõi và lớp vỏ bọc khác nhau một cách rõ rệt nh hình bậc thang.
Các tia sáng từ nguồn quang phóng vào đầu sợi với góc tới khác
nhau sẽ truyền theo các đờng khác nhau
n2

n2

n1

n

n1 > n2
n2

Hình 1.5 : Sự truyền ánh sáng trong sợi quang có chiết suất nhảy bậc (SI)

Các tia sáng truyền trong lõi với cùng vận tốc :

V=

C
n1

ở đây n1 không đổi mà chiều dài đờng truyền khác
nhau nên thời gian truyền sẽ khác nhau trên cùng một chiều dài
sợi. Điều này dẫn tới một hiện tợng khi đa một xung ánh sáng hẹp
vào đầu sợi lại nhận đợc một xung ánh sáng rộng hơn ở cuối sợi.
Đây là hiên tợng tán sắc,do độ tán sắc lớn nên sợi SI không thể
truyền tín hiệu số tốc độ cao qua cự ly dài đợc. Nhợc điểm này
có thể khắc phục đợc trong loại sợi có chiết suất giảm dần

SVTH: Đinh Văn Khoan

8

Đồ án tốt nghiệp
ghép kênh SDH

Công nghệ

2.3.2/ Sợi quang có chiết suất giảm dần (sợi GI:
Graded- Index):
Sợi GI có dạng phân bố chiết suất lõi hình parabol, vì
chiết suất lõi thay
đổi một cách liên tục nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn
cong dần.
n2
n
2

n
1
n(r)
n2

Đờng truyền của các tia sáng trong sợi GI cũng không bằng nhau
Hình 1.6 : Sự truyền ¸nh s¸ng trong sỵi GI

nhng vËn tèc trun cịng thay đổi theo. Các tia truyền xa trục
có đờng truyền dài hơn nhng lại có vận tốc truyền lớn hơn và
ngợc lại, các tia truyền gần trục có đờng truyền ngắn hơn nhng
lại có vận tốc truyền nhỏ hơn. Tia truyền dọc theo trục có đờng
truyền ngắn nhất vì chiết suất ở trục là lớn nhất . Nếu chế tạo
chính xác sự phân bố chiết suất theo đờng parabol thì đờng

đi của các tia sáng có dạng hình sin và thời gian truyền của các
tia này bằng nhau. Độ tán sắc của sợi GI nhỏ hơn nhiều so với sợi
SI.

2.3.3/ Các dạng chiết suất khác:
Hai dạng chiết suất SI và GI đợc dùng phổ 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:

SVTH: Đinh Văn Khoan

9


Đồ án tốt nghiệp
ghép kênh SDH

Công nghệ

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 chªnh lƯch
chiÕt st  nhng cã chiÕt st lâi n1 không cao.

Hình 1.7 : dạng giảm chiết suất lớp bọc

Dạng dịch độ tán sắc:
Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang triệt tiêu ở bớc sóng gần

1300nm. Ngời ta có thể dịch điểm độ tán sắc triệt tiêu đến
bớc sóng 1550nm bằng cách dùng sợi quang có dạng chiết suất
nh hình vẽ:

Hình 1.8 : Dạng chiết suất của sợi dịch tán sắc

Dạng san bằng tán sắc:
Với mục đích giảm độ tán sắc của sợi quang trong một
khoảng bớc sóng. Chẳng hạn đáp ứng cho kỹ thuật ghép kênh
theo bớc sóng ngời ta dùng sợi quang có dạng chiết suất nh hình
vẽ:

SVTH: Đinh Văn Khoan
Hình 1.9 : Dạng chiết suất của sợi san bằng tán sắc

1
0


Đồ án tốt nghiệp
ghép kênh SDH

Công nghệ

Dạng chiết suất này quá phức tạp nên mới chỉ đợc nghiên
cứu trong phòng thí nghiệm chứ cha đa ra thực tế.

2.4.

Sợi đa mode và đơn mode:

Phần của một sợi quang mà qua đó ánh sáng di chuyển

đợc gọi là lõi của sợi. Các tia sáng chỉ có thể đi vào trong lõi
nếu góc của nó nằm trong phạm vi độ mở của sợi. Một khi tia
sáng đà vào trong lõi, có một số đờng đi mà ánh có thể theo.
Các đờng đi này đợc gọi là mode. Nếu đờng kính của lõi đủ
lớn để có nhiều đờng đi mà tia sáng có thể chọn thì sợi quang
nh vậy đợc gọi là sợi đa mode ( multimode ). Sợi đơn mode có
đờng kính lõi ®đ nhá sao cho chØ cho phÐp ¸nh s¸ng di
chun dọc theo một con đờng duy nhất bên trong sợi. Sợi đơn
mode có các thành phần cấu tạo giống nh ở sợi đa mode. Khác
biệt chủ yếu giữa hai loại sợi đơn và đa mode là sợi đơn mode
chỉ có một mode ( đờng ) sáng lan truyền qua lõi thuỷ tinh có
đờng kính nhỏ hơn .

2.4.1/ Sợi đa mode (MM: Multi Mode):
Các thông số của sợi đa mode thông dụng (50/125m) là:
- Đờng kính lõi: d = 2a = 50m
- §êng kÝnh líp bäc: D = 2b = 125m
- §é chªnh lƯch chiÕt st: = 0,01 = 1%
- ChiÕt suất lớn nhất của lõi: n1 1,46

SVTH: Đinh Văn Khoan

1
1


Đồ án tốt nghiệp
ghép kênh SDH

Công nghệ

Sợi đa mode có thể có chiết suất nhảy bậc hoặc chiết
suất giảm dần.

50 m

50 m

125 m

125 m

n1

n1

n2

n2

a) Sợi SI



n1 n2
1%
n1

b) Sợi GI

Hình 1.10 : Kích thước sợi đa mode theo tiêu chuẩn CCTTT(50/125 ).

2.4.2/ Sợi đơn mode ( SM: SingleMode ):
Khi giảm kích thớc lõi sợi để chỉ có một mode sóng cơ
bản truyền đợc trong sợi thì sợi đợc gọi là đơn mode. Trong sợi
chỉ truyền một mode sóng nên độ tán sắc do nhiều đờng
truyền bằng không và sợi đơn mode có dạng phân bố chiết
suất nhảy bậc.

9m
125 m

n1
n2

0,3%

SVTH: Đinh Văn Khoan

Hình 1.11 : Kích thước sợi đơn mode 10/125

1
2


Đồ án tốt nghiệp
ghép kênh SDH

Công nghệ

Các thông số của sợi đơn mode thông dụng là:
Đờng kính lõi:
Đờng kính lớp bäc:

d = 2a =9m  10m
D = 2b = 125m

§é lÖch chiÕt suÊt:

 = 0,003 = 0,3%

ChiÕt suÊt lâi:

n1 = 1,46

Độ tán sắc của sợi đơn mode rất nhỏ, đặc biệt ở bớc sóng
= 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 thớc lõi
sợi đơn mode quá nhỏ nên đòi hỏi kích thớc của các linh kiện
quang cũng phải tơng đơng 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 đợc do đó sợi đơn mode đang đợc sử
dụng rất phổ biến.

SVTH: Đinh Văn Khoan

1
3