Các thành phần của hệ thông tin quang

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN
• Đồ án của em chia làm 2 phần
- Phần I: Tổng quan về hệ thông tin quang.
- Phần II: Công ghệ truyền dẫn SDH.
• Trong phần I gồm có 2 chương:
- Chương I: Sơ lược về hệ thông thông tin quang.
Ở chương này em nghiên cứu lịch sử phát thiển của hệ thông tin
quang, cấu trúc hệ thống này và các ứng dụng và ưu nhược điểm của
nó.
- Chương II: Các thành phần của hệ thông tin quang.
Chương II em nghiên cưu về lý thuyết trung về truyên dẫn
+ Các thông số của sợi quang bao gồm:
Suy hao trong sợi quang
Các nguyên nhân gây suy hao
Tán sắc
+ Cấu trúc của sợi quang gồm lớp phủ và lớp vỏ
+ Các linh kiên biến đổi quang gồm có các yêu cầu kĩ thuật của linh
kiện biến đổi quang, nguồn quang và tách sóng quang.
+ Hàn nối sợi quang: Các yêu cầu kĩ thuật của mối nối
+ Hệ thống thông tin quang gồm có cấu trúc hệ thống thông tin quang
và mã hoá hệ thống thông tin quang.
+ Thiết kế tuyến thông tin: tính toán thiết kế và ví dụ để tính toán.
• Phần II: gồm có 3 chương
- Chương 1: Sơ lược về công nghệ truyền dẫn.
Trong chương này em nghiên cứu
+ Kỹ thuật điều chế xung mã gồm cấu hình cơ bản của tuyến truyền tin
PCM và cơ sở lý thuyết PCM
+ Thuật TDM và tiêu chuẩn ghép kênh ở Việt Nam: ghép kênh nhóm
sơ cấp và hệ thống PCM cấp 1.
1
- Chương 2: Nghiên cứu công ghệ truyền dẫn SDH.

Trong chương này em nghiên cứu
+ Công nghệ ghép kênh cấp cao PDH
+ Sự cần thiết của SDH
+ Cấu trúc khung SDH gồm cấu trúc ghép cơ bản và cấu trúc khối
- Chương 3: Nghiên cứu mạng SDH
Trong chương 3 em nghiên cứu
+ Các vùng mạnh SDH gồm đường dẫn, vùng ghép kênh và vùng lặp
+ Thành phần chủ yếu của mạng đồng bộ: Có hai thành phần là
Hệ thống đường dây và thiết bị nối chéo bậc cao
Các bộ ghép kênh truy suất và thiết bị kết nối chéo bậc thấp
+ Kết nối chéo DDC
+ Mạng
+ Mạng vòng ring SDH
Trong mạng này gồn có 6 mạng vòng là:
Vong ring một hướng tợ bảo vệ cho một vùng dẫn.
Mạng vòng ring hai hướng.
Bảo vệ theo đường truyền.
Mạng vòng ring tự phục hồi một hướng bảo vệ theo luồng.
Mạng vòng ring tự phục hồi một hướng theo đoạn.
Mạng vòng ring tự phục hồi hai hướng bảo vệ theo đoạn
2
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG.
1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin quang.
Như chúng ta đã biết thông tin quang học đã có từ lâu đời. Cho tới thế kỷ 18
thông tin quang học theo nghĩa rộng vẫn chỉ dừng ở mức đèn tín hiệu,......
Lịch sử phát triển thông tin quang học được tóm tắt bởi các mốc sau:
Năm 1790 Claude Chappe- kỹ sư người Pháp đã xây dựng một hệ thống điện
báo quang. Hệ thống này gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiệu di động
trên đó. Tốc độ thông tin được truyền với hệ thống này khoảng 15 phút cho cự

ly 200km.
Năm 1870 John Tyndall- nhà vật lý người Anh, đã chứng minh ánh sáng có
thể truyền được theo ống nước uốn cong. Việc truyền ánh sáng trong ống nước
uốn cong là sự ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần.
Năm 1880 Alexander Graham Bell người Mỹ giới thiệu hệ thống điện thoại
quang, trong hệ thống này, ánh sáng mang điện năng được truyền qua môi
trường không khí. Nhưng vì môi trường không khí có nhiều nguồn gây nhiễu
nên thực tế hệ thống này chưa được sử dụng.
Năm1934 Noman R.Funch- kỹ sư người Mỹ dùng các thanh thuỷ tinh làm
môi trường truyền dẫn ánh sáng trong thông tin quang.
Năm 1960 Theodor H.Maiman đưa laze vào hoạt động và đã thành công.
Năm 1962 laze bán dẫn và photodiode bán dẫn hoàn thiện.
Năm1966 Charles H. KaoVà George A. Hockhan người Anh dùng sợi thuỷ
tinh để truyền dẫn ánh sánh. Sợi thuỷ tinh được chế tạo lúc này có sự suy hao
quá lớn( δ ≅ 1000dB/km).
3
Năm 1970 hãng Corning Glass Works chế tạo thành công sợi quangcó chiết
suất bậc với suy hao nhỏ hơn 20dB/km.
Năm 1983 sợi quang đơn mốt được sản suất tại Mỹ. Ngày nay sợi quang đơn
mốt được sử dụng rộng rãi. Độ suy hao của loại sợi này chỉ còn khoảng
0.2dB/km ở bước sóng 1550nm.
1.2 Cấu trúc của hệ thông tin quang.
Trặm lặp trên đường truyền
Tín hiệu ra
Biến đổi Biến đổi
Sơ đồ tuyến truyền quang dẫn
- Theo sơ đồ hệ thống ta có:
+ Nguồn tín hiệu ban đầu: Tiếng nói, Fax, Camera......
+ Phần tử điện xử lý nguồn tin tạo ra tín hiệu đưa vào hệ thống.
+ Bộ biến đổi E/O có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang

với các mức tín hiệu đệm được biến đổi thành cường độ quang, các tín hiệu điện
“0” và “1” được biến đổi ra ánh sáng tương ứng dạng “không” và “có”.
4
Nguồn
tín hiệu
Phần tử
điện
E
O
E
O
E
O
E
O
Phần tử
điện
Sau đó tín hiệu quang được đưa vào sợi quang truyền đi. Bộ biến đổi điện
quang thực chất là các linh kiện phát quang như:LED, laserđioe.
+ Trạm lắp: Khi truyền dẫn trên tuyến truyền dẫn, công suất bị giảm đi,
dạng sóng (độ rông xung) bị dãn ra do nhiều nguyên nhân khác nhau. Vì vậy để
truyền được tín hiệu đi xa cần có trạm lặp. Trặm lặp này có nhiệm vụ khôi phục
lại nguyên dang tín hiệu của nguồn phát và khuếch đại tín hiệu. Sau đó đưa vào
tuyến truyền dẫn tiếp theo. Khi khoảng cách truyền dẫn lớn (cự ly tuyến thông
tin lớn) thì cần thiết có tr ặm lặp.
Tín hiệu Tín hiệu
KĐ
Cáp quang Cáp
quang
Sơ đồ khối trặm lặp

1.3. ứng dụng và ưu nhược điểm của hệ thống thông tin quang.
• Những ứng dụng của sợi quang.
- Sợi quang được ứng dụng trong thông tin và một số mục đích khác.
- Vị trí Sợi quang trong mạng thông tin hiện nay.
+ Mạng đường trục xuyên quốc gia.
5
O
E






O
E
+ Đường trung kế.
+ Đường cáp thả biển xuyên lục địa ( Xuyên Quốc Gia).
+ Đường số liệu.
+ Mạng truyền hình.
• Ưu điểm
- Suy hao truyền dẫn rất nhỏ so với truyền thông tin qua đây kim loại
nên số trặm lặp giảm.
- Sợi quang được chế tạo từ nguyên liệu chính là thạch anh hay nhựa
tổng hợp nên nguồn nguyên liệ rất rồi dào và rẻ tiền dẫn đến giảm
được giá thành.
- Sợi quang có đường kính nhỏ, trọng lượng nhẹ.
- Sợi quang có tính bảo mật trong thông tin cao, không chịu ảnh hưởng
nhiễu điện từ trường bên ngoài.
- Tính cách điện cao, không gây chập cháy.

- Dễ lắp đặt, bảo dưỡng, uốn cong.
- Dùng hệ thống thông tin cáp sợi quang kinh tế hơn nhiều so với cáp
kim loại có cùng dung lượng và cự ly.
• Nhược điểm.
- Do cấu trúc sợi quang nhỏ nên thiết bị quang phải tương thích.
- Kĩ thuật hàn nối khó khăn, yêu cầu độ chính xác cao.
- Thiết bị tốn kém.
Nhờ có những ưu nhược điểm trên nên sợi quang đã và đang được sử
dụng rộng rãi trong lĩnh vực thông tin và các mục đích khác.
6
Chương II. Các thành phần của hệ thống thông tin quang
2.1 Lý thuyết chung về quang dẫn.
2.1.1 Cơ sở quang học.
Sự truyền ánh sáng trên sợi dẫn quang là hiện tượng phản xạ ánh sáng,
ánh sáng dùng trong thông tin quang nằm ở vùng cận hồng ngoại với bước sóng
từ (800 – 1600)nm. Đặc biệt có ba bước sóng thông dụng là: 850nm, 1300nm,
1550nm.
- Vận tốc ánh sáng: C=V.λ.
Trong đó: V là tần số ánh sáng
C là vận tốc ánh sáng.
λ là vận tốc ánh sáng
- Triết suất của môi trường:
n=C/V
Trong đó:
n là triết suất của môi trường
V là tần số ánh sáng
C là vận tốc ánh sáng trong chân không
Vì V<C nên n>1
- Sự phản xạ toàn phần.
Định luật Snell: n

1
Sinα =n
2
Sinβ.
7
Tia khúc xạ
1’
Tia phản xạ
1’
Tia tới
n
2
n
1
3
2
1’’
Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng
Ta có quan hệ giữa tia phản xạ với tia khúc xạ và tia tới.
• Góc phản xạ bằng góc tới.
α=α’
*Góc khúc xạ được xác định theo định luật Snell.
n
1
Sinα =n
2
Sinβ.
Trong đó: n
1
: chiết suất môi trường 1

n
2
: chiết suất môi trường 2
Khi n
1
>n
2
thì α > β nếu tăng α thì β cũng tăng theo và β luôn lớn hơn α khi
β = 90 tức là song với mặt tiép giáp, thì α được gọi là góc tới hạn α
T
. Nếu tiếp
tục tăng cao cho α>α
T
thì không còn tia khúc xạ mà chỉ còn tia phản xạ hiện
tượng này gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần.
Dựa vào định luật Snell ta có thể tính được góc tới hạn α
T
:
Sinα
T
=
1
2
n
n
hay α
T
=artsin
1
2

n
n
8
2.1.2. Sự truyền ánh sáng trong sợi quang dẫn
Giả sử một tia sáng do một nguồn bên ngoài xâm nhập vào mặt cắt ngang
của sợi quang để làm truyền.
Tia sáng thâm nhập tao nên một góc θ với trục sợi quang nguồn bức xạ
tạo ra ánh sáng. Tia sáng phải đi qua môi trường không khí có n
k
= 1 rồi vào ruột
sợi có n
1
> n
k
tia tới mặt cắt sẽ bị khúc xạ tạo nên góc khúc xạ β. Sự phản xã toàn
phần chỉ xẩy ra với những tia có góc tới θ < θ
max
.
Sin của góc tới hạn này được gọi là khẩu độ số.
NA = Sinθ
max.
áp dụng công thức Snell để tính NA.
Tại điểm A ta có:
n
k
sinθ
max
= n
1
sin90.

9
Tia khúc xạ
Trục sợi
quang
n
k
n
2
Tia phản xạ
n
1
Mà n
k
là chiết suất không khí(n
1
=1).
Để dảm bảo đIều kiện phản xạ toàn phần theo định luật Snell thì:
Sinα
min
=
1
2
n
n
và α
min
đảm bảo đIều kiện toàn phần.
Do đó:
NA = sin
θ

max
= n
2
1
-n
2
2
=n
1
∆
Với
∆
là sự khác nhau về chiết suất.
* giá trị cực đại
θ
max
gọi là góc nhận ánh sáng và sin
θ
max
< n
2
1
-n
2
2

để mở khẩu độ. Tia sáng đi vào quang theo một góc
θ
>
θ

max
sẽ bị khúc
quang không thể truyền đi được xa.
2.1.3 Các dạng phân bố triết suất trong sợi quang.
• Sợi quang có cấu trúc chung bao gồm một lõi bằng thuỷ tinh có triết
suất lớn hơn và một lớp vỏ cũng bằng thuỷ tinh có triết suất lớn hơn.
Triết suất của lớp vỏ không đổi còn triết suất của lõi nói chung thay
đổi theo bán kính (khoảng cách từ trục ra). Sự biến thiên triết suất theo
bán kính được biết dưới dạng tổng quát như sau:
n
2
[1-
∆
(r/a)
g
] với
ar
≤
(trong lõi)
n(r) ={
n
1
(1-2
∆
)
1/2
-n
1
(1-
∆

)=n
2
với
r
> a (lớp vỏ)
Trong đó:
n
1
: triết suất lớn nhất của lõi.
n
2
: triết suất lớp bọc.
∆
=
1
21
n
nn
−
: độ chênh lệch triết suất
10
r: khoảng cách tính từ trục sợi đến điểm tính triết suất.
a: bán kính lõi sợi.
b: bán kính lớp vỏ
g: số mũ quyết định dạng biến thiên, g
≥
1
Các giá trị thông dụng của g:
g = 1: dạng tam giác
g = 2: dạng parabol

g =
∞
: dạng nhẩy bậc (SI: Step-Index).

g =
∞
g=1 g = 2
11
r
max
=n
1
r
max
r
a a bb
Các dạng phân bố triết suất
- Sợi quang có triết suất nhẩy bậc.
Đây là sợi quang có cấu tạo đơn giản nhất với triết suất của lõi và lớp vỏ
khác nhau một cách rõ rệt như hình bậc thang. Các tia sáng từ nguồn
quang phòng cào đầu sợi với góc tới khác nhau sẽ truyền theo các đường
khác nhau.
Các tia sáng truyền trong lõi cùng với vận tốc:
v =
1n
V

Trong đó n
1
không đổi mà chiều dài đường truyền khác nhau trên cùng

một chiều dài sợi. Điều này dẫn tới một hiện tượng khi đưa xung ánh sáng hẹp
vào đầu sợi lại nhận được một xung ánh sánh rộng hơn ở cuối sợi. Đây là hiện
tượng tán sắc do độ tán sắc lớn nên sợi SI không thể truyền tín hiệu số tốc độ
cao qua cự ly dài được.
- Sợi quang có triết suất giảm dần (GI: Graded-Index).
Sợi GI có dạng phân bố triết suất lõi hình parabol, vì triết suất lõi thay đổi
một cách liên tục nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn cong.
12
n
2
b
n
1
a
0
a
b
Sự truyền ánh sáng trong sợi quang có triết suất nhẩy bậc
(SI)
n
2
n
1

Đường truyền của các tia sáng trong sợi GI cũng không bằng nhau nhưng
vận tốc truyền cũng thay đổi theo. Các tia truyền xa trục có đường truyền ngắn
nhất vì triết suất ở trục là ngắn nhất. Độ tán sắc của sợi GI nhỏ hơn nhiều so với
sợi SI.
a/ Dạng giảm triết suất lớp vỏ bọc: (Hình a).
Trong kỹ thuật chế tạo sợi quang muốn thuỷ tinh có triết suát lớn phải

thêm nhiều tạp âm vào, điều này làm tăng suy hao. Dạng giảm triết suất lớp vỏ
bọc nhằm đảm bảo độ chênh lệch triết suất
∆
nhưng có triết suất lõi n
1
không
cao.
b/ Dạng dịch độ tán sắc (Hình b):
Độ tán sắc tổng ộng của sợi quang triệt tiêu ở bước sóng gần 1300nm.
Người ta có thể dịch điểm có độ tán sắc triệt tiêu đến bước sóng1550nm bằng
cách dùng sợi quang có dạng triết suất như hình b.
c/ Dạng san bằng tán sắc (Hình c):
Với mục đích làm giảm độ tán sắc của sợi quang trong một khoảng bước
sóng. Chẳng hạn đáp ứng cho kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng người ta dùng
sợi quang có dạng triết suất như hình c.
13
Sự truyền ánh sáng trong sợi
GI
n(r)
2.1.4 Sợi đa mode và đơn mode.
• Các thông số của sợi đa mode thông dụng (50/125
µ
m).
- Lõi: có triết suất n
1
= 1,46; đường kính d = 2a = 50
µ
m
(a: bán kính lõi)
- Vỏ: có triết suất n

2
<n
1
: đường kính D = 2b = 125
µ
m
(b: bán kính vỏ)
Độ lệch triết suất tương đối:

∆
=
1
21
n
nn
−
= 0,01=0,1%
Sợi đa mode có thể có triết suấtnhẩy bậc hoặc triết suất giảm dần:
14
Hình a Hình b
Hình c
Đường tuyến ánh sáng
Mặt cắt triết suất
d
a/ Sợi SI-MM
∆

n
1
n

2
Kích thước sợi dây mode theo tiêu chuản CCITT (50/125
µ
m).
15
d
1
21
n
nn −
=∆
b/ SợiGI-MM
*Sợi đơn mode (SM: single Mode).
Các thốngố của sợi SM thông dụng là:
- Lõi: có triết suất n
1
= 1,46; đường kính d = 2a = 9 đến 10
µ
m
- Vỏ: có triết suất n
2
<n
1
: đường kính D = 2b = 125
µ
m.
- Độ chênh lệch triết suất tương đối:

∆
=

1
21
n
nn
−
= 0,003=0,3%
Khi giảm kích thước lõi để chỉ có một mode sóng cơ bản truyền được trong
sợi thì được gọi làđơn mode. Trong sợi tryền một mode sóng nên độ tán sắc do
nhiều đường truyền bằng không và sợi đơn mode có dạng phân bố triết suất
nhẩy bậc.
Độ tán sắc của sợi đơn mode rất nhỏ, Đặc biệt ở bước sóng
λ
=1300nm độ
tán sắc của sợi đơn mode rất thấp (~0). Do đó dải thông của sợi đơn mode rất
rộng. Song vì kích thước lõi sợi đơn mode quá nhỏ nên đòi hỏi kích thước của
các linh kiện quang cũng phải tương ứng và các thiết bị hàn nối sợi đơn mode
phảicó độ chính xác cao. Cácyêu cầu này ngày càng có thể đáp ứng được do đó
sợi đơn mode đang được sử dụng rất phổ biến.

n
1
16
d
D
Kích thước sợi đơn mode
n
2

∆
= 0,3%

2.2 Các thông số của sợi quang.
2.2.1. Suy hao trong sợi quang.
- Suy hao là tham số hiển thị sự suy giảm năng lượng ánh sáng khi
truyền ánh sáng trong sợi quang.
Khi lan truyền trong sợi quang công suất ánh sáng bị giảm dần theo cự ly
vớiquy luật hàm mũ tương tự như tínhiệu điện. Biểu thức tổng quát của
hàm mũ truyền công suất có dạng.
P(L) = P(1).10
−
Trong đó: P(L): công suất cự ly tính từ đầu sợi.
P(1): công suất đầu sợi (L=0)

α
: hệ số suy hao
- Suy hao của sợi quang được tính theo công thức.
A = log
2
1
P
P
(dB) với P
2
<P
1
.
Trong đó: P
1
: ông suất quang đưa vào đầu sợi quang
P
2

: Công suất quang đưa vào cuối sợi quang
- Suy hao trung bình trên 1km sợi quang theo công thức:

α =
L
A
(dB/Km)
17
P
1
=P(1) P
2
=P(L)
L
Z
Công suất truyền trên sợi quang
Trong đó: A: Suy hao sợi quang [dB]
L: Chiều dài sợi quang [Km]
2.2.2. Các nguyên nhân gây suy hao.
a/. Suy hao do hấp thụ. (Hình a,b,c).
- Sự hấp thụ kim loại: Các tạp chất kim loại trong thuỷ tinh là một trong
những nguồn hấp năng lượng ánh sáng. Các tạp chất kim loại trong sợi
quang hấp thụ ánh sáng thường gặp là Cu, Fe, Mn, Cr, Ni……..
- Mức độ hấp thụ ánh sáng nhiều hay ít phụ thuộc loại tạp chất, lượng tạp
chất và bước sóng ánh sáng truyền trong sợi quang. Để có được sợi quang có độ
suy hao dưới 1dB/km cần phải có thuỷ tinh thật tinh khiết với nồng độ tạp chất
không quá một phần tỷ (10
-9
).
- Sự hấp thụ Ion OH: Do các Ion còn lại trong sợi quang sau khi chế tạo

đã hấp thụ ánh sáng. Mức độ hấp thụ năng lượng ánh sáng nhiều hay ít cũng phụ
thuộc vào bước sóng ánh sáng truyền trong sợi quang. Đặc biệt độ hấp thụ tăng
vọt ở các bước sóng gần 950nm, 1240nm, 1400nm. Như vậy độ ẩm cũng là một
nguyên nhân gây ra suy hao của sợi quang.
- Sự hấp thụ ở vùng cực tím và hồng ngoại: Do vùng ánh sáng cực tím và
hồng ngoại hấp thụ ánh sáng mà bản thân ánh sáng truyền trong sợi quang năm
trong vùng hồng ngoại và cận cực tím. Mức độ hấp thụ năng lượng ánh sáng
cũng phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng truyên trong sợi quang.
b/. Suy hao do tán sắc (Hình 1).
- Do tán xạ Rayleigh: Hiện tượng này xẩy ra do sợi quang sau khi chế
tạo có những chỗ không đồng nhất cho nên khi ánh sáng truyền trong
sợi quang gặp những chỗ gây ra tán xạ Rayleigh. Khi kích thước của
vùng không đồng nhất bằng 1/10
λ
thì chúng trở thành những nguồn,
điểm để tán xạ. Các tia sáng truyền qua các điểm này sẽ toả ra nhiều
hướng, chỉ còn một phần năng lượng ánh sáng tiếp tục truyền theo
hướng cũ, phần còn lại truyền theo hướng khác.
18
- Độ suy hao của tán xạ Rayleigh tỉ lệ nghịch với luỹ thừa bậc 4 của
bước sóng (
λ
-4
) nên giảm rất nhanh về phia bước sóng dài nhưng nó
ảnh hưởng đáng kể ở bước sóng ngắn.
- ở bước sóng 850nm suy hao do tán xạ Rayleigh của sợi silicon khoảng
từ 1 đến 2 dB ở
λ
= 1300nm suy hao là 0,3dB/km. Còn ở
λ

=
1550nm suy hao nhỏ nhất. Hiện tượng tán xạ Rayleigh còn được áp
dụng trong kĩ thuật đo lường, trong các máy đo quang
- Do mặt phân cách giữa lõi và lớp bọc (vỏ) không hoàn hảo: Hiện
tượng này xẩy ra khi mặt phân cách giữa lõi và lớp vỏ không hoàn hảo,
làm cho tia sáng không phản xạ toàn phần trong lõi mà có một phần
khúc xạ ra vỏ do không thoả mãn điều kiện phản xạ toàn phần.
c/. Suy hao do uốn cong (Hình 2).
Những chỗ uốn cong nhỏ thì suy hao của sợi quang lớn do tia sáng tự lệch
trục, sự phân bố thường bị sáo trộn khi đi qua những chỗ tự uốn cong nhỏ
dẫn tới sự phát xạ năng lượng ra khỏi lõi sợi quang.
600
500
400
300
200
100
19
500 600 800 1000 1200 1400 1600
0

c/. Độ hấp thụ của các tạp chất kim loại
α(dB/km)
nm
600 800 1000 1200 1400 1600
3
2
1
0
α(dB/km)

nm
600 800 1000 1200 1400 1600
3
2
1
0
α(dB/km)
nm
b/. Độ hấp thụ OH

20
α(db/km)α(db/km)
600 800 1000 1200 1400 1600
100
10
1
0.1
0.01
nm
a/. Suy hao hấp thụ vùng cực tím và hồng
ngoại
hấp thụ hồng ngoại
hấp thụ cực tím
600 800 1000 1200 1400 1600
100
10
1
0.1
0.01
nm

a/. Suy hao hấp thụ vùng cực tím và hồng
ngoại
hấp thụ hồng ngoại
hấp thụ cực tím
0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
α(db/km)
4
0,3 m
H1: Suy hao do tán xạ Rayleigh
1
3
5
2


2.2.3. Tán sắc.
a. Định nghĩa tán sắc.
Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang ký hiệu D, đơn vị giây (s) được tính
bằng:
2
i
2
0
TTD
−=
Trong đó: T
i
là độ rộng xung vào
T
o

là độ rộng xung ra
- Độ tán sắc do chất liệu người ta đánh giá trên mỗi km sợi ứng với mỗi
21
-
-
-
-
-
-
-
-
-
10
1
0,1
10 20 30
0
40 50 60
10
R(nm)H
Hình 1 Suy hao do uốn cong thayđổi theo bán kính R
mm của bề rộng phổ của nguồn quang, lúc đó đơn vị tính là PS/Km.Km.
- Độ tán sắc qua mỗi Km sợi tính bằng đơn vị us/Km hoặc PS/Km.
b. Các nguyên nhân gây tán sắc.
- Tán sắc Mode: chỉ xuất hiện ở sợi damode. Các thành phần ánh sáng lan
truyền nhờ các mode riêng rẽ với thời gian khác nên có sự chênh lệch thời gian,
sinh ra méo xung. Dạng xung đầu vào máy thu phụ thuộc 2 yếu tố chính:
+ Thành phần công suất từ nguồn từ nguồn phát quang ghép vào sợi.
+ Sự phân bố các mạch mode truyền dẫn trên sợi quang với loại sợi SI -
MM.

+ Tia 1: Tia dài nhất
1Dcos
2
1d
=
+ Tia 2: tia ngắn nhất d
2
= L
Thời gian truyền của tia 1:
θ
1
= d
1
/V.
(Với V là vận tốc ánh sáng truyền trong lõi sợi V = C/n
1
)
mà cos
θ
1
- sin
θ
c
=
2
1
n
n
nên
2

2
1
1
Cn
Ln
t
=
Thời gian truyền của tia 2:
C
Ln
n/C
L
V
d
t
1
1
2
2
===

22
T
i
L
T
0
P
0
P

0
/2
L
θ
n
2
n
1
2
1
Thời gian chênh lệch giữa 2 đường truyền là:
2
21
1
1
2
2
1
21
n
nn
n
C
L
C
Ln
Cn
Ln
ttt
−

=−=−=∆
∆=∆
.n
C
L
t
1
Trong đó:
2
21
n
nn
−
=∆
độ chênh lệch chiết suất.
Thời gian chênh lệch trên mỗi loại sợi cũng chính là độ giản xung do tán
sắc mode.
∆−=
∆
=
C
n
2
t
D
1
emod
Đối với sợi có chiết suất giảm dần GI độ giãn xung do tán sắc mode nhỏ
hơn so với SI.
8

.n
C
L
t
2
1
∆
=∆
Độ dẫn xung qua mỗi khối lượng sợi hay độ tán sắc mode:
8
.
C
n
L
t
D
2
1
emod
∆
=
∆
=
- Tán sắc thể: gồm có tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng. Tán sắc thể
còn gọi là tán sắc bước sóng.
+ Tán sắc vật liệu: là hiện tượng do ánh sáng truyền trong sợi quang không
phải là đơn sắc mà là đa sắc. Mỗi bước sóng khác nhau sẽ có chiết suất khác cho
nên vận tốc truyền khác.
Tán sắc do vật liệu được xác định bởi:
2

2
mod
)(
λ
λλ
d
nd
C
mD
e
−==
)(n
λ
: triết suất lõi sợi.
Độ tán sắc chất liệu cho biết mức độ giãn xung của mỗi mm bề rộng nguồn
quang qua mỗi km sợi với đơn vị là PS/nm. Km.
Ở bước sóng 850mm độ tán sắc M = 90
÷
120PS/nm. Km.
Ở bước sóng 1300mm tán sắc vật liệu bằng tán sắc ống dẫn sóng ngược
dẫn nên
23
M =0.
Ở bước sóng 155mm thì M = 20PS/nm. Km.
+ Tán sắc ống dẫn sóng: là hiện tượng do phân bố năng lượng ánh sáng
trong sợi
quang phụ thuộc vào bước sóng gây ra tán sắc. Tán sắc ống dẫn sóng rất
nhỏ chỉ đáng chú ý với sợi đơn mode
+ Tóm lại: tán sắc xảy ra trong sợi quang bao gồm tán sắc mode và tán sắc
thể. Sợi quang mode chỉ có tán sắc thể vì trong sợi quang đơn mode chỉ truyền

một tia sáng cho nên không có tán sắc mode xẩy ra.
Ddchr: chromatic dispersion.
2.3. Cấu trúc sợi quang.
Thành phần chính của sợi quang gồm lõi (core) và lớp bọc (cladding).
Trong viễn thông dùng loại sợi có cả 2 lớp trên bằng thủy tinh, lõi để dẫn
ánh sáng và lớp vỏ bọc để giữ ánh sáng tập trung trong lõi nhờ sự phản xạ thành
phần giữa lớp lõi và lớp vỏ bọc. Để bảo vệ sợi quang tránh nhiều tác động do
điều kiện bên ngoài sợi quang còn được bọc thêm một vài lớp nữa.
- Lớp phủ hay lớp vỏ thứ nhất (primany coating).
- Lớp vỏ thứ hai (Secondary coating).
24
-
-
-
-
-
-
-
-
0
4
8
12
-4
-8
-12
dchr (PS/nm.Km)
12
1 2
1300

1600
Lớp vỏ
Lớp
phủ
Lớp
bọc
Lõi
10 m
15 m250 m
0,9 m
Tán sắc của các loại sợi
Cấu trúc sợi quang.
2.3.1. Lớp phủ
Có tác dụng bảo vệ sợi quang.
- Chống lại sự xâm nhập của hơi nước.
- Tránh xước gây nên vết nứt.
- Giảm ảnh hưởng vì uốn cong.
Vật liệu có thể là Epoxyrylate, polyrethanes ethylen - Vinyl - Cicetate...
chiết suất lớp phủ lớn hơn triết suất lớp bọc sát lõi sợi. Lớp phủ này được
nhuộm màu và thêm các vòng đánh dấu.
Thông thường đường kính lớp phủ thứ nhất là 250
µ
m đối với sợi có
đường kính lớp bọc là 125
µ
m.
2.3.2. Lớp vỏ.
Có tác dụng tăng cường sức chịu đựng của sợi quang trước các tác dụng có
bọc và sự thay đổi nhiệt độ.
- Dạng ống đệm.

- Dạng đệm khít.
- Dạng băng dẹt.
Mỗi dạng có những ưu điểm nhược điểm khác nhau do đó nó được sử dụng
trong từng điều kiện khác nhau.
a. Dạng ống đệm lỏng.
- Ống đệm lỏng thường gồm 2 lớp, lớp trong có hệ số ma sát nhỏ để sợi
quang di chuyển tự do khi cáp bị kéo căng hoặc co lại, lớp ngoài bảo vệ sợi
quang trước ảnh hưởng cực cơ học. Đối với cáp trong nhà thì bên trong ống dẫn
lỏng không cần chất nhồi nhưng với cáp ngoài trời thì phải bơm thêm chất nhồi
có tính chất sau:
+ Có tác dụng ngăn ẩm.
25