hệ thống thông tin quang và các bước triển khai một hệ thống thông tin quang (2)

KILOBOOKS.COM
1
LỜI NĨI ĐẦU

Hệ thống thơng tin quang: Tín hiệu thơng tin quang được truyền dưới dạng
ánh sáng. Mơi 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 th 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 thơng 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 tồn nhất trong mơi
điều kiện kể cả thời bình cũng như thời chiến tranh điện tử. Nó đóng vai trò đa
năng truyền dẫn dịch vụ viễn thơng 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 đơi dây dẫn kim loại: cồng kềnh và tốt
kém. Bằng nhiều phương pháp chơn dưới đất, treo và mắc theo các cột điện lực
xâm nhập đến từng gia đình, đến từng thơn, xã, phố, phường Nó sẽ xun trái đất
vượt đại dương kết nối vào mạng thơng tin quốc tế, truyền dẫn đa dịch vụ viễn
thơng phục vụ cho lồi người hội nhập trên con đường phát triển kinh tế thương
mại, nghiên cứu khoa học, giáo dục, văn hố, đời sống và phục vụ mọi u cầu cho
con người trong thời đại thơng 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 thống thơng tin quang
và các bước triển khai một hệ thống thơng tin quang. Đồ án nay gồm hai phần như
sau:

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
KILOBOOKS.COM
2

Phn I: Tng quan v h thng quang.
Chng I: H thng thụng tin quang.
Chng II: Cu to si quang.
Chng III: c tớnh truyn dn ca si quang.
Chng IV: Linh kin bỏn dn bin i in quang v quang - in.
Chng V: K thut ghộp kờnh quang.
Phn II: Thit k tuyn dn cỏp quang lỏng - trung tõm th thao.
Chng VI: Nhng vn c bn trong quỏ trỡnh thit k h thng thụng tin
quang.
Chng VII: Thit k tuyn cỏp Lỏng trung tõm th thao.
Mc ớch ca ỏn l nờu bt c nhng iu quan trng nht trong mt h
thng thụng tin quang v nhng yu t cn thit thit k mt h thng thụng tin
quang. Tuy nhiờn, cú c mt kin thc sõu rng hn v cụng ngh truyn dn
ny phi cú thi gian nghiờn cu v s tớch lu kin thc hn na. ỏn ny c
thc hin trụng khong thi gian ngn, do ú, khụng trỏnh khi nhng hn ch
thiu sút. Em rt mong nhn c nhng ý kin úng gúp ca cỏc thy cụ giỏo
cng nh cỏc bn cú quan tõm hon thin kin thcv cụng ngh ny.


THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM
3
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.
Bộ
x
ử lí

Biến
đ
ổi
Bộ
x
ử lí

Sợi
quang
(OF)

Nguồn
Thu
Hình I.1: Sơ đồ khối một hệ thống truyền dẫn quang
Biến
đ
ổi


THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM
4
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.
yến thông tin quang.

REPEATER

Thu
quang
KĐ
Sửa
dạng
Phát
quang
Hình I.2: Sơ đồ khối trạm lặp Tín hiệu quang Tín hiệu quang
Sợi quang
Sợi quang

Máy thu
Ngu
ồn
sáng
Mạch điện

Tín hiệu
điện đầu
vào
Máy phát
Sợi
d
ẫ
n

Sợi
quang

Bộ chia quang

Bộ nối

Tín hi
ệu
điện
đầu ra
Bộ khuyếch đại
Tín hi
ệu
Bộ ghép hoặc chia

Bộ lặp
Tới thiết bị
khác
Sợi dẫn
Tín hiệu quang
Máy phát
quang
B
ộ tách
sóng
quang
Khôi
phục
tín
hi
ệu

M
ạch
điều
khiển

Khuyếch
đại quang

Hình I.3: các phần tử chính của một tuyến thông tin quang.
Máy
thu
quang

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM
5

Phn phỏt quang: c cu to t ngun phỏt tớn hiu quang v cỏc mch
in liờn kt vi nhau. Ngun phỏt quang thit b cú th s dng it phỏt quang
(LED) hc it lazer (LD) . C hai loi ngun phỏt ny u phự hp cho cỏc h
thng thụng tin quang, vi cỏc tớn hiu quang u ra cú tham s bin i tng ng
vi s thay i ca dũng iu bin. Tớn hiu in ca u vo ca thit b phỏt
dng s hoc cú ụi khi dng tng t. Thit b phỏt s thc hin bin i tớn hiu
ny thnh tớn hiu quang tng ng v cụng sut quang u ra s ph thuc vo s
thay i ca cng dũng iu bin cng ỏnh sỏng. Bc súng lm vic ca
ngun phỏt quang c bn ph thuc vo vt liu cu to. on si quang ra ca
ngun phỏt quang phi phự hp vi si dn quang c khai thỏc trờn tuyn.
Cỏp si quang: Gm cú cỏc si dn quang v cỏc lp v xung quanh bo
v khi tỏc ng cú hi ca mụi trng bờn ngoi. Tng t nh cỏp ng, cỏp si
quang c khai thỏc, lỏp t vi cỏc iu kin khỏc nhau. Chỳng cú th c treo
ngoi tri, chụn trc tip di t, kộo trong cng, th di bin. Tu thuc vo
cỏc iu kin lp t khỏc nhau m di ch to ca cỏp cng khỏc nhau, cú th
di t vi trm một n vi km. Tuy nhiờn ụi khi thi cụng cỏc kớch c ca cỏp
cng ph thuc vo tng iu kin c th. Cỏp cú di khỏ ln thng c dựng
cho cỏp treo hoc cỏp trụn trc tip. Cỏc mi hn s kt ni cỏc di cỏp thnh
di tng cng ca tuyn cỏp c lp t. Cỏp si quang úng vai trũ truyn
dn tớn hiu quang t phn phỏt quang ti phn thu quang. Tham s quan trng
nht ca cỏp si quang tham gia quyt nh di ca tuyn l suy hao si quang
theo bc súng. c tuyn suy hao ca si quang theo bc súng tn ti ba vựng
m ti ú suy hao thp l cỏc vựng bc súng 850nm, 1310nm, 1550nm. Ba vựng
bc súng ny c s dng cho cỏc h thng thụng tin quang v c gi l vựng

ca s th nht, th hai, th ba tng ng.
Giỏ tr suy hao ti thiu cae si quang c bit t ti 0,01 n 0,001
dB/Km.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM
6
Phn thu quang: Do b tỏch quang v cỏc mch to khuych i, tỏi to tớn
hiu hp thnh. Tớn hiu ỏnh sỏng ó c iu ch ti ngun phỏt quang s lan
truyn dc theo si dn quang ti phn thu quang. Khi truyn trờn si dn
quang, tớn hiu ỏnh sỏng thng b suy hao v b mộo do cỏc yu t hp th, tỏn x
tỏn sc gõy nờn. B tỏch súng quang phn thu thc hin tip nhn ỏnh sỏng v
tỏch ly tớn hiu t hng phỏt ti. Tớn hiu quang c bin i li thnh tớn hu
in. Cỏc it quang kiu thỏc(APD) v it quang (PIN) cú th s dng lm b
tỏch súng quang trong cỏc h thng thụng tin quang. C hai loi u cú hiu sut
lm vic v cú tc truyn i nhanh. Cỏc vt liu bỏn dn ch to nờn cỏc b
tỏch súng quang s quyt nh nờn bc súng lm vic ca chỳng v uụi si quang
u vo ca cỏc b tỏch song quang cng phi phự hp vi si dn quang c s
dng trờn tuyn lp t. c tớnh quan trng nht ca thit b thu quang l nhy
thu quang, nú mụ t cụng sut thu quang nh nht cú th thu c mt tc
truyn dn no ú ng vi t l li bớt cho phộp cỏc h thng; iu ny tng t
nh t l tớn hiu trờn tp õm cỏc h thng truyn dn tng t.
I.3. u im ca k thut truyn dn quang :
H thng thụng tin quang cú nhiu u im tri hn hn so vi cỏc h thng
thụng tin cỏp kim loi :
- Si quang ch to t thu tinh nờn l mụi trng trung tớnh vi nh hng
ca: nc, axớt, kim v l si in mụi nờn hon ton cỏch in ngay c khi lp
v bc b h hng thỡ nú vn truyn tin tt.
- Suy hao truyn dn thp truyn nờn truyn c tc cao. Nú cho phộp
truyn dn bng rng tn s ln. Nh vy, nú cho dung lng thụng tin cao m ớt

phi tng s lng cỏp v cho phộp t trm lp vi khong cỏch ln.
- Khụng gõy nhiu ra bờn ngoi cng khụng gõy xuyờn õm gia cỏc si
quang v cng khụng b nh hng ca nhim in t nờn nú cho cht lng thụng
tin cao.
- Cú tin cy cao nờn nú m bo yờu cu v bo mt thụng tin.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM
7
- 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:
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.
cf
=
.
λ
λ
υ
hc
hE ==
v
c
n =

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM
8
Chit sut ca mt mụi trng ph thuc vo bc súng ỏnh sỏng truyn trong
nú. Vớ d chit sut ca thu tinh 100% SiO
2
thay i theo bc súng:

Do ngun quang dựng trong thụng tin quang phỏt ra ỏnh sỏng trong mt
khong hp bc súng ch khụng phi ch cú mt bc súng . Do ú vn tc truyn
ca nhúm ỏnh sỏng ny gi l vn tc nhúm v chit sut ca mụi trng cng
c ỏnh giỏ theo chit sut nhúm n
g
.


- Hin tng phn x v khỳc x:
Khi tia sỏng truyn t mụi trng I chit sut n
1
sang mụi trng II cú chit
sut n
2
(n
1
n

2
) thỡ ti mt phõn cỏch tia sỏng phõn tỏch thnh 2 tia mi:
+ Mt tia phn x li mụi trng I (Tia phn x).
+ Mt tia khỳc x sang mụi trng II (Tia khỳc x).


1,50

1,49

1,48

1,47

1,46

1,45

1,44

1,43

n
n


d
dn
nn
g

=
0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

(
à
m)
Hỡnh I.4: S thay i ca chit sut n v chit sut nhúm n
g
theo bc súng


d
dn
nn
g
=
M

t phõn cỏch hai
mụi tr

ng
T

i
Ph

n x

I(n
1
)







THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM
9







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:
n
1
.Sin
α
= n
2

.Sin
β

Ph
ả
n x
ạ

Khúc x
ạ

T
ớ
i
T
ớ
i
β

α
T
I(n
1
)

II(n
2
)
Hình I.6: Hiện tượng phản xạ và khúc xạ khi tia khúc xạ gãy về phía pháp
tuyến hơn.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM
10



T
: gi l gúc ti hn

iu ny cú ngha l: tia khỳc x s i l l vi mt phõn cỏch hai mụi trng. Nu
tng tip >
T
vi n
1
> n
2
khi ú khụng cũn tia khỳc x m ch cú tia phn x.
Hin tng ny gi l hin tng phn x ton phn.

* Mun cú s phn x ton phn: ỏnh sỏng i t mụi trng chit quang hn sang
mụi trng chit quang kộm (n
1
> n
2
) v gúc ti ln hn gúc ti hn.
I.4.2 Nguyờn lý truyn dn ỏnh sỏng trong si quang:
Nguyờn lý c bn ca truyn dn ỏnh sỏng trong si quang l da vo hin
tng phn x ton phn ca tia sỏng ti mt phõn cỏch hai mụi trng khi nú i t
mụi trng cú chit sut ln sang mụi trng cú chit sut nh hn. Vỡ th, cu trỳc
ca si quang bao gm mt mụi trng in mụi gi l lừi, lừi ny c bao quanh
bng vt liu khỏc gi l v,v cú chit sut khỳc x thp hn so vi lừi.
t
n
n

sinsin
1
2
==
T

i
a
t

I

(n1)

I
(n2)

Ph

n x




Hỡnh I.7: Hin tng phn x ton phn.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM
11








n
2
n
1

L
ớ
p b
ọ
c
Lõi
Hình I.8: Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM
12
CHNG II CU TO SI QUANG

Si quang l mt hỡnh tr trong sut, mnh dn ỏnh sỏng bao gm: hai cht
liu in mụi trong sut khỏc nhau thng lm bng thu tinh hoc nha. Mt phn
cho ỏnh sỏng truyn trong ú gi l si lừi (core), phn cũn li l lp v bc bao
quanh lừi (cladding). Nú c cu to sao cho ỏnh sỏng truyn dn trong si lừi
bng phng phỏp s dng hin tng ton phn. nh sỏng truyn qua si quang
t u phỏt ti u thu vi suy hao si mc cho phộp.
II.1. Cu trỳc si quang.







Si quang cú cu trỳc nh l mt ng dn súng hot ng tn s quang.
Cu trỳc cn bn ca cú gm mt lừi hỡnh tr c c bao quanh bi mt lp v
hỡnh ng ng tõm vi lừi cú chit sut nh hn chit sut lừi. C hai lp ny u

c lm bng thu tinh hoc cht liu do trong sut. trỏnh c try xc v
gõy nờn nhng vt nt, chng li s xõm nhp ca hi nc v gim nh hng vi
un cong si quang thng c bc thờm lp v bc s cp. Lp v th cp cú
tỏc dng tng cng sc chu ng ca si quang trc cỏc tỏc ng c hc vo si
v s thay i nhit , bo v si khụng b rn, ln súng, kộo dón hoc c xỏt b
mt. Lp ny thng cú dng ng m lng (loose buffer) hoc dng m khớt
(tight buffer).


Hỡnh II.1: Cu trỳc si quang.

Lừi
9
à
m
L

p v


L

p v

s


c

p

L

p v

th


c

p

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM
13
II.2. Cỏc tham s ca si quang:







- Lừi dn quang c chit sut n
1
.
+ Bỏn kớnh lừi: a, ng kớnh lừi: d
k
= 2a.

Lp v cng l vt liu dn quang bao xung quanh lừi chit sut n
2
< n
1
.
+Bỏn kớnh v bc ng kớnh : dm.
- Khu s: NA (Numerical Aperture)
nh sỏng t ngun phỏt qua khụng khớ hp vi tr ca lừi si quang mt gúc
gi l gúc ún ỏnh sỏng. Gúc ny ch ph thuc vo chit sut lừi v v:

S phn x ton phn ch xy ra i vi nhng tia sỏng cú gúc ti u si
nh hn gúc ti hn

max

Cỏc tham s: n
1
, n
2
, a quyt nh c tớnh truyn dn ca si quang
lch chit sut lừi v v:
n = n
1
- n
2
.
lch chit sut tng i :


lch chit sut tng i cú giỏ tr khong t 0,002 n 0,013.

- Trong si quang chit sut ca v gn nh khụng i m ch cú chit sut
ca lừi núi chung l thay i theo bỏn kớnh r(tớnh t trc si ra)

2
2
2
1max
nnSinNA ==

11
21
2
1
2
2
2
1
2
n
n
n
nn
n
nn

=



=

a
d
k
d
m
L
r
Hỡnh II.2: Cỏc tham s ca si quang.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM
14









II.3. Phõn loi si quang:
II.3.1 Theo cu to:
- Theo kớch thc lừi v lp v bc.
- Vt liu ch to si: si thu tinh, si cht do,
- Theo s thay i thnh phn chit sut ca lừi si.
+ Loi si cú ch s chit sut ng u lừi si gi l si cú ch s chit
sut phõn bc SI (Step -Index).
+ Loi si cú ch s chit sut lừi gim dn t tõm lừi ra ti tip giỏp lừi v
v gi l si cú ch s chit sut gim dn GI (Gradient Index).

II.3.2 Theo c tớnh truyn dn:
Trong thc t, n gin v thun tin nht l phõn chia ra si n mode, si
a mode vỡ trong ú cng bao gm s khỏc bit v cu trỳc ca v v lừi.
Mt mode súng l mt trng thỏi truyn n nh ca ỏnh sỏng trong si. Khi
truyn trong si ỏnh sỏng i theo nhiu ng. Trng thỏi n nh ca cỏc ng
ny gi l nhng Mode.
II. 3.2.1 Si a mode: (MM)
- ng kớnh lừi d
K
= 2a = 50àm.
- ng kớnh v d
m
= 125 àm.
- lnh chit sut = 1%.

b a O a b r
Hỡnh II.3: Cỏc dng phõn b chit sut
n(r)
r
max
=n
1
g =1
g =2
g




THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN

KILOBOOKS.COM
15
Vỡ ng kớnh lừi ln dn ti vic ỏnh sỏng ghộp ti si tt hn c ly t
ngun. Cụng sut ỏnh sỏng phỏt ra c i theo nhiu hng t bờn phỏt ti bờn
thu dn ti thi gian t bờn phỏt ti bờn thu l khỏc nhau to ra s sai lnh bờn
thu.


Lng sai lnh ny gi l tỏn sc
T = T
1
- T
2

cng i xa tỏn sc cng nhiu (T )
v gõy ra 2 hu qu:
+ Khụng truyn c tc cao.
+ Khụng i c xa.
Si a mode (MM) cú th cú chit sut nhy bc hoc chit sut gim dn.









II.3.2.2 Si n mode (SM).
Si lm vic ch n mode khụng cn kớch thc lừi to.

- ng kớnh lừi 9 ữ 10 nm.
- ng kớnh v 125 nm.
- lch chit sut 0,3%.
Thu
Phỏt
n
1

50
à
m

=1%
n
2

Hỡnh II.4: Si a mode cú chit sut nhy bc v chit sut gim
d
n


THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM
16
Vỡ ch cú 1 mode truyn trong si nờn tỏn sc do nhiu ng truyn 0. Si
n mode l si cú chit sut nhy bc SI.
tỏn sc ca si n mode nh hn nhiu so vi si a mode, c bit
bc súng l = 1300nm tỏn sc ca si n mode 0 di thụng ca si n
mode rt rng.
Phỏt Thu

Vỡ ng kớnh lừi ca si n mode nh tia sỏng i trong si quang gn
nh l i song song vi ng trc ca lừi a
T
= 90
o
. Th hai, vic ghộp ngun u
si quang bờn phỏt khú ũi hi ngun cụng sut phỏt quang Popt ln.
Vỡ tỏn sc nh nờn khc phc c 2 nhc im chớnh ca si a mode.







Túm li:

Thc t cú 3 loi si quang thụng dng vi cỏc c tớnh sau:








n
2

=0.3%
125
à
m
0.9
à
m

n
1

Hỡnh II.5: Si n mode.
SM-SI
MM-SI
n
2
n
2
n1
MM-GI
Hỡnh II.6: nh sỏng truy

n trong cỏc lo

i s

i quang.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM
17

II.4 Hàn nối sợi quang:
Khi sản xuất cáp quang được cuộn thành từng cuộn. Nếu muốn thơng tin đi
xa cuộn này cần phải được nối với nhau. Trong kỹ thuật thơng tin quang, việc nối
khơng khơng tốt sẽ gây nên tổn thất tín hiệu quang. u cầu của việc hàn nối là tổn
thất càng bé càng tốt (u cầu suy hao < 0,05 dB/mối hàn).
Ngun 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 u 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 hồn tồn thủ cơng  thiếu chính xác  hiện nay gần
như khơng dùng.
II.4.2 Phương pháp hàn nóng chảy (sử dụng mày hàn).
- Dùng hố 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 nh
ờ 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 khơng.
- Gia cố cơ học bảo vệ mối hàn.
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).

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
KILOBOOKS.COM
18
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.









Gá ép

Hình II.7: Phương pháp hàn nóng chảy.
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.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM
19




II.4.3 Kt ni bng connector:
Ngi ta kt ni bng conector hoỏ cỏp quang nhiu lừi bng cỏch s dng
loi conector c to nờn theo kiu ci cỏc jc vo cỏc l jc qua b gỏ ộp cú tớnh
n hi lm tng cng tip xỳc gia chỳng.


Gỏ ộp
Hỡnh II.8: K
t ni s dng loi MF

Conector MF

S

i quang

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM
20
CHNG III C TNH TRUYN DN CA SI QUANG

Vic truyn tớn hiu t phớa phỏt ti phớa thu s b suy hao v mộo tớn hiu, õy
l 2 yu t quan trng nú tỏc ng vo ton b quỏ trỡnh truyn dn thụng tin, nh c
v khong cỏch v tc truyn dn cng nh xỏc nh cu hỡnh ca h thng thụng
tin quang.
III.1. Suy hao tớn hiu:
L s gim dn theo c ly ca cụng sut quang truyn trờn si. Nú úng mt
vai trũ quan trng trong vic thit k h thng, cho phộp xỏc nh khong cỏch gia
phớa phỏt v phớa thu. S bin thiờn ca nú theo quy lut hm s m:

Trong ú: P(o) l cụng sut u si (z=0).
P(z) l cụng sut c ly z tớnh t u si.
l h s suy hao (dB/km).


H s suy hao tớn hiu hay suy hao trung bỡnh xỏc nh bng cụng thc:

L : chiu di si dn quang (km).
Pin : cụng sut quan u vo (W).
Pout : cụng sut quang u ra (W).
III.1.1 Cỏc nguyờn nhõn gõy suy hao:
- Do s hp th:
+ S hp th ca cỏc tp cht kim loi: trong thu tinh mc hp th ca
tng loi tp cht ph thuc vo nng tp cht v nng bc súng ỏnh sỏng
qua nú. Cn phi cú thu tinh tht tinh khit.


P
in
= P(0) P

out
= P(z)
L
z
xoPzP
10
10)()(


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


THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM
21

+ 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.



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

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM
22







- Suy hao do tỏn x:
+ Tỏn x Rayleigh: xy ra khi súng in t truyn trong mụi trng in mụi
gp nhng ch khụng ng nht v chit sut do cỏch sp xp ca cỏc phõn t thu
tinh, cỏc khuyt tt ca si nh bt khụng khớ, cỏc vt nt, S thay i mt
cỏc phõn t ny nhng ch khỏc nhau cựng vi cỏc khuyt tt trong quỏ trỡnh sn
xut si gõy ra, to thnh nhng ngun in tỏn x. Khi ỏnh sỏng truyn qua
nhng ch ny s to ra nhiu hng lm suy gim nng lng ca ỏnh sỏng theo
hng cn truyn. suy hao ca tỏn x Rayleigh t l nghch vi ly tha bc 4
ca bc súng.
+ Tỏn x gia mt phõn cỏch lừi v v khụng hon ho: khi tia sỏng i qua
nhng ch khụng hon ho ú, s b tỏn x. Khi ú, mt tia ti s cú nhiu tia phn
x vi cỏc gúc khỏc nhau. Nhng tia cú gúc ti nh hn gúc ti hn s b khỳc x
v suy hao.
- Suy hao do si b un cong
+ Vi un cong: khi si quang b chốn ộp to nờn nhng ch un cong nh thỡ
suy hao ca si cng tng lờn. S suy hao ny xut hin do tia sỏng b lnh trc khi
i qua nhng ch vi un cong dn n s phõn b trng b xỏo trn lm phỏt x
nng lng ra khi lừi si. Si n mode rt nhy vi nhng ch vi un cong nht
l v phớa bc súng di.

600 800 1000 1200 1400 1600
a(dB/km)

l(
à
m)
Hp th cc tớm
Hp th hng ngoi
10

1
0,1

0,01

Hỡnh III.3: S hp th bng tia cc tớm v tia hng ngoi.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM
23
+ Un cong: bỏn kớnh un cong cng nh s suy hao cng tng. Vỡ vy, yờu
cu trong quỏ trỡnh ch to, lp t gi sao cho bỏn kớnh un cong ln hn mt bỏn
kớnh ti thiu cho phộp.

III.1.2 c tuyn suy hao ca si quang.
Tu theo tng si quang c th m ta cú c tuyn suy hao khỏc nhau. Ta xột
c tuyn ca si n mode lm t SiO
2
. Trờn c tuyn suy hao ca si quang cú
2 vựng bc súng suy hao thp gi l ca s suy hao

- Ca s th nht l
1
= 1300 nm cú a 0,4 dB? km ngha l khi i mt
quóng ng 50 km thỡ Pv/Pra = 100 ln.
- Ca s th hai l = 1550 àm cú a 0,25 dB/km ngha l khi i mt qun
ng 50 km thỡ Pv/Pra = 10
1,25
ln.
õy l 2 bc súng c s dng nhiu nht trong thụng tin quang hin nay.













III.2. Tỏn sc (hay mộo tớn hiu):
.7 .8 .9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 (àm)
Hỡnh III.4: c tuyn suy hao




5

4
3
2
1
.8

.5
.3

.2

.1

(dB/km)
SM
MM-GI
a mode chit
sut gim khụng
hon ton
Tỏn x
Rayleigh

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM
24
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.
- Tán sắc sắc thể (chromatic dispersion): do tín hiệu quang truyền trên sợi
không phải là đơn sắc mà gồm 1 khoảng bước sóng xác định. Mỗi bước sóng lại có
vận tốc truyền khác nhau nên thời gian truyền cũng khác nhau. Tán sắc sắc thể bao
HìnhIII.5: Dạng tín hiệu vào ra
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 −=

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM

25
gồm tán sắc chất liệu (material Dispersion) và tán sắc dẫn sóng (waveguide
dispersion).
+ Tán sắc chất liệu: Chiết suất của thuỷ tinh thay đổi theo bước sóng
nên vận tốc truyền của ánh sáng có bước sóng khác nhau cũng khác nhau. Đó là
nguyên nhân của tán sắc chất liệu.
+ Tán sắc ống dẫn sóng: Sự phân bố năng lượng ánh sáng trong sợi
quang phụ thuộc vào bước sóng. Sự phân bố này tạo nên sự tán sắc gây nên tán sắc
ống dẫn sóng. Tán sắc ống dẫn sóng rất nhỏ và chỉ đáng chú ý đối với sợi đơn
mode.
Sợi đơn mode chỉ có tán sắc sắc thể.






Độ tán sắc tổng cộng được tính theo công thức:

Với : D
chr
= D
mat
+ D
wg

Trong đó Dt: độ tán sắc tổng cộng.
Dmod: độ tán sắc sắc mode.
Dchr: độ tán sắc sắc thể.
Dmat: độ tán sắc chất liệu.

Dwg: độ tán sắc ống dẫn sóng.
III.2.2. Đặc tuyến tán sắc của sợi dẫn quang đơn mode.



Tán sắc tổng
c
ộng

Tán sắc mode
Tán sắc sắc thể
Tán sắc vật liệu
Tán sắc dẫn
sóng

22
mod chrT
DDD −=
D(ps/nm.km)
d
chr
=d
mat
+ d
wg
d
mat
d
wg
λ(nm)

20

10
0

-10

-20

Hình III.6: Đặc tuyến tán săcá của sợi dẫn quang đơn
mode.


THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN