Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng

22-Oct-10
18
ThS.Voừ Trửụứng Sụn-ThS.Ngoõ Haựn Chieõu
Nguyờn lý truyn dn ỏnh sỏng
trong si quang
CƠ SỞ QUANG HỌC
 nh sáng có hai tính chất:
Tính chất sóng: ánh sáng là sóng điện từ
Tính chất hạt: ánh sáng bao gồm nhiều hạt photon có
năng lượng E
1,24
E hf
m
fc
Trong đó, f: tần số (Hz) : bước sóng (m)
E: năng lượng photon (eV)
c: vận tốc ánh sáng trong chân không, c = 3.1
0
8
m/s
h: hằng số Planck, h= 6,625.10
-34
(J.s)
22-Oct-10
19
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
CƠ SỞ QUANG HỌC (tt)
 Phổ sóng điện từ
f (Hz)
DC
VLF LF

MF
VHF VHF+SHF
+ EHF
Vùng hồng
ngoại
Vùng cực
tím
...
Tia X
Tia
1,0
m
1,1
m
1,2
m
1,3
m
1,4
m
1,5
m
1,6
m
0,8
m
0,9
m
0,6
m

0,7
m
0,4
m
0,5
m
1550
nm
850 n
m
1300
nm
Vùng ánh sáng khả kiến
Ánh sáng dùng trong thông tin quang
22-Oct-10
20
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
CƠ SỞ QUANG HỌC (tt)

Băng tần Tần số (f)
Bước sóng ( )
VLF 3 kHz 30 kHz 100 Km 10 Km
LF 30 kHz 300 kHz 10 Km 1 Km
MF 300 kHz 3 MHz 1 Km 100 m
HF 3 MHz 30 MHz 100 m 10 m
VHF 30 MHz 300 MHz 10 m 1 m
UHF 300 MHz 3 GHz 1 m 1 dm
SHF 3 GHz 30 GHz 1 dm 1 cm
EHF 30 GHz 300 GHz 1 cm 1mm
Các băng sóng vô tuyến

F: Frequency L: Low M: Middle H: High
V: Very U:Ultra S: Supper E: Extra
22-Oct-10
21
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
CƠ SỞ QUANG HỌC (tt)
 nh sáng thấy được chiếm dải phổ từ 380nm
(tím) đến 780nm (đỏ)
 nh sáng dùng trong thông tin quang nằm trong
vùng cận hồng ngoại (near-infrared) (800nm-
1600nm)  không thấy được
 3 vùng bước sóng (cửa sổ bước sóng) được sử
dụng trong thông tin quang: 850 nm, 1300 nm và
1550 nm
22-Oct-10
22
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
CƠ SỞ QUANG HỌC (tt)
 Chiết suất của môi trường: n = c/v
- c:vận tốc ánh sáng trong chân không, c = 3.10
8
m/s
- v: vận tốc ánh sáng trong môi trường đang xét, v c
 Sự phản xạ và khúc xạ:
2
1
môi trường 2
n
2
môi trường 1n

1
Tia tới Tia phản xạ
Tia khúc xạ
1
’
22-Oct-10
23
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
CƠ SỞ QUANG HỌC (tt)
Tia tới, tia phản xạ và tia khúc xạ cùng nằm trên một
mặt phẳng
Góc phản xạ bằng góc tới:
1
=
1
’
Góc khúc xạ được xác đònh từ công thức Snell:
n
1
sin
1
= n
2
sin
2
2
1
môi trường
2
n

2
môi trường
1
n
1
Tia tới
Tia khúc xa
ï
Tia phản xạ
2
1
môi trường 2
n
2
môi trường 1
n
1
Tia tới
Tia khúc xạ
Tia phản xạ
n
1
<n
2
n
1
>n
2
22-Oct-10
24

ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
CƠ SỞ QUANG HỌC (tt)
 Sự phản xạ toàn phần:
Trường hợp n
1
>n
2
, khi góc tới
1
lớn hơn góc tới hạn
c
thì không có tia khúc xạ, tia tới phản xạ hoàn toàn về
môi trường tryền
 hiện tượng phản xạ toàn phần
2
= 90 (
1
=
c
)
c
n
2
n
1
Tia tới hạn
Tia khúc xạ
Tia phản xạ
2
< 90

(
1
>
c
)
(n
1
>n
2
)
(
1
<
c
)
22-Oct-10
25
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
CƠ SỞ QUANG HỌC (tt)
Từ công thức Snell:
c
= arcsin(n
2
/n
1
)
Điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần (pxtp)?
n
1
>n

2
1
>
c
= arcsin(n
2
/n
1
)
Khi xảy ra hiện tượng pxtp, năng lượng ánh sáng được bảo
toàn theo hướng truyền
 Ứùng dụng trong chế tạo sợi quang và truyền ánh sáng
qua sợi quang
22-Oct-10
26
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
CẤU TẠO SI QUANG
 Sợi quang cơ bản gồm có 2 lớp:
Lõi (core): hình trụ, bán kính a, chiết suất n
1
Lớp bọc (cladding): hình trụ, bao quanh lõi, bán kính b (b>a),
chiết suất n
2
(n
1
> n
2
)
 Vật liệu chế tạo: chất điên môi (thuỷ tinh, plastic…)
 Ngoài 2 lớp cơ bản, sợi quang còn được bảo vệ bởi hai lớp

bên ngoài: lớp phủ (primary coating) và lớp vỏ (secondary
coating)
n
1
n
2
n
a
a
b
b
0
a
b
lõi (n
1
)
lớp bọc (n
2
)
22-Oct-10
27
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
CẤU TẠO SI QUANG
22-Oct-10
28
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
NGUYÊN LÝ TRUYỀN ÁNH SÁNG
TRONG SI QUANG
 Ánh sáng truyền trong lõi sợi quang bằng cách

phản xạ toàn phần qua lại mặt tiếp giáp giữa lõi và
lớp bọc
 nh sáng có thể truyền được trong sợi quang bò uốn
cong với một độ cong giới hạn (thỏa điều kiện phản xạ
toàn phần)
n
1
n
2
n
a
a
b
b
0
’
>
c
> ’>
c
22-Oct-10
29
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
22-Oct-10
30
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
 Khi góc tới nhỏ, ánh sáng bò khúc xạ khi đi
qua mặt phân cách giữa 2 môi trường.
 Vì n2 > n1 nên tia khúc xạ bò bẻ cong xuống.
n1

N2<n1
Tia khúc xạ
Tia tới
NGUYÊN LÝ TRUYỀN ÁNH SÁNG
TRONG SI QUANG
22-Oct-10
31
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
 Khi tăng góc tới góc khúc xạ tăng theo, đến
góc tới giới hạn tia khúc xạ sẽ song song với
mặt phân cách.
n1
N2<n1
Tia khúc xạ
Tia phản xạ
Tia tới
NGUYÊN LÝ TRUYỀN ÁNH SÁNG
TRONG SI QUANG
22-Oct-10
32
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
 Khi góc tới lớn hơn góc giới hạn, hiện tượng
phản xạ toàn phần xảy ra.
 Đây là nguyên lý truyền dẫn của sợi quang.
n1
N2<n1
Tia khúc xạ
Tia phản xạ
Tia tới
NGUYÊN LÝ TRUYỀN ÁNH SÁNG

TRONG SI QUANG
22-Oct-10
33
ThS.Võ Trường Sơn-ThS.Ngô Hán Chiêu
Thủy tinh n = 1.5
Không khí n = 1.0
nh sáng tại
góc này bò
khúc xạ
nh sáng tại góc
này bò phản xạ
toàn phần
1
=
2
NGUYÊN LÝ TRUYỀN ÁNH SÁNG
TRONG SI QUANG