Tổng quan về hệ thống thông tin quang

Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
Lời nói đầu
Ngày nay, hệ thống thông tin quang là hệ thống thông tin mà trong
đó tín hiệu được truyền dẫn dưới dạng ánh sáng. Môi trường truyền dẫn là
các sợi quang (các sợi mảnh).
Cáp quang đã trở thành phương tiện truyền dẫn hết sức hiệu quả
trong các mạng thuê bao. Do các ưu điểm của nó hơn hẳn các phương tiện
truyền dẫn khác. Cáp quang ngày càng được nhiều nước sử dụng làm
phương tiện truyền dẫn thông tin của mình nó có chất lượng truyền dẫn tốt
hơn hẳn so các hệ thống truyền dẫn khác - nó còn là phương tiện truyền
dẫn an toàn nhất trong mọi điều kiện. Nó đóng vai trò đa năng truyền dẫn
mọi dịch vụ viễn thông có chất lượng cao đòng bộ và hiện đại như: Truyền
số liệu, hội nghị truyền hình, truy nhập dữ liệu từ xa, dẫn các tạp thông tin
đa phương tiện.
Cùng với những ưu điểm như: Độ suy hao thấp, độ rộng băng tần
cao, đường kính sợi nhỏ, trọng lượng nhẹ, đặc tính cách điện cao, tiết
kiệm tài nguyên.
Trong phần báo cáo thực tập này em xin nghiên cứu những vấn đề
sau:
Hệ thống thông tin quang.
Cáp sợi quang và những vấn đề liên quan.
Được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy Vũ Đức Thọ -trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội. Nay bản báo cáo tực tập của em đã hoàn
thành, em kính mong các thầy cô giáo xem xét và bổ khuyết, em xin trân
thành cảm ơn.

.
1
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
PHẦN I: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THÔNG TIN QUANG

Định nghĩa:
Thông tin quang là một hệ thống truyền tin thông qua sợi quang. Điều này có
nghĩa là thông tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua
sợi quang . Tại nơi nhận nó lại được biến đổi thành thông tin ban đầu
1.1 Sự phát triển của thông tin quang:
Khởi đầu của thông tin quang là khả năng nhận biết của con người về chuyển
động hình dáng và màu sắc thông qua đôi mắt . Tiếp đó một hệ thống thông tin, điều
chế đơn giản xuất hiện bằng cách sử dụng các đèn hải đăng các đèn tín hiệu. Kế tiếp
là sự ra đời của một máy điện báo quang. Thiết bị này sử dụng khí quyển như một
môi trường truyền dẫn và do đó chịu ảnh hưởng của các điều kiện thời tiết để giải
quyết vấn đề này người ta đã chế tạo ra máy điện báo vô tuyến dùng để liên lạc giữa
hai người ở cách xa nhau.
1960 các nhà nghiên cứu đã chế tạo thành công ra laze và đến năm 1966 đã
chế tạo ra sợi quang có dộ tổn thất thấp ( 1000dB/Km). Bốn năm sau Karpon đã chế
tạo ra cáp sợi quang trong suốt có độ suy hao truyền dẫn khoảng 20dB/Km. Từ
thành công rực rỡ này các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã bắt đầu tiến hành
nghiên cứu, phát triển và kết quả là công nghệ mới về giảm suy hao truyền dẫn, về
tăng dải thông về các laze bán dẫn đã được phát triển thành công vào những năm 70.
Sau dó giảm độ tổn hao xuống còn 0,18 db/Km còn laze bán dẫn có khả năng thực
hiện giao động liên tục ở nhiệt độ khai thác đã được chế tạo, tuổi thọ kéo dài hơn
100 năm.
2
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
Dựa trên công nghệ sợi quang và các laze bán dẫn giờ đây có thể gửi một
khối lượng lớn các tín hiệu âm thanh dữ liệu đến các địa chỉ cách xa hàng trăm Km
bằng một sợi quang có độ dày như một sợi tóc, không cần các bộ tái tạo.
Hiện nay các hoạt động nghiên cứu đang được tiến hành trong một lĩnh vực
gọi là photon học là một lĩnh vực tối quan trọng trong thông tin quang, có khả năng
phát hiện và sử lý trao đổi và truyền dẫn thông tin bằng các phương tiện ánh sáng.
Photon học có khả năng sẽ được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử và viễn

thông trong thế kỷ 21.
1.2 Cấu trúc hệ thống thông tin quang:
Hình vẽ 1.1 biểu thị cấu hình cơ bản của hệ thống thông tin quang.

Chức năng của từng bộ phận trong hệ thống thông tin quang:
Bộ biến đổi điện – quang ( E/O): Dùng để biến đổi tín hiệu điện thành tín
hiệu quang để truyền trong môi trường cáp quang ( biến đổi xung điện thành xung
quang).
Yêu cầu thiết bị E/O biến đổi trung thực ( ánh sáng bị điều biến theo qui luật
của tín hiệu điện).
3
Hình 1.1: Cấu hình của hệ thống thông tin quang.
Cáp quang Cáp quang
Nguồn
thu
thông
tin
E/O

O/
E
E/
O
O/E
Nguồn
phát
thông
tin
Bộ biến
đổi điện

quang
Lặp đường dây
Bộ biến
đổi quang
điện
<Tín hiệu
điện>
< Tín hiệu quang >
< Tín hiệu quang >
<Tín
hiệu


điện>
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
Cáp quang: Là môi trường dùng để truyền dẫn tín hiệu là ánh sáng, được chế
tạo bằng chất điện môi có khả năng truyền được ánh sáng như sợi thạch anh, sợi
thuỷ tinh, sợi nhựa.
Yêu cầu: Tổn hao năng lượng nhỏ, độ rộng băng tần lớn, không bị ảnh hưởng
của nguồn sáng lạ ( không bị nhiễu) .
Bộ biến đổi quang - điện ( O/E): Thu các tín hiệu quang bị suy hao và méo
dạng trên đường truyền do bị tán xạ, tán sắc, suy hao bởi cự ly để biến đổi thành các
tín hiệu điện và trở thành nguồn tin ban đầu.
Yêu cầu: Độ nhậy máy thu cao, thời gian đáp ứng nhanh, nhiễu nhỏ tiêu thụ
năng lượng điện ít.
Các trạm lặp: Được sử dụng khi khoảng cách truyền dẫn lớn. Trạm lặp biến
đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện để khuyếch đại. Tín hiệu đã được
khuyếch đại được biến đổi thành tín hiệu quang để tiếp tục truyền trên tuyến cáp sợi
quang.
1.3 Ưu, nhược điểm và các ứng dụng của thông tin quang:

Thông tin quang cũng như nhiều loại thông tin khác nó cũng có những ưu và
nhược điểm riêng:
1.3.1 Ưu điểm :
• Sợi quang không bị nhiễu bởi các tia điện từ trong không gian và ngược lại nó
cũng không phát ra các tia điện từ gây ảnh hưởng tới các thiết bị xung quanh.
Như vậy các tín hiệu tryuền qua sợi quang không thể bị nghe lén được. Tin tức
được đảm bảo bí mật
• Giá thành của hệ thống dẫn tín hiệu bằng cáp kim loại đắt hơn so với cáp sợi
quang.
• Độ cách điện cao đến hàng nghàn volt giữa trạm phát và trạm nhận tín hiệu.
• Trong kênh thông tin trọng lượng và kích thước của các bộ phận đều nhỏ nhẹ.
4
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
• Tín hiệu và hệ thống truyền tin bằng sợi quang thích hợp với các linh kiện, IC
lozic TTC và CMOS.
• Truyền tín hiệu qua cáp quang không bị nhiễu và không có hiệu ứng thời gian trễ
như ở thông tin vệ tinh.
• Độ rộng băng tần đến 3000GHz. Đến nay với cách truyền tin AM hay Time-
Multiplex độ rộng băng tần bị hạn chế còn khoảng 10GHz.
1.3.2. Nhược điểm.
• Hàn, nối sợi khó khăn hơn cáp kim loại.
• Muốn cấp nguồn từ xa cho các trạm lặp cần có thêm dây đồng đặt bên trong sợi
quang.
• Khi có nước, hơi ẩm lọt vào cáp thì cáp sẽ nhanh chống bị hỏng và các mối hàn
mau lão hoá làm tăng tổn hao.
• Do sợi có kích thước nhỏ nên hiệu suất của nguồn quang thấp.
• Vì đặc tính bức xạ không tuyến tính của laze diode nên hạn chế truyền analog.
• Không thể truyền mã lưỡng cực.
1.3.3 Ứng dụng.
Nhờ những ưu điểm trên mà sợi quang được ứng dụng trong các mạng lưới

điện thoại, số liệu, máy tính và phát thanh, truyền hình ( dịch vụ băng rộng) và sẽ
được sử dụng trong ISDN ( là mạng kết hợp giữa kỹ thuật chuyển mạch kênh với kỹ
thuật chuyển mạch gói), trong điện lực các ứng dụng y tế quận sự và cũng như trong
các thiết bị đo.
5
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
CHƯƠNG II:
CÁP SỢI QUANG VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN
2.1 Bản chất của ánh sáng:
Trong hệ thống thông tin quang, thông tin được truyền đi dưới dạng ánh sáng,
một cách chung nhất, có thể coi ánh sáng là một chùm các phần tử hạt rất nhỏ bé
được phát ra từ một nguồn sáng. Các phần tử này được hình dung như đang đi theo
một đường thẳng và có thể thâm nhập vào môi trường trong suốt nhưng lại bị phản
xạ khi gặp các môi trường đục. Quan điểm này mô tả được đầy đủ các hiệu ứng về
quang học trong một phạm vi riêng nào đó ví dụ như các hiện tượng phản xạ và khúc
xạ ánh sáng, nhưng lại không đúng khi dùng thuyết này để giải thích về hiện tượng
nhiễu xạ và giao thoa, tuy nhiên hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa chỉ hãn hữu. Năm
1986, Maxwell đã chứng minh bằng lý thuyết rằng bản chất của sóng ánh sáng là
sóng điện từ. Hơn nữa khi quan sát các hiệu ứng phân cực, người ta nhận thấy sự
chuyển động của sóng ánh sáng luôn vuông góc với hướng mà sóng đi, điều đó chỉ
ra rằng sóng ánh sáng là sóng ngang. Theo quan điểm sóng quang hay vật lý quang
thì sóng điện từ được phát ra từ một nguồn nhỏ có thể được đặc trưng bởi một loại
các mặt sóng hình cầu mà nguồn đặt ở trung tâm các mặt cầu này. Mặt sóng được
xác định bởi các quĩ tích tất cả các điểm ở trong loại sóng cùng pha.
6
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
2.1.1 Các định luật cơ bản của ánh sáng:
Các định luật cơ bản của ánh sáng có liên qua đến sự truyền ánh sáng trên sợi
quang là hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng vận tốc của ánh sáng là:
c = v.λ

v: Tần số ánh sáng
λ: Bước sóng
Trong không gian tự do thì c = 3.10
8
m/s, còn các môi trường trong suốt khác
thì vân tốc ánh sáng là v < c. Khi đó chỉ số chiết suất n của vật liệu đó là:
n = c/v
Hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng có thể xem xét trong trường hợp có
hai môi trường khác nhau về chỉ số chiết suất. Như ta đã biết, các tia sóng được
truyền từ môi trường có chiết suất lớn vào môi trường có chiết suất nhỏ hơn thì sẽ
thay đổi hướng truyền của chúng tại danh giới phân cách giữa hai môi trường. Các
tia sáng khi đi qua vùng ranh giới này bị thay đổi hướng nếu tiếp tục đi vào môi
trường có chiết suất mới thì gọi đó là tia khúc xạ, còn tia nào qua ranh giới này quay
trở lại môi trường ban đầu thì gọi là tia phản xạ
Hình dưới đây minh hoạ quá trình phản xạ và khúc xạ ánh sáng ứng với một
môi trường thứ nhất có chiết suất n
1
lớn hơn chiết suất n
2
của môi trường thứ hai.
7
φ
2
θ
2
φ
1
θ
1
Tia tới Tia phản

xạ
Tia khúc
xạ
Pháp
tuyến
n
2
n
1
n
2
<n
1
Tia tới
φ
1
φ
0
Tia khúc
xạ
Pháp
tuyến
φ
2
n
2
n
1
Hình 2.1: Hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng.
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ

* Theo định luật Snell ta có quan hệ:
n
1
.sin φ
1
= n
2
.sinφ
2
.
φ
1
:

là góc tới góc hợp bởi pháp tuyến của mặt phân cách 2 môi trường với tia
tới.
φ
2
: Là góc hợp bởi pháp tuyến của mặt phân cách hai môi trường với tia khúc
xạ.
Ta có thể viết như sau:
n
1
.cosθ
1
= n
2
.cosθ
2

.
2.1.2 Đặc tính tán xạ trong sợi quang:
Khi truyền dẫn các tín hiệu số qua sợi quang, xuất hiện hiện tượng dãn rộng
các xung ánh sáng ở đầu thu. Thậm chí trong vài trường hợp các xung lân cận còn đè
lên nhau, dẫn đến không phân biệt được xung, gây méo tín hiệu khi tái tạo. Hiện
tượng dãn xung được gọi là hiện tượng tán xạ.
Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do ảnh hưởng của sợi quang mà các
thời gian chạy khác nhau cho các thành phần ánh sáng phát đi đồng thời. Tán xạ có
ảnh hưởng tới chất lượng truyền dẫn cụ thể là:
• Khi truyền tín hiệu số trong miền thời gian nó gây ra sự dãn rộng các xung ánh
sáng.
• Khi truyền tín hiệu tương tự ở đầu thu biên độ tín hiệu bị giảm và gây ra hiện
tượng dịch pha. Độ rộng băng truyền dẫn của sợi quang bị giới hạn, ảnh hưởng
của tán xạ được mô tả như sau:
8
Hình b : Sụt biên độ
t
P
T
s
T
c
0
P
t
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ

Hình 2.2: Ảnh hưởng của tán xạ lên tín hiệu digital (a) và tín hiệu analog (b)
S : chỉ tín hiệu phát
E : chỉ tín hiệu thu.

a> Tán sắc mode:
• Tán sắc mode tồn tại trong tất cả các sợi quang đa mode , không có trong đơn
mode.
• Tán sắc mdoe còn gọi là tán sắc giữa các mode.
• Tán sắc mode là do các mode truyền trong sợi với tỷ lệ khác nhau và đến cuối
đầu thu tại các thời điểm khác nhau, nghĩa là truyền tốc độ như nhau nhưng đến
đầu thu không đồng thời.
• Trong các sợi đa mode có sự khác nhau về tốc độ nhóm giữa các dạng sóng. Tuy
các dạng sóng xuất phát từ đầu sợi tại cùng một thời điểm nhưng đến cuối sợi thì
không đồng thời. Giữa các dạng sóng (các tia sóng ) nhanh nhất và chậm nhất
gây ra độ lệch thời gian đặc trưng cho tán sắc mode.
b> Tán sắc sắc thể trong sợi đa mode:
Tán sắc sắc thể có trong sợi đa mode và sợi đơn mode:
• Tán sắc sắc thể gây ra do sự phụ thuộc của tốc độ nhóm vào bước sóng của tín
hiệu và làm cho thời gian tới của các thành phần có bước sóng khác nhau không
như nhau.
9
Hình a : Dãn xung
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
• Tán sắc sắc thể bao gồm tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng:
+ Tán sắc vật liệu: Là do các bước sóng khác nhau từ nguồn quang và truyền với
tốc độ khác nhau do sự thay đổi các chỉ số khúc xạ theo bước sóng.
+ Tán sắc ống dẫn sóng: Là do sự phụ thuộc không tuyến tính của hằng số chuyền
lan vào tần số bước sóng trong ống dẫn quang.
2.2 Cấu tạo cáp sợi quang:
2.2.1 Lõi cáp sợi quang:
Bao gồm sợi quang đặt trong ống đệm chặt hoặc ống đệm lỏng được liên kết
với nhau bằng cách xoắn quanh một phần tử trung tâm gọi là phần tử gia cường.
Bước xoắn phải đủ dài để cho sợi quang không bị cong quá mức qui định và
đủ ngắn để đủ độ giãn dài khi bị kéo căng cáp.

Phần tử trung tâm làm bằng các plastic có rãnh vừa là chức năng gia cường
vừa để đặt sợi theo hình xoắn ốc. Các ống đệm cũng bằng plastic.
Các đặc tính cơ bản của plastic được dùng để sản xuất ống đệm hoặc phần tử
gia cường (làm lõi của cáp quang) theo bảng sau:
Vật liệu Sức chịu
lực căng
Kg/mm
2
Độ giãn dài
tại điểm %
Modul đàn
hồi
Kg/mm
2
.10
2
Độ dãn
nhiệt
10
-5
/
0
C
Sợi quang
Nylon
PE mật độ cao
PE mật độ thấp
Polypropylene
Polyvinilchlo
Ride(PVC)

Fluorocthlenepro
500
5,6-6,5
2,1-3,8
0.7-1,4
3.3-4.2
0.7-0.24
2-3,2
5
300
1,5-100
90-650
200-700
200-400
250-330
71
1,3-2,4
0,4-0,7
0,1-0,24
1,1-1,4
0,1
0,35
0,05
20
11-13
10-22
8-9,5
7-21
8,3-10,5
10

Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
pylene(FEP)
Polybuthylene
Terephthalate
~6 200 2,5

6-9

Bảng 2.1: Các đặc tính cơ học của phần tử làm lõi của cáp quang.
2.2.2 Vỏ cáp quang
Để bảo vệ lõi cáp khỏi bị ảnh hưởng từ bên ngoài. Các vỏ plastic (một hoặc
nhiều vỏ) để bao bọc lõi cáp.
a> Vỏ ngoài cùng làm từ PVC, Polyethyleen và Polymethame-loại này có đặc
tính cơ học tốt, chống cháy có độ ẩm cho phép cao. PE có tính cơ và hoá tốt,
chống cháy kém, hệ số ma sát thấp thuận lợi cho khi kéo cáp vào cống.
b> Vỏ trong cùng thường dùng Polymêthame vì nó mềm dẻo.
c> Lớp chắn hơi ẩm thường là nhôm mỏng quấn kín lõi cáp và ở phía trong vỏ
lớp ngoài cùng: Khi vỏ ngoài bị phồng lên thì lớp các lá nhôm này vẫn ôm
chặt lớp phía trong như vậy ngăn được nước đang nằm trong lớp vỏ ngoài
thấm vào trong.
d> Vỏ bảo vệ bằng kim loại ( Armuor) bằng các sợi thép hoặc bằng thép có múi
được dùng cho cáp chôn trực tiếp để bảo vệ các ứng suất xuyên tâm và chống
gậm nhấm.
2.2.3 Phần tử gia cường.
• Phần tử gia cường được đặt trong lõi cáp quang để tạo ra sức chịu lực căng và
sức chống co để đảm bảo cho cáp được ổn định khi lắp đặt cáp, khi nhiệt độ của
môi trường thay đổi.
• Phần tử gia cường phải là vật liệu nhẹ, mềm dẻo có modul đàn hồi cao...
• Phần tử gia cường có thể là:
+ Kim loại: thường là các loại dây thép được đặt tại tâm hoặc vỏ của cáp khi

dùng thép phải chú ý chống ăn mòn và chống điện áp cao do sét đánh.
11
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
+ Phi kim loại: Thường là dây thuỷ tinh Plastic tăng cường(G-FRP) hoặc là các
sợi amid. Thường đặt ở tâm cáp có độ mềm dẻo cao(hoặc đặt phân tán trong vỏ cáp)
a> Các cách đặt phần tử gia cường trong lõi cáp quang:
1.Phần tử gia cường.
2. Lõi cáp.
3. ống đệm.
b> Các đặc tính của phần tử gia cường:
Vật liệu TrọngL
ượng
riêng
Modul
đàn hồi
kg/mm
2
Ứng suất
điểm uốn
kg/mm
2

Độ co
dãn
điểm
uốn %
Ứng suất
tại điểm
gẫy
kg/mm

2
Độ giãn
tại điểm
gãy %
Dây thép 7,86 20.10
3
40-150 0,2-1,0 50-300 20-25
Sợi Cacbon 1,5 10-
20.10
3
150-200 1,0-1,5 150-250 1,5
Dây thuỷ
tinh Plastic
2,48 9.10
3
300 3 300 2,4
Sợi tơ
(kevlar) 49
1,44 13.10
3
300 2 300 2
Sợi tơ
(Kevlar) 29
1,44 6.10
3
70 1,2 300 4
12
1
2
3

2
1
3
1
3
2
2
Hình 2.3: Cách đặt phần tử gia cường.
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
Bảng 2.2: Các đặc tính của phần tử gia cường.
2.2.4 Các thành phần khác trong lõi cáp.
a> Các dây dẫn có cách điện: Các dây này là một thành phần của lõi cáp dùng để
truyền các kênh nghiệp vụ hoặc để phát hiện thấm nước vào cáp hoặc cấp
nguồn từ xa nhưng sự có mặt của các dây này gây ra nhược điểm cho cáp là
hiện tựơng cảm ứng điện từ của dây cao áp hoặc sét.
b> Các lớp đệm lót được sử dụng để bảo vệ lõi cáp từ lực nén xuyên tâm: đó
là các vật liệu Plastic quấn hình trôn ốc quanh lõi cáp.
c> Các băng quấn quanh lõi cáp : Các băng này có hai chức năng:
- Liên kết các thành phần của lõi cáp với nhau.
- Tạo ra lớp ngăn nhiệt khi bị nóng và phồng ra.
d> Một số bộ phận để bơm không khí khô để chống ẩm vào và chống nước.
e> Chất độn làm đầy để bảo vệ lõi cáp không bị hơi ẩm thấm vào trong và chống
nước ngấm dọc cáp khi vỏ cáp bị thủng. Nó có tác dụng ổn định hoá học không
tạo khí Hyđrôgen.Chất độn chủ yếu nằm trong vỏ cáp có khi cả lõi cáp.
2.3 Phân loại sợi quang.
Như trong bảng 2.3, sợi quang được phân loai theo nhiều cách như phân loại
theo vật liệu điện môi sử dụng, mode truyền dẫn, phân bố chiết suất khúc xạ của lõi
v.v....
Phân loại theo vật liệu điện môi Sợi quang thạch anh
Sợi quang thuỷ tinh đa vật liệu

Sợi quang bằng nhựa
Phân loại theo mode truyền lan Sợi quang đơn mode
Sợi quang đa mode
Phân loại theo phân bố chiết suất khúc xạ Sợi quang chiết suất bậc
Sợi quang chiết suất biến đổi đều
Bảng 2.3: Phân loại sợi quang.
13
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
2.3.1 Phân loại theo vật liệu điện môi:
Khi phân loại theo vật liệu điện môi thì tổng số có ba loại :
• Các sợi quang thạch anh không những chỉ chứa thạch anh nguyên chất (SiO
2
) mà
còn có các tạp chất thêm vào như: Ge, B và P v.v...để làm thay đổi chiết suất
khúc xạ.
• Sợi quang đa vật liệu có thành phần chủ yếu soda lime, thuỷ tinh hoặc thuỷ tinh
boro- silicat...
• Sợi quang nhựa thường được sản xuất bằng PMMA (Polymethyl metharcylate).
2.3.2 Phân loại theo mode lan truyền:
Theo mode lan truyền sợi quang được chia làm hai nhóm:
• Sợi quang đơn mode (được gọi tắt là SM): loại này chỉ cho một mode lan truyền.
• Sợi quang đa mode: cho phép nhiều mode lan truyền.
2.2.3 Phân loại theo phân bố chỉ số khúc xạ:
Loại cáp quang phân loại theo phân bố chỉ số khúc xạ bao gồm:
a> Sợi quang đa-model chiết suất phân bậc:
Khi ánh sáng đi vào lõi của cáp quang theo một góc nào đó sẽ lan truyền trong
lõi theo phương thức phản xạ hoàn toàn. Khi cáp quang bị uốn cong đột ngột thì góc
giữa đường quang và mặt phẳng biên có thể lớn hơn góc tới hạn do vậy tổn hao sang
mặt áo sẽ tăng lên. Trong kiểu sợi quang đa phương thức ánh sáng đi thẳng và ánh
sáng phản xạ hoàn toàn với góc lớn sẽ có các góc khác nhau. Tỷ lệ với sự chênh lệch

này có sự chênh lệch về thời điểm đến của đầu cuối làm cho việc truyền thông tin
đến các địa điểm xa vài trụcMHz-Km.
b> Sợi quang đa – model chiết suất biến đổi:
Sợi quang đa model chỉ số lớp: Được thiết kế để giảm độ sai lệch về thời gian
như đã đề cập ở trên. Loại sợi quang này có hệ số khúc xạ lớn nhất tại lõi của nó và
có độ khúc xạ nhỏ hơn về phía áo sợi quang Điều này có nghĩa là sự phân bố hệ số
khúc xạ có hình chuông. Nếu đúng như vậy thì tốc độ của ánh sáng mà nó bị uốn
cong theo chiều dài sẽ tăng lên khi hệ số khúc xạ giảm đi và do vậy ánh sáng sẽ dến
đầu cuối ra gần đúng như thể ánh sáng đã lan truyền theo một đường thẳng. Vì vậy
nó có thể giữ nhiều thông tin ( GHz-Km) gấp hàng trăm nghàn lần so với sợi quang
14
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
chi số bước. Đường kính của lõi sợi quang chỉ số lớp này là 50µm và đường kính
của áo sợi quang là 125 µm.
c> Sợi quang đơn model (Nằm trong nhóm sợi quang chiết xuất phân bậc):
Đường kính và lõi của sợi quang đơn model nhỏ hơn nhiều so với sợi quang
đa model. Khi đường kính và lõi của sợi quang giảm xuống và độ sai lệch về hệ số
khúc xạ giữa lõi và áo sơị quang giảm đi. Trong trường hợp này không có sự khác
biệt nào về thời gian do sự khác biệt giữa các góc lan truyền gây ra vì vậy nó có dải
thông truyền dẫn lớn (100GHz-Km hoặc hơn nữa).
2.4 Các nguyên tắc lan truyền ánh sáng của sơi quang.
2.4.1 Ánh sáng truyền qua sợi quang đa model chiết xuât bậc:
Đa mode chiết xuất bậc đa dạng sóng có chiết suất nhảy bậc. Sợi quang đa
model chiết suất bậc có đường kính chỉ bằng đường kính của 1sợi tóc, bọc bên
ngoài là vỏ cũng bằng thuỷ tinh có chiết suất bé hơn. Độ rộng băng tần đạt đến
100MHz/Km. Khi một tia sáng đi vào sợi quang với một góc tương đối hẹp, nó bị
phản xạ liên tục ở đường biên cho đến khi nó chạy ra ở đầu cuối.
Có nhiều tia sáng trong lõi, n
1
=const nên tốc độ của ánh sáng trong lõi là:

c/n
1
=const.
Vậy mọi tia sáng được truyền trong lõi sợi có vận tốc giống nhau. Tia nào có
quãng đường đi ngắn thì thời gian truyền nhỏ sẽ đến sớm hơn và ngược lại. Các tia
sáng đến cuối sợi cáp không đồng thời. Xung ánh sáng ở cuối sợi cáp là xung quang
tổng hợp thành phần đến xung cuối sợi cáp bị dãn rộng và sụt đỉnh, xuất hiện giao
thoa giữa các xung quang ( méo tín hiệu) . Vì những lý do trên mà sợi quang SI-MM
chỉ sử dụng cho các đường truyền tốc độ thấp cỡ chục Mb/s trong các tuyến có cự ly
ngắn, không dùng trong các tuyến đường trục.
Hình 2.4: Ánh sáng truyền qua sơi quang đa mode chiết suất bậc.
2.4.2 Ánh sáng truyền qua sợi quang đa mode chiết xuất liên tục ( GI-MM):
15