Cáp quang và ứng dụng trong công nghệ truyền dẫn thông tin và khai sáng mạng thông tin toàn cầu

Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Lời cảm ơn

Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới Tiến sĩ Đinh Văn
Dũng, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình triển khai và hoàn
thành luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Vật lý, thư viện
trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành
luận văn này.
Hà Nội, tháng 05 năm 2009
Tác giả luận văn
Nguyễn Thị Huyền

Nguyễn Thị Huyền

1

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Lời cam đoan

Đề tài này được hoàn thành nhờ sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ,
tạo điều kiện của các thầy cô, đặc biệt là thầy Đinh Văn Dũng.

Tôi xin cam đoan:
Kết quả nghiên cứu trong đề tài này là của bản thân tôi. Không trùng
với kết quả của tác giả khác.
Hà Nội, tháng 05 năm 2009
Tác giả luận văn
Nguyễn Thị Huyền

Nguyễn Thị Huyền

2

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Mục lục
Trang

Mở đầu
1. Lí do chọn đề tài..

5

2. Mục đích nghiên cứu

6

3. Đối tượng nghiên cứu

6

4. Nhiệm vụ nghiên cứu

6

5. Phạm vi nghiên cứu..

6

6. Phương pháp nghiên cứu..

6

Chương 1. Tổng quan về cáp quang..

7

1.1. vài nét về cáp quang và ứng dụng của cáp quang

7

trong truyền dẫn thông tin..
1.2. Khái niệm, cấu trúc và đặc điểm của cáp quang

7

1.2.1. Khái niệm..

7

1.2.2. Cấu trúc.....

8

1.2.3. Đặc điểm truyền dẫn thông tin của sợi quang..

9

1.3. Phân loại cáp quang..

9

1.4. Nguyên lí hoạt động...

10

1.5. Vật liệu chế tạo, ưu và nhược điểm của cáp quang..

11

1.5.1. Vật liệu chế tạo và công nghệ chế tạo......

11

1.5.2. Ưu và nhược điểm của cáp quang.................

12

Chương 2. ứng dụng cáp quang trong việc truyền dẫn

14

thông tin và khai sáng mạng thông tin toàn cầu..........

2.1. ứng dụng truyền dẫn thông tin.....................................

14

2.1.1. Hệ thống thông tin quang............................................

14

Nguyễn Thị Huyền

3

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

2.1.2. Hệ thống Camera giám sát diện rộngVideo over Km

18

2.1.3. Hệ thống tổng đài nội bộ diện rộngPhones Signal

19

over Km.....................................................................
2.1.4. Truyền tín hiệu Telephone trên nền mạng LAN..

20

2.1.5. Hệ thống mạng XG 10 Gigabit Ethernet.

20

2.1.6. Một số loại cáp quang ứng dụng trong truyền dẫn

23

thông tin.......................................................................
2.2. Khai sáng mạng thông tin toàn cầu..............................

26

2.2.1. Công nghệ WDM cáp quang......................................

27

2.2.1.1. Đặc điểm của công nghệ WDM.........................

27

2.2.1.2. Ưu nhược điểm và khả năng ứng dụng của

28

công nghệ WDM...............................................
2.2.2. Truyền dẫn phát sóng PTTH qua mạng cáp hữu

28

tuyến theo hướng tăng cường sử dụng cáp quang..
2.2.3. Việt nam sử dụng cáp quang trong việc truyền dẫn

30

thông tin để hội nhập thế giới....................................
2.2.4. Dịch vụ Internet cáp quang tốc độ cao của FPT

31

Telecom.......................................................................
2.2.5. Truyền dữ liệu bằng cáp quang...................................

32

2.3. Kỹ thuật mới tăng tốc dữ liệu qua cáp quang

33

Chương 3. Một số ứng dụng khác.....................................

35

3.1. ứng dụng của cáp quang để đo dịch chuyển................

35

3.2. Sử dụng cáp quang để đo nhiệt độ................................

36

Kết luận................................................................................

38

Tài liệu tham khảo........................................................

39

Nguyễn Thị Huyền

4

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Mở đầu

1. Lí do chọn đề tài
Ngày nay con người đang chứng kiến sự phát triển như vũ bão của khoa
học công nghệ. Chúng ta đang sống trong xã hội mở cửa hội nhập toàn cầu, xã
hội đó đòi hỏi con người phải làm chủ được khoa học công nghệ một cách
năng động sáng tạo. Trong sự phát triển chung đó thì công nghệ cáp quang đã
thực sự đạt được tới trình độ cao và rất nhiều ứng dụng trong thực tế.
Cáp quang là cơ sở của truyền tin viễn thông nhờ đó cáp quang thực sự
bùng nổ. Từ sợi quang đến cáp quang là một vật liệu lý tưởng cho truyền
thông và công nghệ thông tin: làm dây dẫn truyền dữ liệu, âm thanh, hình ảnh
v.v Sợi quang mềm dẻo và dễ uốn, dễ tập hợp thành bó. chi phí xây dựng
đường truyền cáp quang thấp hơn đường truyền thông tin truyền thống.
Cáp quang trở nên phổ biến và là phương tiện không thể thiếu trong bưu
chính viễn thông. Cáp quang đã làm các nước kết nối với nhau: là đường
truyền Internet, Fax, dữ liệu thông tin và cả một số chương trình truyền hình
thông qua vệ tinh địa tĩnh.
Theo nhận định của các chuyên gia nếu như hệ thống cáp quang chưa ra
đời, rất có thể mạng Internet đang ở trạng thái trì trệ và chưa trở thành một
mạng toàn cầu, thế giới sẽ không thể hội nhập ở mức độ phổ biến như hiện nay.
Là một sinh viên khoa Vật lý, nhận thấy vai trò rất lớn của cáp quang
trong đời sống cũng như trong khoa học kỹ thuật và muốn tìm hiểu nó với ứng
dụng quan trọng nhất là trong công nghệ truyền dẫn thông tin, được sự hướng
dẫn của thầy Đinh Văn Dũng, cũng như sự ủng hộ của các thầy cô giáo trong
khoa Vật lý, em đã quyết định lựa chọn đề tài: Cáp quang và ứng dụng
trong công nghệ truyền dẫn thông tin và khai sáng mạng thông tin toàn cầu .
Nguyễn Thị Huyền

5

K31B Khoa Vật lý

Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

2. Mục đích nghiên cứu
Tìm hiểu, thu thập và hệ thống hoá kiến thức về cáp quang và ứng dụng
của cáp quang trong công nghệ truyền dẫn thông tin và khai sáng mạng thông
tin toàn cầu
3. Đối tượng nghiên cứu
Cáp quang
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Tìm hiểu và hệ thống hoá kiến thức về cáp quang
Tìm hiểu và hệ thống hoá kiến thức về ứng dụng của cáp quang trong
truyền dẫn thông tin
5. Phạm vi nghiên cứu
Tính chất, đặc điểm và ứng dụng của cáp quang
6. Phương pháp nghiên cứu
Thu thập thông tin, tài liệu, thảo luận và đánh giá

Nguyễn Thị Huyền

6

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Chương 1. Tổng quan về cáp quang

1.1. Vài nét về cáp quang và ứng dụng của cáp quang trong truyền dẫn
thông tin
Cáp quang là những sợi bằng thuỷ tinh, được sử dụng để truyền tải tín
hiệu bằng xung ánh sáng ở khoảng cách trên 50 km mà không cần thiết bị lặp
lại. Những tín hiệu này được mã hoá thành những ngôn ngữ giao tiếp hay dữ
liệu trên máy tính. Một cáp quang tiêu chuẩn có thể truyền đi hơn 10 triệu
thông tin trong 1 giây bằng tia laser.
Xu hướng sử dụng ánh sáng trong truyền tải thông tin đã phát triển từ
những năm 1990 với việc phát minh ra laser, tuy nhiên khoảng cách truyền tin
rất ngắn. Vào những năm 1970 khi các kỹ thuật sản xuất thuỷ tinh tinh khiết
phát triển, cáp quang trở thành kế hoạch khả thi khi thực hiện truyền tin ở
khoảng cách vừa phải. Cùng với sự phát triển của vật liệu bán dẫn vào thập
niên 80, cả thế giới được cài đặt mạng lưới liên lạc bằng cáp quang.
Cáp quang có thể truyền tải những tín hiệu, kênh thông tin vượt qua
khoảng cách dài mà không tốn nhiều năng lượng không đòi hỏi nhiều thiết bị
lặp lại.
Cáp quang được sử dụng trong ngành viễn thông kết nối mạng nội bộ
(Local Area Networks) (LANS), truyền hình cáp, các cảm biến (sensor) cáp
quang. Thông tin trên cáp quang rất khó bị nghe trộm, không bị ảnh hưởng bởi
điện từ, nhiễu từ, các tín hiệu radio v.v, hoàn toàn an toàn nếu có vụ cháy
nổ xảy ra.
1.2. Khái niệm, cấu trúc và đặc điểm của cáp quang
1.2.1. Khái niệm
Cáp quang là một loại cáp viễn thông làm bằng thuỷ tinh hoặc nhựa, sử
dụng ánh sáng để truyền tín hiệu.

Nguyễn Thị Huyền

7

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Sợi quang dài, mỏng, trong suốt có kích thước cỡ đường kính của 1 sợi
tóc. Các sợi quang được sắp xếp thành bó gọi là cáp quang. Cáp quang truyền
tín hiệu quang khác cáp đồng truyền tín hiệu điện. Cáp quang truyền tín hiệu
quang với tốc độ cao hơn, khoảng cách xa hơn và ít bị nhiễu.
1.2.2. Cấu trúc
Một cấu trúc điển hình của sợi quang được trình bày trên hình 1:
Dây dẫn trung tâm: là sợi thuỷ tinh hoặc plastic đã được tinh chế có tác
dụng cho phép truyền đi tối đa các tín hiệu ánh sáng gọi là sợi quang. Sợi
quang được tráng một lớp lót nhằm phản chiếu tốt các tín hiệu.

Hình 1. Cấu trúc sợi quang.
Các bộ phận chính của sợi quang:
* Core: là lõi nằm trong cùng, là trung tâm phản chiếu của sợi quang và
là nơi ánh sáng đi qua làm nhiệm vụ truyền dữ liệu.
* Buffer coating: là lớp vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản
xạ độ phản chiếu, ngăn chặn sự thất thoát và suy giảm thông tin .
* Cladding: là lớp bảo vệ, thường bằng nhựa cứng. Có nhiệm vụ bảo vệ
sợi quang không bị hỏng, ăn mòn trong những môi trường ẩm ướt như đáy
biển.

Nguyễn Thị Huyền

8

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

* Jacket: là lớp vỏ ngoài cùng bằng chất dẻo hoặc cao su lưu hoá bảo vệ
những bó sợi quang.
1.2.3. Đặc điểm truyền dẫn thông tin của sợi quang
Truyền thông tin vào sợi quang: Một điốt phát sáng (LED) hoặc laser
truyền dữ liệu xung ánh sáng vào cáp quang.
Thu nhận thông tin từ sợi quang: Sử dụng cảm ứng quang chuyển xung
ánh sáng ngược thành data. Cáp quang chỉ truyền sóng ánh sáng (không
truyền tín hiệu điện) nên nhanh, không bị nhiễu và bị nghe trộm.
Các tín hiệu truyền qua cáp quang độ suy giảm thấp hơn truyền tín hiệu
qua các loại cáp đồng nên có thể tải các tín hiệu đi xa hàng ngàn Kilômét.
Cài đặt cáp quang đòi hỏi phải có chuyên môn cao. Cáp quang và các
thiết bị lắp đặt đi kèm rất đắt tiền so với các loại cáp đồng truyền thống.
1.3. Phân loại cáp quang
Cáp quang gồm 2 loại chính:
* Loại Đơn kiểu (Single mode): Loại này có kích thước lõi nhỏ (8 m
hay nhỏ hơn), hệ số thay đổi khúc xạ thay đổi từ lõi ra Cladding ít hơn loại đa
kiểu (Multimode). Các tia truyền theo phương song song với trục lõi xung ánh
sáng nhận được hội thụ tốt, ít bị méo dạng.

Đường kính của những lớp thành phần của một sợi cáp quang đơn kiểu
tiêu biểu: Lõi 8 m, Cladding 125 m, Buffer 250 m, Jacket 400 m.

Hình2
Nguyễn Thị Huyền

9

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

* Loại Đa kiểu (Multimode): Loại đa kiểu gồm có:
Multimode Steped index (chiết suất bước): lõi lớn (100 m), các tia tạo
xung ánh sáng có thể đi theo nhiều đường khác nhau trong lõi: đường thẳng,
đường zíc zắc v.v Tại điểm nhận tín hiệu sẽ nhận các chùm tia riêng lẻ, vì
vậy xung dễ bị méo dạng.
Multimode Graded index (chiết suất liên tục): lõi có chỉ số khúc xạ
giảm dần từ trong ra ngoài Cladding. Các tia gần trục truyền chậm hơn các tia
ở gần Cladding. Các tia theo đường cong thay vì đường zíc zắc. Các chùm tia
tại điểm hội tụ vì vậy xung ít bị méo dạng.
1.4. Nguyên lí hoạt động của cáp quang
Thông tin được truyền dẫn qua cáp quang bắt đầu ở dạng 1 dòng điện
mang theo một lượng dữ liệu số hoá. Một nguồn sáng (thường là nguồn laser)
chuyển hoá dòng điện này thành những xung ánh sáng và đưa chúng vào
những sợi cáp. Tại điểm nhận tín hiệu một điốt ảnh (thiết bị dò ánh sáng) nhận
xung ánh sáng và chuyển hoá chúng thành dòng điện và tái tạo lại thông tin

gốc. Xung ánh sáng đi qua lõi của sợi quang bằng cách phản xạ qua lớp sơn
bọc ngoài. Các hướng đi của xung ánh sáng qua lõi sợi quang gọi là đường
dẫn (mode).
ở mặt phân cách giữa Core và Cladding có chiết suất tương ứng bằng n1
và n2. Khi tia sáng đi tới lõi cáp quang sẽ tạo thành với đường trực giác của
mặt phẳng các góc là 1, 2 (Hình 3) và được liên hệ với nhau bởi công thức:
n1sin1 = n2sin2
Khi n1 > n2 sẽ xảy ra phản xạ toàn phần (Hình 4).
n2
2
n1

Nếu: 1 Arc sin

Với điều kiện như vậy, tia sáng sẽ bị giam giữ trong lõi và được truyền
đi bằng phản xạ liên tục nối tiếp nhau.

Nguyễn Thị Huyền

10

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Hình 3. Khúc xạ trên mặt phân cách.
Cladding

Core

0

Cladding
Hình 4. Phản xạ toàn phần trong cáp quang.
Trong một sợi cáp quang những lượng dữ liệu khác nhau được đưa qua
lõi cùng lúc sử dụng những bước sóng khác nhau của ánh sáng. Đối với khi
truyền tin ở khoảng cách ngắn mỗi luồng ánh sáng có thể đi theo đường zíc
zắc. Đối với truyền tin ở khoảng cách xa ánh sáng qua một đường để có tính
chất định vị hơn và qua thẳng tâm của sợi.
1.5. Vật liệu chế tạo, ưu và nhược điểm của cáp quang
1.5.1. Vật liệu chế tạo và công nghệ chế tạo
Các loại cáp quang được chế tạo chủ yếu từ SiO2 (thủy tinh) hoặc từ
plastic. Tuỳ theo nhu cầu sử dụng, điều kiện làm việc của cáp quang mà pha
thêm một số hợp chất khác như: Fluoroaluminate, Fluorozirconat,

Nguyễn Thị Huyền

11

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Chalcogenide. Lõi thuỷ tinh của một sợi cáp quang ban đầu giống như một

thành vật liệu mỏng và rắn được gọi là vật liệu hình thành (perform).
Vật liệu chế tạo cáp quang gồm:
+ SiO2 tinh khiết hoặc pha tạp nhẹ
+ Thủy tinh thành phần của SiO2 và phụ gia Na2CO3, B2O3, PbO v.v
+ Polime (trong một số trường hợp)
Ban đầu người ta cho khí SiCl4 và GeCl4 vào trong một ống có đường
kính cỡ 40 cm rồi cho ống quay đều quanh một trục phía dưới. Dùng đèn
hidrô dịch chuyển dọc ống để nung nóng tới 1900 K. Sau đó từ từ cho khí
trong ống tiếp xúc với Oxi. Khi đó sẽ xảy ra phản ứng giữa SiCl4 và GeCl4 với
Oxi tạo các Ôxít dưới dạng hạt bám vào thành ống. Do các phản ứng xảy ra
đều đặn nên trên thành ống hình thành những lớp thuỷ tinh đồng chất (cùng
chiết suất). Bên cạnh đó do nhiệt độ giữa trong ống thuỷ tinh và thành ống là
khác nhau nên giữa các lớp Ôxít được hình thành sau phản ứng luôn phân biệt
với nhau. Mỗi lớp Ôxít đó rất mỏng, chúng dần dần được rút ra và sau đó qua
một số công đoạn sơ chế khác tạo thành các sợi quang học.
Tuỳ theo nhu cầu của sản phẩm mà cho thêm một số phản ứng phụ khác
để thay đổi chiết suất của sợi quang học.
1.5.2. Ưu và nhược điểm của cáp quang
* Ưu điểm:
Về kinh tế: Những vật liệu thô để làm ra cáp quang như cát là rất phong
phú và rẻ. Vì vậy mà giá thành của cáp quang thấp hơn so với cáp đồng.
Về kích thước: Do tỷ trọng vật liệu chế tạo nhỏ nên cáp quang mỏng
hơn cáp đồng. Cáp quang được thiết kế có đường kính nhỏ hơn cáp đồng.
Về dung lượng tải: Cao hơn cáp đồng bởi vì cáp quang mỏng hơn, nhiều
sợi quang có thể bó được vào với đường kính đã cho hơn cáp đồng. ánh sáng
được điều biến trong cáp quang với tốc độ cao 40 Gb/s. Mỗi sợi trong bó cáp
mang những kênh độc lập, điều này cho phép nhiều kênh đi qua cáp.
Nguyễn Thị Huyền

12

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Về chất lượng tín hiệu: tín hiệu ánh sáng qua sợi quang không giống tín
hiệu điện trong cáp đồng. Tín hiệu quang không bị suy giảm nên đảm bảo
được chất lượng. Tín hiệu ánh sáng từ các sợi quang trong cùng một cáp
quang không bị nhiễm với nhau điều này làm cho chất lượng tín hiệu tốt hơn.
Về nguồn năng lượng: bởi vì tín hiệu trong cáp quang giảm ít, máy phát
có thể sử dụng nguồn năng lượng thấp hơn thay vì máy phát với điện thế cao
được dùng trong cáp đồng.
Cáp quang lý tưởng thích hợp để tải thông tin dạng số mà đặc biệt hữu
dụng trong mạng máy tính.
Cáp quang khác cáp kim loại: sợi quang được miễn dịch với sự giao
thoa điện nên tránh được hiện tượng nhiễu điện và không dẫn điện. Do đó sợi
quang hoạt động an toàn trong môi trường cháy nổ. Sợi quang có thể kéo từ
khối nóng cháy có kích thước nhỏ hơn sợi đồng. Với những đặc điểm trên của
sợi quang nên không có điện xuyên qua cáp quang. Vì vậy không có nguy cơ
hoả hoạn xảy ra.
* Nhược điểm: Cáp quang không có khả năng nối kết dễ dàng như cáp
đồng. Lắp đặt cáp quang đòi hỏi những huấn luyện nhân sự đặc biệt, những
trang thiết bị đo và kết nối chính xác. Vì vậy, nối cáp quang khó khăn hơn dây
cáp dẫn càng thẳng càng tốt.

Nguyễn Thị Huyền

13

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Chương 2. ứng dụng cáp quang trong việc truyền dẫn
thông tin và khai sáng mạng thông tin toàn cầu

2.1. ứng dụng truyền dẫn thông tin
Ban đầu sợi quang chỉ được sử dụng vào mục đích trang trí, bảng tín
hiệu hoặc bảng quảng cáo. Sợi quang dùng trong 1 số dụng cụ y tế như: dẫn
sáng vào vị trí cần sửa răng, trong máy soi dạ dày (Gastroscope), ống soi phế
quản (Bronchoseope), đèn nội soi (Medical endoscope) trong khám chẩn đoán
và phẫu thuật y tế. Sợi quang cũng dùng trong nội soi công nghiệp
(Industrial endoscope) để theo dõi hoạt động của những nơi không thể tiếp cận
trực tiếp (ví dụ: kiểm tra bên trong động cơ máy bay phản lực).
Song ứng dụng chủ yếu của sợi quang chính là trong ngành viễn thông
và công nghệ thông tin. Dùng sợi quang làm dây dẫn truyền dữ liệu, âm thanh,
hình ảnh v.v
Những sợi cáp quang dao động nhờ ánh sáng, chuyển hoá hàng tỷ dữ
liệu số hoá thành những tín hiệu ánh sáng. Một sợi quang học siêu nhỏ có thể
tải được 10 triệu cuộc điện thoại trong cùng một lúc. Cáp quang truyền thông
tin dưới dạng tín hiệu ánh sáng bằng cách mã hoá các xung ánh sáng. Vì vậy
mà tránh được các tín hiệu điện từ kí sinh và cách điện giữa mạch nguồn với
máy thu. Cáp quang được coi là hệ thống đường giao thông của siêu xa lộ
thông tin. Đôi khi người ta có thể truyền thông tin đi bằng cách biến điệu tần

số hoặc biến độ của ánh sáng.
2.1.1. Hệ thống thông tin quang
2.1.1.1. Cấu hình hệ thống tin quang
Một hệ thống truyền dẫn hợp lý cần xét đến việc lựa chọn môi trường
truyền dẫn, phương pháp truyền dẫn và phương pháp điều chế (ghép kênh).

Nguyễn Thị Huyền

14

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phương pháp truyền dẫn hiện đang được sử dụng là truyền dẫn bằng cáp
quang.
Hình 5 mô tả một sơ đồ điều chế tín hiệu quang tiêu biểu:
Tín hiệu do nguồn phát ra có thể là: số liệu (Fax), âm thanh, hình ảnh.
Thông qua phương pháp ghép kênh các tín hiệu chuyển thành tín hiệu số hoặc
tín hiệu tương tự. Các tín hiệu mới này đi qua bộ phận điều chế quang theo
mật độ IM chuyển thành tín hiệu quang.
Sự điều chế sóng mang quang của hệ thống truyền dẫn quang được
thực hiện với sự điều chế theo mật độ:
(1) Sóng mang quang nhận được từ các phần tử phát quang hiện có
không đủ ổn định để phát thông tin. Do có sự thay đổi về pha và độ khuyếch
đại và phần lớn không phải là các sóng mang đơn tần. Đặc biệt các điốt phát
quang không phải là nhất quán. Vì vậy có thể coi ánh sáng như tiếng ồn thay

vì sóng mang. Do đó, chỉ có năng lượng có cường độ ánh sáng tức thời được
sử dụng.
(2) Laser bán dẫn được chế tạo có tính nhất quán tuyệt vời do đó có khả
năng cung cấp sóng mang quang ổn định. Tuy nhiên, công nghệ tạo phách là
một công nghệ biến đổi tần số để điều chế pha còn chưa được phát triển đầy
đủ.
(3) Một sóng mang đơn tần số cao được phát đi theo cáp quang đa
mode thì các đặc tính truyền dẫn thay đổi tương đối phức tạp.Cáp quang bị
dao động do sự giao thoa ánh sáng vì có sự biến đổi mode hoặc do phản xạ
sau khi truyền dẫn. Do đó rất khó sản xuất một hệ thống truyền dẫn ổn định.
Vì vậy trong nhiều ứng dụng việc sử dụng phương pháp điều chế mật độ sẽ
được tiếp tục.
Điều chế quang theo mật độ (IM) có rất nhiều phương pháp để biến đổi
tín hiệu quang thông qua việc điều chế và ghép kênh các tín hiệu cần phát.

Nguyễn Thị Huyền

15

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Tín hiệu nguồn

Số liệu (Fax)

Âm thanh

PCM
AM
ADPM
PACOR
PCM
DPCM
TRIDEC

Hình ảnh

FSK
PSK
QAM

(Ghép kênh)

Tín hiệu
tương tự
VSB
SSB
DSB

Tín hiệu số

(Ghép kênh FDM)

TDM

FM
(Ghép kênh
FDM)

IM
Tín hiệu quang

Hình 5. Quá trình ghép kênh điện.
Phương pháp phân chia theo thời gian (TDM) được sử dụng một cách
rộng rãi khi ghép kênh các tín hiệu. Các tín hiệu như: số liệu, âm thanh, điều
chế xung mã PCM (64 Kb/s) và số liệu Video digital. Trong truyền dẫn tín
hiệu cự ly ngắn các tín hiệu video có thể sử dụng phương pháp truyền dẫn

Nguyễn Thị Huyền

16

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

analog, phương pháp truyền các kênh tín hiệu video bằng IM và phương pháp
thực hiện điều chế tần số (FM). Dùng phương pháp điều chế tần số xung
(PFM) sớm để tăng cự ly truyền dẫn.
Phương pháp phân chia theo bước sóng (WDM) là phương pháp điều
chế một số sóng mang quang có bước sóng khác nhau thành các tín hiệu điện
khác nhau. Sau đó truyền các tín hiệu điện này qua một sợi cáp quang. Khi

truyền nhiều kênh thông qua cáp quang thì một số lượng lớn các dữ liệu có thể
được gửi đi nhờ gia tăng số lõi cáp sau khi đã ghép các kênh trên. Phương
pháp này gọi là ghép kênh SDM. Hệ thống truyền dẫn quang có thể được thiết
lập bằng cách: sử dụng hỗn hợp TDM/FDM, WDM và SDM. Hệ thống truyền
dẫn quang cũng tương tự hệ thống truyền dẫn cáp đôi và cáp đồng trục truyền
thống. Tuy nhiên chỉ khác ở điểm biến đổi các tín hiệu điện thành tín hiệu
quang và ngược lại tại đầu thu. Cấu hình của hệ thống truyền dẫn cáp quang
bao gồm: hệ thống truyền dẫn digital (Hình 6) và hệ thống truyền dẫn analog
(Hình 7).
Sợi
quang
Đầu vào
Mã
hoá

Biến đổi
điện quang

Khuếch đại
Cân bằng

Biến đổi
Quang điện

Tái tạo
đồng nhất

Giải
mã
Đầu ra

Mở khoá

Hình 6. Hệ thống truyền dẫn digital.
Sợi quang
Đầu vào

Tên điều chế

Biến đổi
điện quang

Biến đổi
Quang điện

Giải
điều chế

Khuếch đại

Hình 7. Hệ thống truyền dẫn analog.

Nguyễn Thị Huyền

17

Đầu ra

K31B Khoa Vật lý

Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phương pháp truyền dẫn analog có thể chỉ tiến hành với một bộ khuếch
đại bằng cách đổi các tín hiệu điện thành các tín hiệu quang và ngược lại.
Hệ thống truyền dẫn cáp quang hoạt động thực tế còn có thêm: một
mạch ổn định đầu ra của các tín hiệu quang cần phát, một mạch AGC để duy
trì tính đồng nhất của đầu ra tín hiệu điện ở phía thu và một mạch để giám sát
mỗi phía.
2.1.1.2. Thành phần cơ bản của hệ thống truyền dẫn quang
Hệ thống truyền dẫn quang gồm: các phần tử phát xạ ánh sáng (nguồn
sáng), các sợi quang (môi trường truyền dẫn) và các phần tử thu để nhận ánh
sáng truyền qua sợi quang. Các phần tử được chọn để sử dụng:
- Phần tử phát xạ ánh sáng:
+ Điốt laser (LD)
+ Điốt phát quang (LED)
+ Laser bán dẫn
- Sợi quang
+ Sợi quang đa mode chỉ số bước
+ Sợi quang đa mode chỉ số lớp
+ Sợi quang đơn mode
- Phần tử thu ánh sáng:
+ Điốt quang kiểu thác (APD)
+ Điốt quang PIN (PIN PD)
2.1.2. Hệ thống Camera giám sát diện rộng Video over Km
Hệ thống Camera giám sát diện rộng giúp ta giám sát hình ảnh tại một
điểm cách phòng điều hành 3 km, 5 km, 7 km v.v, 120 km. Với chất lượng
hình ảnh tuyệt vời trong điều kiện khắc nhiệt của môi trường mà tiết kiệm đầu

tư.

Nguyễn Thị Huyền

18

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Hệ thống có thể đặt được trong môi trường có khí nổ (như ngành dầu
khí, mỏ than v.v), môi trường có chất ăn mòn (như ngành tàu biển, ngành
hoá chất v.v), môi trường có nhiệt độ cao, môi trường có nhiễu điện từ lớn.
Hình ảnh hệ thống Camera giám sát diện rộng (Hình 8).

Hình

Hình 8
2.1.3. Hệ thống tổng đài nội bộ diện rộng Phones Signal over Km
Hệ thống tổng đài nội bộ diện rộng được ứng dụng trong các nhà máy,
xí nghiệp, tổ chức lớn có nhiều văn phòng cách nhau với khoảng cách xa. Đặc
biệt hệ thống còn hoạt động được trong môi trường có nhiễu lớn như: ngành
điện, sản xuất thép v.v Việc mở rộng mạng điện thoại nội bộ trên nền cáp
quang sẽ loại bỏ được nhiễu đường truyền cho tín hiệu thoại tốt nhất.
Cấu trúc hệ thống mở rộng mạng điện thoại kết hợp với mở rộng mạng
LAN (Hình 9).

Hình 9
Nguyễn Thị Huyền

19

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

2.1.4. Truyền tín hiệu Telephone trên nền mạng LAN
Truyền tín hiệu Telephone trên nền mạng LAN thực chất là việc truyền
tín hiệu điện thoại trên nền chuẩn Ethernet. Kết hợp giải pháp truyền tín hiệu
này với giải pháp Ethernet công nghiệp để sản xuất một hệ thống. Hệ thống
bao gồm: truyền tín hiệu data, tín hiệu điện thoại cùng trên một đường Bus có
mức ổn định và loại nhiễu cao.
Hệ thống kết nối tín hiệu điện thoại trên nền Ethernet. Tín hiệu điện
thoại được chạy trên nền của cáp quang nên loại được nhiễu rất tốt.
Hệ thống điện thoại trên nền mạng LAN truyền thống (Hình 10)

Hình 10
2.1.5. Hệ thống mạng XG 10 Gigabit Ethernet
* ứng dụng XG 10 Gigabit Ethernet như thế nào?
Sự phát triển của hệ thống mạng nội bộ (Ethernet Network System) bắt
đầu từ:
Ethernet: 10 Mbps
Fast Ethernet: 100 Mbps
Gigabit Ethernet: 1000 Mbps hay 1 Gbps

10 Gigabit Ethernet: 10 GBE hay 10 Gbps
Nếu muốn nâng cấp hệ thống mạng nội bộ hiện tại lên 10 Gigabit Ethernet
cần quan tâm tới 3 yếu tố chính:
(1) ứng dụng hay phần mềm yêu cầu tốc độ mạng cao hơn.
Nguyễn Thị Huyền

20

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

(2) Thiết bị mạng chủ động (Active Device) hay thiết bị mạng LAN Card
phải phù hợp với ứng dụng tốc độ mạng cao.
(3) Hệ thống cáp mạng phải hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ cao, có thể chạy ở
tần số cao và phải đảm bảo không bị lỗi trong khi truyền dẫn.
* Đối với ứng dụng cáp quang:
Module nguồn phát sáng (Light Soure Module) của các thiết bị
mạng chủ động dành cho cáp quang Multimode có thể chia thành ba loại:
LED, VCSEL và LASER (Hình 11).

Hình11
LED: Truyền ánh sáng bằng cách chiếu ánh sáng tràn lên hết bề mặt
của lõi cáp quang và sử dụng ánh sáng đi vào lõi cáp để truyền dữ liệu.
VCSEL: Sử dụng công nghệ Laser Technology để tập trung tia sáng
nhỏ hơn lõi cáp quang vào khoảng 20 30 m.
LASER: Truyền ánh sáng bằng cách sử dụng công nghệ Laser cho

phép chiếu một tia sáng đơn sắc với độ tập trung rất cao vào ngay trung tâm
của lõi cáp.
ánh sáng lúc này có thể xem như một năng lượng điện từ
(Electromagnetic Energy) và có thể được chia làm 2 bước sóng: bước sóng
ngắn 850 nm và bước sóng dài 1300 nm. ánh sáng này không thể xác định
bằng mắt người được (vì bình thường con người chỉ có thể nhìn thấy các ánh
sáng với bước sóng vào khoảng 400 700 nm). Trường hợp nguồn phát ánh
Nguyễn Thị Huyền

21

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

sáng có bước sóng ngắn khoảng 600 nm sẽ được nhận ra nhờ đèn LED với ánh
sáng đỏ.
Mode là kiểu của năng lượng điện từ hay ánh sáng được truyền
trong sợi cáp thủy tinh. Vậy Multimode nghĩa là sợi cáp thuỷ tinh có thể
truyền được nhiều tia sáng trong cùng một khoảng thời gian. Mỗi tia sáng sẽ
có một điểm tiếp xúc và một góc phản xạ khác nhau. Theo tự nhiên cáp quang
Multimode sẽ có đường kính lõi (core) lớn hơn đường kính của các tia sáng.
Có thể sử dụng cáp quang Singlemode với bước sóng dài 1310/1550 nm cho
hệ thống mạng 10 Gigabit Ethernet rất tốt. Tuy nhiên, giá thành của thiết bị
mạng chủ động Singlemode rất đắt. Để giảm giá các ứng dụng 10 Gigabit
Ethernet thì một nguồn sáng và sợi cáp quang Multimode 50/125 m mới đã
được đưa ra giới thiệu. Với công nghệ Laser nguồn sáng mới này gọi là

VCSEL (Vertical Cavity Suface Emitting Laser) đã được phát triển và sử
dụng trên sợi cáp quang 50/125 m Multimode. Sợi cáp quang mới này có thể
truyền ánh sáng có bước sóng ngắn 850 nm, với tốc độ 10 Gbps và khoảng
cách yêu cầu theo tiêu chuẩn. Chiết suất tại trung tâm của lõi cáp quang đã
được hiệu chỉnh băng thông để phù hợp với bước sóng 850 nm thay vì 980 nm
trong cáp quang 50/125 m hiện tại.

Theo bảng trên nhận thấy cáp quang Multimode 50/125 m sẽ cung
cấp băng thông cao hơn cáp quang Multimode 62,5/125 m tại bước sóng
850nm. Cáp Laser Grade Multimode sẽ cung cấp một băng thông cao hơn cáp
Multimode 50/125 m tại bước sóng 850 nm. Loại cáp Laser Grade
Nguyễn Thị Huyền

22

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Multimode có thể hỗ trợ ứng dụng 10 Gigabit Ethernet và sử dụng với công
nghệ VCSEL. Tiêu chuẩn cho 10 Gigabit Ethernet và 10 Gigabit Fiber
Channel là sử dụng cáp quang Multimode 50/125 m trong khoảng cách từ
2 300 m. Khoảng cách tối đa 300 m được sử dụng cho các đường cáp
Backbone Intra Building và cho hệ thống cáp cấu trúc được chấp nhận rộng rãi
ngày nay.
2.1.6. Một số loại cáp quang ứng dụng trong truyền dẫn thông tin
a) Cáp đi cống kim loại OJFPJFLAPLT9 (Hình 12)

Có khả năng chịu các tác động cơ học cao, chống mối mọt.

Hình 12
b) Cáp chôn trực tiếp kim loại OJFPIFLAPSPLT9 (Hình 13)
Có khả năng chịu các tác động cơ học cao, chống mối mọt, chống gặm
nhấm.

Nguyễn Thị Huyền

23

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Hình 13
* Cấu trúc cáp
Cáp được cấu tạo từ 2 96 sợi quang đơn mode có bước sóng 1310 nm
và 1550 nm. ống đệm chứa và bảo vệ sợi quang được làm theo công nghệ ống
đệm lỏng. ống đệm có chứa sợi quang được bện theo phương pháp SZ chung
quanh phần tử chịu lực trung tâm (bện hai lớp). Các khoảng trống giữa sợi
quang và bề mặt trong của lòng ống đệm được điền đầy bằng một hợp chất
đặc biệt để chống sự thâm nhập của nước. Lớp sợi tổng hợp chịu lực phi kim
loại bao quanh lõi. Tiếp theo là lớp nhựa Polyethylene bảo vệ. Cuối cùng là
lớp vỏ cứng bằng nhựa PolyAmide màu cam hoặc đen (Nylon 12) để chống
mối mọt. Loại cáp này thích hợp chôn trực tiếp và chôn luồn ống có thể chịu
lực nén đến 4000 N, lực kéo khi lắp đặt 2700 N và sau khi lắp đặt 1300 N. Cáp

làm việc được ở môi trường có nhiệt độ trong khoảng -30 +700C.
c) Cáp thả sông (VINA GSC) (Hình 14)
Có khả năng chịu các tác động cơ học cao, đi ngầm dưới nước.

Nguyễn Thị Huyền

24

K31B Khoa Vật lý


Khoá luận tốt nghiệp

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Hình 14
e) Cáp chôn trực tiếp phi kim loại OJFPJFEKE LT9 (Hình 15)
Cáp được thiết kế thích hợp cho những vùng hay có sét hoặc chịu ảnh
hưởng của điện cao thế.

Hình15
Nguyễn Thị Huyền

25

K31B Khoa Vật lý