Kỹ thuật ANT & Truyền sóng_C7 potx

Truyền sóng trong cáp quang
Lý thuyết về quang
Cáp quang
Truyền sóng trong cáp quang
Các đặc tính của sự truyền sóng trong cáp quang
Lý thuyết về quang
• Ánh sáng có bản chất sóng, do đó lý thuyết về sóng
điện từ có thể được sử dụng giải quyết các vấn đề
liên quan đến sóng ánh sáng chẳng hạn sự lan tuyền
của sóng ánh sáng. Để giải quyết các vấn đề này hệ
phương trình Maxwell nắm vai trò chủ đạo. Và nó
đủ để giải quyết các hiện tượng quang học cổ điển.
•Các hiện tượng liên quan giữa ánh sáng và vật chất
(bản chất hạt), chẳng hạn như sự phát xạ và hấp thụ,
lý thuyết lượng tử nắm vai trò chủ đạo. Quang
lượng tử có thể giải thích tất cả các hiện tượng quang
học.
• Trong lý thuyết sóng ánh sáng, sóng ánh sáng có thành phần
vector điện trường và từ trường.
• Tuy nhiên một số hiện tượng ánh sáng có thể được mô tả bằng
sóng vô hướng – được gọi là sóng ánh sáng, chẳng hạn như
sự nhiễu xạ.
•Nếu xét sóng ánh sáng xung quanh những vật thể lớn hơn
bước sóng ánh sáng có thể sử dụng lý thuyết tia quang để
khảo sát.
Quantum Optics
Electromagnetic Optics
Wave Optics
Ray Optics
Sóng EM trong các môi trường
• Hệ số khúc xạ (Refractive index) :

Với môi trường không từ tính :
:
:
mediumin wave)(EMlight ofvelocity
in vacuum wave)(EMlight ofvelocity
00
r
r
rr
v
c
n
ε
μ
εμ
εμ
με
====
Relative magnetic permeability
Relative electric permittivity
)1(
=
r
μ
r
n
ε
=
Wave fronts
r

E
k
λ
O
P
Sóng cầu
(b)
Wave fronts
Sóng phân kỳ
(c)
Các Ví dụ về sóng EM
S.O.Kasap, optoelectronics and Photonics Principles and Practices, prentice hall, 2001
k
Wave fronts
(constant phase surfaces)
z
λλ
P
Sóng phẳng
(a)
rays
Các quy luật phản xạ và khúc xạ
Định luật phản xạ: angle of incidence = angle of reflection
Định luật khúc xạ Snell:
2211
sinsin
φ
φ
nn
=

Optical Fiber communications, 3
rd
ed.,G.Keiser,McGrawHill, 2000
Phản xạ toàn phần, góc tới hạn (Total internal
reflection, Critical angle)
n
2
n
1
> n
2
tia
Tới
Tia khúc xạ
(refracted)
tia
Phản xạ
k
t
TIR
k
i
k
r
2
φ
1
φ
c
φ

D
90
2
=
φ
c
φ
φ
>
1
Góc giới hạn
1
2
sin
n
n
c
=
φ
Góc tới hạn:
Sự dịch pha do TIR
• The totally reflected wave experiences a phase shift however
which is given by:
•Where (p,N) refer to the electric field components parallel or
normal to the plane of incidence respectively.
2
1
1
1
22

1
1
22
sin
1cos
2
tan;
sin
1cos
2
tan
n
n
n
nn
n
n
p
N
=
−
=
−
=
θ
θ
δ
θ
θ
δ

[2-20]
Ống dẫn sóng quang dựa trên TIR:
(Dielectric Slab Waveguide)
φ
Sự lan truyền trong ống dẫn quang hệ số khúc xạ bước.
φ
n
1
n
2
<n
1
0max 1
sin sin ,
2
cc c
nn
π
θ
θθ φ
==−
Góc tới tối đa:
Suy ra từ định luậtSnell:
max0
θ
1
21
1
2
2

2
1max0
2sinNA
n
nn
nnnn
−
=Δ
Δ≈−==
θ
Khẩu độ số (Numerical aperture):
2
1
sin ;
c
n
n
φ
=
Góc tối thiểu để có TIR:
0max 1
sin cos
c
nn
θ
φ
=
2
0max 1
sin 1 sin

c
nn
θ
φ
=−
22
0max 1 2
sinnnn
θ
=−
Các loại cáp quang
Các mode sóng trong ống dẫn quang
Tần số cắt chuẩn hóa:
22
12
00
dd
VnnNA
ππ
λλ
=−≈
Số mode :
2
1
2
NV≈
Suy hao trong sợi quang
• Suy hao do tán xạ

• Suy hao do hấp thụ
• Suy hao do các mode rò rỉ
• Suy hao do ghép mode
• Suy hao do cáp bị uốn cong
0
(min)
sin 90
t
z
zz
=
=
1
2
(max)
sin
t
c
nz
zz
n
φ
==
Tán sắc liên mode:
sin
t
z
z

φ
=
1
2
(max) (min) 1
1
tt
n
zz z z z
n
⎛⎞
Δ
⎛⎞
Δ= − = − =
⎜⎟
⎜⎟
−Δ
⎝⎠
⎝⎠
Tán sắc (despersion)
1
1
nzz
t
vc
ΔΔ
Δ= =
−
Δ
Tán sắc liên mode trên sợi quang hệ số khúc xạ thay đổi dần:

2
1
8
nz
t
c
Δ
Δ=
Tán sắc vật liệu: do chỉ số khúc xạ không giống nhau với các bước
sóng khác nhau.
Tán sắc ống dẫn sóng: pha của các sóng tới phân biệt
Tán sắc toàn phần và vận tốc truyền dữ liệu cực đại
222
() ( ) ( ) ( )ttot t imd t md t wgdΔ=Δ +Δ +Δ
Imd: intermodal despersion,
md: metaterial dispersion,
wgd: waveguide dispersion
()
rw
tt ttot=+Δ
1
r
B
t
=