Nghiên cứu thiết kế tuyến hệ thống thông tin quang

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của các nghành khoa học, những
nghiên cứu và phát minh mới đƣợc cơng bố, kéo theo đó là những cơng nghệ
mới đƣợc ra đời. Sự phát triển nhanh chóng của xã hội và của khoa học kỹ thuật
đòi hỏi con ngƣời phải liên tục đổi mới về công nghệ cũng nhƣ phƣơng thức
hoạt động, Ngành công nghệ thông tin cũng nhƣ điện tử viễn thơng cũng khơng
nằm ngồi quy luật đó. Với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ truyền tin,
và yêu cầu về thông tin cần đƣợc trao đổi trong xã hội, địi hỏi phải có những
mạng mới, những công nghệ mới đƣa vào sử dụng để đáp ứng cho những nhu
cầu đó, song nếu sự ra đời của các mạng mới mà khơng có sự thay đổi về băng
thơng, đƣờng truyền thì cũng sẽ khơng đáp ứng đƣợc về dung lƣợng truyền dẫn
cho các mạng đó hoạt động một cách hiệu quả nhất. Với những yêu cầu bức thiết
đó thì mạng thơng tin quang đã đƣợc ra đời và đƣa vào sử dụng mạnh mẽ trong
những năm gần đây. Mạng thông tin quang ra đời đã giải quyết đƣợc vấn đề về
băng thông đƣờng truyền cho các nghành thông tin truyền thông ở trên thế giới
cũng nhƣ tại Việt Nam. Với băng thông lớn dung lƣợng dồi dào, thì mạng thơng
tin quang đã đáp ứng đƣợc nhu cầu về trao đổi thông tin cho xã hội nhƣ.
Truyền thông hội nghị, quản lý thông tin cá nhân, lập biểu, nhóm làm việc,
fax màu,
+ Truyền thơng: báo, tạp chí, quảng cáo, …
+ Mua sắm: thƣơng mại điện tử, tiền ví điện tử, giao dịch tự động, đấu
giá,…
+ Giải trí: tin tức, thể thao, trò chơi, video, âm nhạc, …
+ Giáo dục: thƣ viện trực tuyến, máy tìm kiếm, học từ xa, …
+ Sức khỏe: chữa bệnh, theo dõi, chuẩn đoán từ xa, …
+ Tự động hóa: đo đạc từ xa, …
+ Truy nhập thông tin cá nhân: thời gian biểu, đặt vé từ xa, cảnh báo vị
trí,…
LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

1


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

+ Các dịch vụ đánh số cá nhân toàn cầu, điện thoại vệ tinh, …
Để đáp ứng những nhu cầu đó, địi hỏi phải có mạng lƣới viễn thơng
tốc độ cao, dung lƣợng lớn. Với yêu cầu đặt ra nhƣ vậy, em đã nghiên cứu tìm
hiểu và nhận đề tài với tên gọi “ Nghiên cứu thiết kế tuyến hệ thống thông
tin quang “ làm đồ án tốt nghiệp đại học cho mình.
Trong quá trình tìm hiểu đƣợc sự chỉ bảo và giúp đỡ nhiệt tình của thầy
giáo hƣớng dẫn làm đồ án nên em đã hoàn thành đƣợc bản đồ án này trong
khoảng thời gian quy định, song là một sinh viên đang ngồi trên ghế nhà trƣờng,
và kiến thức đang cịn nhiều hạn chế nên sự tìm hiểu và nghiên cứu vẫn cịn gặp
nhiều khó khăn, chƣa thể đi sâu vào thực để tìm hiểu biết thêm về nguyên lý cấu
tạo cũng nhƣ hoạt động của các thiêt bị truyền dẫn quang. Vẫn đang cịn cần phải
tìm hiểu học và học hỏi rất nhiều, và em rất mong đƣợc các thầy cô giáo chỉ bảo
và giúp đỡ em nhiều hơn để sự hiểu biết của em có thể đƣợc nâng lên, và em cũng
xin các thầy, cô giáo cho em những nhận xét về cuốn đồ án này để em có thể hồn
thiện nó hơn.
Qua đây em cũng xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS.Nguyễn Phúc
Ngọc đã nhiệt tình hƣớng dẫn và chỉ bảo cho em trong suốt thời gian làm đồ án
tốt nghiệp này, và em cũng xin đƣợc chân thành cảm ơn tất cả các Thầy, Cơ
trong và ngồi khoa đã nhiệt tình giảng dạy trong suốt những năm em đƣợc học
tập và nghiên cứu tại trƣờng để em có đƣợc một vốn hiểu biết mới.
Em xin chân thành cảm ơn!
Vinh, ngay ,tháng 5, năm 2011
Sinh viên
Lê Đăng Tuấn

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

2


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG

TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Bằng những kiến thức đƣợc học trên ghế nhà trƣờng và qua thời gan
thực tập tìm hiểu về mạng thông tin quang cùng với xu thế phát triển của
nghành viễn thơng. Bên cạnh đó cịn có sự giúp đỡ của thầy giáo hƣớng dẫn
đồ án và sự giúp đỡ của bạn bè cũng nhƣ tìm hiểu qua tài liệu Em đã chọn cho
mình đè tài “ Nghiên cứu thiết kế tuyến hệ thống thông tin quang” để làm đồ
án tốt nghiệp đại học của mình
Đề tài của em gồm có bốn chƣơng :
Chƣơng I:

Tổng quan về hệ thống thông tin quang

Tác giả đã giới thiệu về lịch sử phát triển của thông tin quang, cấu trúc
của một hệ thống thơng tin quang, đặc tính của thơng tin quang, phân loại hệ
thống thông tin quang, sau cung là kết luận em đã rút ra đƣợc từ chƣơng này
Chƣơng II: Cấu trúc hệ thống thông tin quang
Tác giả đi sâu vào khai thác chức năng cũng nhƣ cấu tạo của các phần
tử trong cấu trúc một hệ thống thông tin quang
Chƣơng III: Nguyên lý ghép kênh quang
Là các phƣơng pháp ghép kênh quang, và phƣơng thức truyền dẫn
quang
Chƣơng IV: Tính tốn thiết kế tuyến cáp quang theo quỹ cơng suất và

thời gian lên
Là phần thiết kế tuyến quang theo quỹ thời gian lên và công suất

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

3


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

MỤC LỤC
Trang
LỜI NĨI ĐẦU .............................................................................................. 1
Tóm tắt đồ án................................................................................................. 3
Danh mục các hình vẽ ................................................................................... 6
Danh mục các bảng ....................................................................................... 8
Danh mục các từ viết tắt................................................................................ 8
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG ..... 13
1.1. Lịch sử phát triển ............................................................................. 13
1.2. Các thành phần cơ bản của hệ thống thơng tin quang ..................... 14
1.3. Các đặc tính của thông tin quang ..................................................... 17
1.4. Phân loai hệ thống thông tin quang ................................................. 17
1.4.1. Phân loại theo dạng tín hiệu .................................................... 18
1.4.2. Pheo phƣơng thức điều biến và giải điều biến tín hiệu
quang ....................................................................................... 18
1.4.3. Theo tốc độ và cự ly truyền dẫn ............................................ 18
1.4.4. Phân loại theo phƣơng thức ghép kênh .................................. 19
1.5. kết luận chƣơng ................................................................................ 19
CHƢƠNG II: CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG .............. 20
2.1. Các thành phần của hệ thống thông tin quang ................................. 20

2.1.1. Sợi quang, phân loại sợi quang ............................................... 20
2.1.2. Cáp quang, phân loại cáp quang ............................................. 25
2.1.3. Các thiết bị phát quang ........................................................... 29
2.1.4. Các thiết bị thu quang ............................................................. 36
2.1.5. Các trạm lặp ............................................................................ 42
2.1.6. Các trạm xen rẽ kênh .............................................................. 43
2.2. Các tham số của hệ thống thông tin quang ...................................... 43
2.3. Truyền ánh sáng trong sợi quang ..................................................... 45
2.3.1. Đặc điểm của ánh sáng ........................................................... 45
LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

4


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

2.3.2. Nguyên lý truyền ánh sáng trong lõi sợi quang ...................... 47
2.3.3. Đặc tính truyền dẫn của sợi quang.......................................... 48
2.4. kết luận chƣơng ................................................................................ 53
CHƢƠNG III: NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH VÀ TRUYỀN DẪN
QUANG ..................................................................................................... 54
3.1. Giới thiệu.......................................................................................... 54
3.2. Ghép kênh phân chia theo thời gian OTDM .................................... 55
3.2.1. Nguyên lý ghép kênh .............................................................. 55
3.2.2. Phát tín hiệu trong hệ thống OTDM ....................................... 56
3.2.3. Giải ghép và xen rẽ trong hệ thống OTDM ............................ 59
3.2.4. Đồng bộ trong hệ thống OTDM ............................................. 63
3.2.5. Đặc tính truyền dẫn của OTDM ............................................. 64
3.3.

Nguyên lý ghép kênh quang theo bƣớc sóng WDM ................... 65
3.3.1. Định nghĩa............................................................................... 65
3.3.2. Nguyên lý cơ bản của WDM .................................................. 66
3.3.3. Các linh kiện dùng trong hệ thống WDM .............................. 70
3.3.3.1. Bộ ghép/tách tín hiệu ...................................................... 70
3.3.4.2. Bộ Isolator/circulator ....................................................... 72
3.3.4.3. Bộ lọc quang .................................................................... 75
3.3.4.4. Bộ ghép tách kênh bƣớc sóng .......................................... 77
3.3.4.5. Bộ chuyển mạch quang .................................................... 78
3.3.4.6. Bộ chuyển đổi bƣớc sóng ................................................ 80

3.4. Kết luận chƣơng ............................................................................... 80
CHƢƠNG IV: TÍNH TỐN THIẾT KẾ TUYẾN QUANG THEO QUỸ
CƠNG SUẤT VÀ THỜI GIAN LÊN ......................................................... 81
4.1. Giới thiệu chƣơng ............................................................................ 81
4.2. Các khái niệm ................................................................................... 81
4.3. Quỹ công suất ................................................................................... 83
4.4. Quỹ thời gian lên ............................................................................. 84
LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

5


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

4.5. Nhiễu trong hệ thống thông tin quang ............................................. 86
4.5.1. Nhiễu lƣợng tử ........................................................................ 86
4.5.2. Nhiễu nhiệt .............................................................................. 87
4.6. Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu ................................................................... 87
4.6.1. Đối với photodiode PIN .......................................................... 87

4.6.2. Đối với photodiode APD ....................................................... 88
4.7. Các giá trị của các thành phần ......................................................... 90
4.8. Bài tốn tính tốn và thiết kế theo quỹ cơng suất và thời gian lên .. 91
4.8.1. Chọn bƣớc sóng làm việc của tuyến ....................................... 92
4.8.2. Chọn loại sợi quang ............................................................... 92
4.8.3. Thiết bị thu quang ................................................................... 92
4.9. Tính tốn tổn hao trên đƣờng truyền................................................ 94
4.10. Độ nhạy của máy thu trong trƣờng hợp sử dụng PIN .................... 94
4.11. Độ nhạy máy thu trong trƣờng hợp sử dụng APD ......................... 95
4.12. Tính tốn thời gian lên ................................................................... 96
4.13. Kết luận chƣơng ............................................................................ 97
KẾT LUẬN CHUNG .................................................................................. 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 100

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

6


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1.

Các thành phần cơ bản của hệ thống thơng tin ....................... 15

Hình 2.1.

Cấu tạo sợi quang.................................................................... 20

Hình 2.2.

Sợi quang đa mode MM ......................................................... 23

Hình 2.3.

Sợi quang đơn mode ............................................................... 24

Hình 2.4.

Sợi SI và Sợi GI ...................................................................... 25

Hình 2.5.

Cấu tạo chung của cáp quang ................................................. 26

Hình 2.6.

Cấu trúc của LED ................................................................... 30

Hình 2.7.

Cấu trúc LED phát mặt ........................................................... 31

Hình 2.8.

Cấu trúc LED phát cạnh.......................................................... 31

Hình 2.9.

Diode lazer .............................................................................. 34

Hình 2.10. Ba cấu trúc cơ bản cho sóng quang hạn chế theo hƣớng bên ...35
Hình 2.11. Sơ đồ vùng năng lƣợng của photodiode PIN .......................... 37
Hình 2.12. Hệ số hấp thụ theo bƣớc sóng ................................................. 38
Hình 2.13. Đáp ứng Photodiode PIN ........................................................ 39
Hình 2.14. Cấu trúc diode photodiode ...................................................... 40
Hình 2.15. Sơ đồ sơ lƣợc mạch điện của bộ thu quang ............................ 41
Hình 2.16. Mạch tƣơng đƣơng của thiết kế bộ thu hỗ dẫn ngƣợc ............ 41
Hình 2.17. Sơ đồ khối tổng quát trạm lặp điện quang .............................. 42
Hình 2.18. Sơ đồ khối chức năng của trạm lặp loại điện quang ............... 43
Hình 2.19. Nguyên lý truyền ánh sáng ..................................................... 46
Hình 2.20. Tia sáng đi trong lõi sợi quang ............................................... 48

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

7


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG

Hình 2.21. Quan hệ P  /Pmax phụ thuộc vào  .................................... 50
Hình 2.22. Đặc tính suy hao theo bƣớc sóng đối với các dạng suy hao ... 53
Hình 3.1.

Sơ đồ tuyến thông tin quang dùng kỹ thuật OTDM ghép 4
kênh quang. ............................................................................. 56

Hình 3.2.

Sơ đố sử dụng hai phƣơng pháp ở phía phát xử lý NRZ cho
OTDM. .................................................................................... 58

Hình 3.3.

Ngun lý của bộ giải ghép thời gian DEMUX sử dụng
chuyển mạch phân cực quang ................................................. 61

Hình 3.4.

Sơ đồ đồng bộ lựa chọn kênh quang bằng gƣơng vòng phi
tuyến để rẽ và xen kênh với các bộ coupler 3dB. ................... 62

Hình 3.5:

Cấu hình PLL quang để trích lấy clock .................................. 63

Hình 3.6.

Sơ đồ khối hệ thống quang WDM .......................................... 66

Hình 3.7.

Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên hai sợi quang ........................ 68

Hình 3.8.

Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên một sợi quang ...................... 68

Hình 3.9.

Mơ tả thiết bị ghép/tách hốn hợp MUX – DEMUX) ............ 70

Hình 3.10. Cấu tạo Coupler FBT 2 x 2 ..................................................... 71
Hình 3.11.

a Sơ đồ khối bộ circulator 3 cửa. b Sơ đồ khối của bộ
circulator 4 cửa. c Sơ đồ khối của bộ Isolator...................... 72

Hình 3.12. Sơ đồ khối của bộ lọc. a bộ lọc cố định λk. b bộ lọc có thể
điều chỉnh bƣớc sóng đƣợc trong khoảng ∆λ ........................ 74
Hình 3.13.

a các thơng số đặc trƣng của bộ lọc. b Độ gợn sóng của bộ
lọc ............................................................................................ 75

Hình 3.14. Bộ tách/ghép bƣớc sóng quang. a Sơ đồ khối bộ ghép kênh

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

8


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

bƣớc sóng MUX . b Sơ đồ khối bộ tách kênh bƣớc sóng
DEMUX . Các thơng số đặc trƣng bộ MUX/DEMUX ......... 78
Hình 3.15.

Các loại cấu hình chuyển mach quang. a chuyển mạch on/off

(1x1). chuyển mạch chuyển tiếp 1x2 không nghẽn ;
c,d chuyển mạch 2x2 có nghẽn ............................................ 79

Hình 4.1.

Sơ đồ suy hao trên đƣờng truyền dẫn quang ............................ 81

Hình 4.2.

Đáp ứng xung của bộ lọc thơng thấp ...................................... 84

Hình 4.3.

Tỷ số bit BER ......................................................................... 93

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

9


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1.

Đặc tính dải cấm và bƣớc sóng của các vật liệu ghép ............ 30

Bảng 2.2.

Các đặc tính ELED tiêu biểu .................................................. 33

Bảng 3.1.

Bảng tóm tắt các phƣơng pháp giải ghép kênh OTDM. ......... 60

Bảng 4.1.

Thiết bị phát quang ................................................................. 90

Bảng 4.2.

Cáp sợi quang ......................................................................... 90

Bảng 4.3.

Thiết bị thu .............................................................................. 90

Bảng 4.4.

Suy hao do hàn nối và bộ nối.................................................. 91

Bảng 4.5.

Tính tốn tổn hao trên đƣờng truyền ...................................... 94

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

10

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ADM

Add-Drop Multiplexer

Bộ xen/rớt kênh

AOTF

Acousto- Optic Turnable Fitter

Bộ lọc quang âm đ/chỉnh đƣợc

APD

Avalanche Photo – Diode

Photodiode thác lũ

APS

Automatic Protection Switching

Chuyển mạch bảo vệ tự động

ASE

Amplified Spontaneous Emission

Phát xạ tự phát đƣợc khuếch
đại

ATM

ASynchronous Transfer Mode

Phƣơng thức truyền không
đồng bộ

AWG

Arrayed – Waveguide Grating

Cách tử ống dẫn sóng ma trận

BW

Bandwidth

Độ rộng dải thông

CPM

Cross phase Modulation

Điều chế xuyên pha

CR

Coupler Ratio

Tỉ số ghép

CW

Continous Wave

Sóng quang liên tục

DC

directonal Coupler

Coupler định hƣớng

DD

Direct detection

Tách sóng trực tiếp

DEMUX Demultiplexer

Bộ tách kênh

DFA

Bộ khuếch đại quang sợi pha

Doped-Fiber Amplifier

tạp chất
DWDM

Dese Wavelength Division

Ghép kênh theo bƣớc sóng
quang

DXC

Digital Cross conect

Bộ kết nối chéo số

EDF

Erbium Doped Fiber

Sợi quang trộn Erbium

EDFA

Erbium Doped Fiber Amplifier

Bộ khuếch đại quang sợi trộn
Erbium

FPA

Fabry – Perot Amplifier

Bộ khuếch đại Fabry – Perot

FWM

Four Wave Mixing

Trộn bốn bƣớc sóng

IF

Intermediate Frequency

Tần số trung tần

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

11


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

IL

Insersion Loss

Suy hao xen

MUX

Multiplexer

Bộ ghép kênh

MZF

Mach- Zehnder Filter

Bộ lọc Mach – Zehnder Filter

MZI

Mach – Zehnder Interferometer

Bộ giao thoa Mach – Zehnder

NE

Network Element

Phần tử mạng

NF

Noise Figure

Hệ số tạp âm

OADM

Optical Add – Drop Multiplexer

Bộ xen/rớt kênh quang

OFA

Optical Fiber Amplifier

Bộ khuếch đại quang

OLT

Optical Line Terminal

Bộ kết cuối đƣờng quang

OSNR

Optcal Signal to Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
quang

OTDM

Optical Time Devision Multiplexer Ghép kênh phân chia theo thời
gian

OXC

Optical Cross connect

Bộ kết nối chéo quang

PDH

Plesiochronous Digital Hierachi

Phân cấp số đồng bộ

RA

Raman Amplifier

Bộ khuếch đại Raman

REG

Regenarator

Trạm lặp

SBS

Stimulated Brilouin Scaterring

Tán xạ do kích thích Brillouin

SDH

Synchronouns Digital Hierachi

Phân cáp số đồng bộ

SNR

Signal to Noisy Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SOA

Semiconductor Optical Amplifier

Bộ khuếch đại quang bán dẫn

SONET

Synchronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ

SPM

Self Phase Modulation

Tự điều pha

SRS

Stimulated Raman Scaterring

Tán xạ bị kích thích Raman

TDM

Time Division Multiplexer

Ghép kênh theo thời gian

TE

Terminal Equipement

Thiết bị đầu cuối

WC

Wavelength Converted

Bộ chuyển đổi bƣớc sóng

WDM

Wavelength Division Multiplexer

Ghép kênh theo bƣớc sóng

XPC

Cross phase Modulation

Điều chế xuyên pha

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

12


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

Chương I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
1.1. Lịch sử phát triển
Lƣợng thông tin trao đổi trong các hệ thống thơng tin ngày càng tăng lên
một cách nhanh chóng. Bên cạnh số lƣợng, về lƣu lƣợng truyền thông trên
mạng cũng thay đổi. Dạng lƣu lƣợng chủ yếu là lƣu lƣợng Internet, ngày nay
số lƣợng ngƣời truy cập Internet ngày một tăng cao, vì vậy các mạng cũ
khơng đủ dung lƣợng để cung cấp, địi hỏi phải có một mạng mới có thể đáp
ứng yêu cầu trao đổi dữ liệu. kỹ thuật thơng tin quang có thể đáp ứng vấn đề
trên. Q trình phát triển của thơng tin quang tƣơng đối lâu dài, và nó có thể
đƣợc thâu tóm trong các mốc thời gian nhƣ sau
- Năm 1790 CLAUDE CHAPPE kỹ sƣ ngƣời Pháp xây dựng hệ thống
điện báo quang optical telegraph . Hệ thống này gồm một chuỗi các tháp có
các đèn báo hiệu chạy trên đó với hệ thống này thì trong vịng 15 phút thơng
tin đi đƣợc 200km.
- Năm 1870 JONH TYNDALL nhà vật lý ngƣời anh đã chứng tỏ rằng,

ánh sáng có thể dẫn theo vịi nƣớc uốn cong thí dụ của ơng đã sử dụng
ngun lý phản xạ toàn phần, và ngày nay ngƣời ta cũng sử dụng nguyên lý
này để truyền ánh sáng bên trong sợi quang.
- Năm 1880 ALEXANDER GRAHAM BELL Ngƣời Mỹ giới thiệu hệ
thống photophone qua đó tiếng nói có thể truyền đi bằng ánh sáng,
- Năm 1934 NORMAN R.FRENCH Kỹ sƣ ngƣời Mỹ nhận đƣợc bằng
sáng chế về hệ thống thông tin quang.Phƣơng tiện truyền dẫn chính của ơng là
các thanh thủy tinh

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

13


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

- Năm 1958 đến 1960 Lazer đƣợc nghiên cứu và đƣa vào phát triển
thành công.
- Năm 1962 Photodiode đƣợc thừa nhận vấn đề cịn lại phải tìm mơi
trƣờng truyền dẫn quang phù hợp.
- Năm 1966 CHARLES H. KAO và GEORGE A. HOCKHAM, Hai kỹ
sƣ phịng thí nghiệm Standard Telecommunication của Anh đề xuất việc dùng
thủy tinh để truyền dẫn ánh sáng. Nhƣng do cơng nghệ chế tạo sợi thủy tinh
thời đó còn hạn chế nên suy hao của sợi quá lớn α ~ 1000dB/Km
- Năm 1970 Hãng Corning Glass Works chế tạo thành cơng sợi quang
loại SI có suy hao nhỏ hơn 20dB/km ở bƣớc sóng 633nm
- Năm 1972 Sợi GI đƣợc chế tạo với độ suy hao 4dB/km
- Năm 1983 Sợi đơn mode đƣợc xuất xƣởng tại Mỹ
- Ngày nay sợi đơn mode đƣợc sử dụng rộng rãi độ suy hao của loại sợi
này chỉ khoảng 0,2dB/km ở bƣớc sóng 1550 nm

1.2. Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang
Hệ thống thông tin quang, là hệ thống thơng tin sử dụng để truyền dẫn
tín hiệu ở dạng ánh sáng, trong môi trƣờng là chất điện môi gọi là sợi quang.
Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang nhƣ sau

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

14


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG
Tín hiu
in vo

B phỏt quang
Mch
iu
khin

B ni
quang

B chia
quang

Nguồn
phát
quang

Si

quang

Bộ tách hoặc
ghép quang
Trạm lặp

Khuyếch
đại quang

Tách
sóng
quang

Khơi
phục
tín hiệu

®iƯn

Tín hiệu
điện ra
ra

bộ thu quang

Hình 1.1. Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin
quang
Các thành phần bao gồm:
Phần phát quang: Bao gồm nguồn phát quang và các mạch điều khiển phát
quang. Để phát tín hiệu vào sợi quang, nguồn ánh sáng đƣợc sử dụng thƣờng

phải tƣơng thích với lõi sợi quang về kích thƣớc. Nguồn quang đƣợc sử dụng là
diode lazer LD và diode phát quang LED. LED sử dụng phát xạ ánh sáng tự
nhiên không đồng pha vì vậy hiệu quả đƣa ánh sáng vào lõi sợi quang thấp. Còn
LD sử dụng là ánh sáng đồng pha nhân tạo có khả năng tạo ra những tia sáng
mạnh hẹp có cƣờng độ lớn vì vậy hiệu quả đƣa ánh sáng vào sợi quang cao vì
vậy nó sử dụng cho hệ thống thơng tin có dung lƣợng lớn và tốc độ cao. Tín hiệu
quang phát ra từ LD hoặc LED có tham số biến đổi tƣơng ứng với biến đổi tín
hiệu điện đầu vào. Tín hiệu điện đầu vào có thể là tƣơng tự hoặc số thiết bị phát
quang sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu điện đầu vào thành tín hiệu quang tƣơng ứng
bằng cách biến đổi dịng vào qua các nguồn phát quang. Cơng suất quang ra phụ
LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

15


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

thuộc vào sự biến đổi cƣờng độ tín hiệu quang, bƣớc sóng ánh của nguồn phát
quang phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu chế tạo phần tử phát. Trong vùng 800
đến 900 nm, các nguồn quang thƣờng chế tạo từ hợp kim GaAlAs. Tại vùng
bƣớc sóng 1100 đến 1600 nm, các nguồn quang chế tạo từ hợp kim InGaAsP.
Phần truyền dẫn: Bao gồm sợi quang, các bộ nối, bộ chia, bộ tách hay ghép
và bộ lặp, trong đó sợi quang đƣợc bọc cáp bảo vệ là thành phần quan trọng nhất.
Ngoài việc bảo vệ cho sợi quang trong quá trình lắp đặt và khai thác, trong ống
cáp cịn có thể có dây dẫn đồng để cấp nguồn cho các trạm lặp. Các bộ lặp làm
nhiệm vụ khôi phục và khuếch đại tín hiệu truyền dẫn trên tuyến cáp quang có
khoảng cách dài. Khi khoảng cách truyền dẫn dài, tín hiệu quang sẽ bị suy
giảm nhiều thì cần phải đặt thêm các trạm lặp quang để khuếch đại tín hiệu và
bù lại phần tín hiệu đã bị suy hao. Trạm lặp bao gồm các thiết bị thu, biến đổi
quang /điện, khuếch đại điện và phát lại quang vào đƣờng truyền tiếp theo.

Các trạm lặp có thể đƣợc thay thế bằng các bộ khuếch đại quang.
Phần thu quang: Bao gồm bộ tách sóng quang, mạch khuếch đại điện và
mạch khơi phục tín hiệu. Các bộ tách sóng quang tiếp nhận tín hiệu quang,
tách lấy tín hiệu thu đƣợc từ phía phát, biến đổi thành tín hiệu điện. Bộ tách
sóng quang phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu về đặc tính rất cao do tín hiệu
quang thƣờng bị suy giảm và méo dạng khi tới đầu cuối của sợi cáp quang.
Một trong những yêu cầu hàng đầu là độ nhạy quang. Độ nhạy quang là cơng
suất quang nhỏ nhất có thể thu đƣợc ở một tốc độ truyền dẫn nào đó ứng với
tỷ lệ lỗi BER cho phép. Ngoài ra bộ thu quang phải có tạp âm tối thiểu đối với
hệ thống và có độ rộng băng tần đủ để xác định dữ liệu mong muốn. Bộ tách
sóng quang phải khơng nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ. Hai linh kiện tách
sóng quang đƣợc sử dụng chủ yếu trong tuyến truyền dẫn quang là tách sóng
quang bán dẫn lọai PIN và APD. Cả hai loại này đều có hiệu suất làm việc
cao và tốc độ chuyển đổi nhanh. Khi khoảng cách tryền dẫn ngắn, tốc độ thấp
mạng thuê bao, mạng nội hạt thì đầu phát sử dụng LED đầu thu sử dụng
PIN, khi khoảng cách truyền dẫn lớn tốc độ cao mạng đƣờng trục thì phía
LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

16


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

phát sử dụng LD còn đầu thu sử dụng APD. Bộ tách sóng quang phải đáp ứng
đƣợc các yêu cầu về đặc tính rất cao do tín hiệu quang thƣờng bị suy giảm và
méo dạng khi tới đầu cuối của sợi cáp quang. Một trong những yêu cầu hàng
đầu là phải có đáp ứng cao hay độ nhạy của khoảng bƣớc sóng phát của
nguồn quang đƣợc sử dụng, có tạp âm tối thiểu đối với hệ thống, và có độ
rộng băng tần đủ để xử lý tốc độ mong muốn, bộ tách sóng quang phải khơng
nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ.

1.3. Các đặc tính của thơng tin quang
Với giá trị suy hao này đã gần đạt đƣợc giá trị suy hao 0.14dB/km của
sợi đơn mode, từ đó đã cho ta thấy hệ thống thơng tin quang có các đặc điểm
nổi bật hơn hệ thống cáp kim loại là:
 Suy hao truyền dẫn rất nhỏ.
 Băng tần truyền dẫn rất lớn.
 Không bị ảnh hƣởng của nhiễu điện từ.
 Có tính bảo mật tốt.
 Có kích thƣớc và trọng tải nhỏ.
 Sợi có tính cách điện tốt và đƣợc chế tạo từ vật liệu có sẵn.
Với các ƣu điểm trên mà các hệ thống thông tin quang đƣợc áp dụng
rộng rãi trên mạng lƣới. Chúng có thể đƣợc xây dựng làm các tuyến đƣờng
trục, trung kế, liên tỉnh, thuê bao kéo dài cho tới cả việc truy nhập vào mạng
thuê bao linh hoạt và đáp ứng đƣợc mọi môi trƣờng lắp đặt từ trong nhà, trong
các cấu hình thiết bị cho tới các hệ thống truyền dẫn xuyên lục địa, vƣợt đại
dƣơng... Các hệ thống thông tin quang cũng rất phù hợp cho các hệ thống
truyền dẫn số không loại trừ tín hiệu dƣới dạng ghép kênh nào, các tiêu chuẩn
Bắc Mỹ, Châu Âu hay Nhật Bản.
1.4. Phân loại hệ thống thơng tin quang
1.4.1. Phân loại theo dạng tín hiệu
LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

17


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

Tùy theo dạng tín hiệu điện đƣa vào điều biến nguồn quang là tín hiệu
tƣơng tự hay tín hiệu số mà ta phân loại thành:
- Hệ thống thông tin quang tƣơng tự

- Hệ thống thông tin quang số
Tuy nhiên mạng thông tin dƣờng nhƣ đã đƣợc số hóa nên chủ yếu hiện
nay sử dụng hệ thống thông tin quang số chỉ còn một số mạng đặc thù là vẫn
còn sử dụng mạng thơng tin quang tƣơng tự, ví dụ hệ thống truyền hình cáp.
1.4.2. Phân loại theo phương pháp điều biến và giải điều biến tín hiệu
quang
Theo nguyên lý điều chế quang ở đầu phát và tách tín hiệu quang ở đầu
thu có thể phân thành hai loại hệ thống truyền dẫn quang.
- Hệ thống thông tin quang kết hơp coherent : Hệ thống này sử dụng
phƣơng pháp điều chế gián tiếp nguồn quang, ở đầu phát luồng tín hiệu điện
đƣa đến điều chế nguồn bức xạ quang đơn sắc trong bộ điều chế ngoài, ở đầu
thu thực hiện thu đổi dải tần. Tín hiệu quang thu đƣợc đƣa vào bộ trộn quang,
trộn với tín hiệu dao động nội rồi đƣa đến bộ tách sóng quang để lấy tín hiệu
IF, sau đó thực hiện giải điều chế khơi phục lại tín hiệu cần phát đi.
- Hệ thống điều chế cƣờng độ tách sóng trực tiếp IM/DD : Ở đầu phát
các tín hiệu điện thực hiện điều chế trực tiếp cƣờng độ bức xạ quang của
nguồn quang. phía đầu thu photodiode thực hiện tách sóng trực tiếp tín hiệu
quang nhận đƣợc thành tín hiệu băng gốc đã truyề đi.
1.4.3. Phân loại theo tốc độ và cự ly truyền dẫn
- Hệ thống có dung lƣợng truyền dẫn nhỏ tốc độ 8Mb/s hoặc hệ thống
có tốc độ truyền dẫn trung bình tốc độ 34Mb/s, sử dụng trên mạng trung kế
giữa các tổng đài trên mạng thuê bao ISDN và mạng LAN.
- Hệ thống có dung lƣợng truyền dẫn lớn với tốc độ truyền dẫn đến
140Mb/s.

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

18

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

- Hệ thống có dung lƣợng truyền dẫn cực lớn tốc độ truyền dẫn lớn hơn
140Mb/s sử dụng cho các hệ thống thông tin đƣờng dài, trong mạng lõi.
1.4.4. Phân loại theo phương thức ghép kênh
Dựa vào cách ghép kênh trong thông tin quang để phân loại hệ thống
thông tin quang ta có các loại sau:
- Hệ thống thơng tin quang ghép kênh theo thời gian.
Đây là hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo thời gian TDM để
tạo luồng tín hiệu tổng hợp đƣa vào thiết bị thu phát quang. Khi tăng tốc độ
truyền dẫn thì độ rộng các xung phát đi càng hẹp lại, đòi hỏi độ rộng băng tần
truyền dẫn tăng lên rất lớn. Hiện nay các hệ thống thông tin quang đang sử
dụng rộng rãi phƣơng thức ghép kênh theo thời gian.
- Hệ thống thơng tin quang ghép kênh theo bƣớc sóng WDM
(Wavelength Division Multiplex). Kỹ thuật ghép kênh theo bƣớc sóng quang
WDM thực hiện truyền các luồng ánh sáng với các bƣớc sóng khác nhau trên
cùng một sợi quang.
Kỹ thuật ghép - tách bƣớc sóng quang là việc sử dụng thiết bị ghép kênh
quang theo bƣớc sóng để ghép các luồng ánh sáng có bƣớc sóng khác nhau ở
đầu phát đƣa vào một sợi quang, truyền dẫn đến đầu thu và tại đầu thu sử
dụng thiết bị tách kênh quang theo bƣớc sóng để tách riêng từng luồng ánh
sáng có bƣớc sóng khác nhau nhƣ ở đầu phát.
1.5. kết luận chương
Qua chƣơng 1: tổng quan về hệ thống thông tin quang. Ta thấy hệ
thông thông tin quang ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi với những ƣu thế nổi
bật mà các hệ thống khác khơng có đƣợc về đặc tính kỹ thuật và hiệu quả kinh
tế. Tuy nhiên, để đánh giá sự thành công của hệ thống thông tin quang ta
không thể không hiểu rõ các linh kiện thiết bị của một tuyến thơng tin quang ,
vấn đề này sẽ đƣợc trình bày cụ thể ở chƣơng sau.

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

19


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

Chương II
CẤU TRÚC HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

2.1. Các thành phần của hệ thống thông tin quang
2.1.1. Sợi quang, phân loại sợi quang
a, Cấu tạo sợi quang

Hình 2.1. Cấu tạo sợi quang
Thành phần chính của sợi quang là lõi core và lớp bọc cladding .
Ngồi ra cịn có 2 lớp: lớp vỏ sơ cấp primary coating và lớp vỏ thứ cấp
(secondary coating).
* Lõi và lớp bọc
Cấu trúc cơ bản của sợi quang gồm có một lõi hình trụ làm bằng vật
liệu thuỷ tinh có chỉ số chiết suất n1 lớn và bao quanh lõi là lớp bọc hình ống
đồng tâm với lõi và có chiết suất n2 < n1. Lõi đƣợc dùng để dẫn áng sáng và
lớp bọc để giữ ánh sáng tập trung trong lõi nhờ sự phản xạ toàn phần giữa lõi
và lớp bọc. Vật liệu dùng để chế tạo lõi và lớp bọc thông dụng nhất là thuỷ
tinh. Loại thuỷ tinh trong suốt tạo ra các sợi quang chính là thuỷ tinh oxit.
Trong đó dioxit silic SiO2 là loại oxit thông dụng nhất để chế tạo ra sợi. Các
LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

20

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

loại sợi có lõi và lớp bọc đều là thuỷ tinh, các sợi này có suy hao nhỏ cho nên
chúng đóng vai trò quan trọng và phù hợp với các tuyến thông tin quang cự ly
xa và tốc độ cao. Đối với cự ly ngắn cỡ vài trăm mét , các loại sợi lõi thuỷ
tinh lớp bọc là chất dẻo đƣợc sử dụng với mục đích giảm chi phí, vì cự ly này
cho phép sử dụng loại sợi có suy hao lớn. Sợi chất dẻo, đó là loại sợi chiết
suất phân bậc có cả lõi và lớp bọc đều là chất dẻo. Loại sợi này chỉ đáp ứng
cự ly truyền dẫn khơng q 100 mét vì có suy hao rất lớn. Sợi này đã từng
đƣợc dùng trong quá khứ với số lƣợng rất ít.
* Lớp vỏ sơ cấp
Để tránh cọ trầy xƣớc lớp bọc, sợi quang thƣờng đƣợc bao bọc thêm
một lớp chất dẻo. Lớp vỏ bảo vệ này sẽ ngăn chặn các tác động cơ học vào
sợi, gia cƣờng thêm cho sợi, bảo vệ sợi khơng bị răn lƣợn sóng, kéo dãn hoặc
cọ xát bề mặt, chống sự xâm nhập của hơi nƣớc, mặt khác cũng tạo điều kiện
để bọc sợi thành cáp sau này. Lớp vỏ này đƣợc gọi là lớp vỏ bọc sơ cấp. Lớp
vỏ sơ cấp đƣợc bọc quanh lớp bọc ngay trong quá trình kéo sợi. Chiết suất
của lớp vỏ bọc sơ cấp lớn hơn chiết suất của lớp bọc và lớn hơn chiết suất lõi.
Thí dụ:
- Chiết suất của lõi sợi: n1 = 1,48.
- Chiết suất của lớp bọc: n2 = 1,46.
- Chiết suất của lớp vỏ bọc sơ cấp: n3 = 1,52.
Lớp vỏ bọc sơ cấp có nhuộm màu để phân biệt thứ tự sợi. Thơng
thƣờng đƣờng kính lớp vỏ sơ cấp là 250µm, nếu sợi quang có đƣờng kính lớp
bọc 125µm.
* Lớp vỏ thứ cấp
Lớp vỏ thứ cấp thƣờng đƣợc gọi là lớp vỏ sợi quang có tác dụng tăng
cƣờng sức chịu đựng của sợi quang tác động cơ học và sự thay đổi nhiệt độ.
Lớp vỏ sợi quang có 2 dạng chính là: dạng bọc lỏng và dạng bọc chặt

+ Dạng bọc lỏng

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

21


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

Các sợi quang sau khi đã đƣợc bọc sơ cấp lại đƣợc đặt trong các ống
hoặc các rãnh chữ V có trên lõi chất dẻo lõi có rãnh . Các ống và các rãnh có
kích thƣớc lớn hơn nhiều so với sợi quang để các sợi quang có thể hồn tồn
nằm tự do trong nó. Kỹ thuật bọc lỏng sợi cho phép bảo vệ sợi tránh đƣợc các
ứng suất bên trong. Mỗi ống hoặc rãnh có thể là rỗng hoặc đƣợc độn chất nhớt
lỏng Jelly. Ở trƣờng hợp sợi quang nằm trong rãnh của lõi cáp, kích thƣớc của
rãnh cũng phụ thuộc vào số sợi có ở trong nó. Trong cấu trúc bọc lỏng, các
sợi quang nằm trong ống hay trong rãnh đều đƣợc bảo vệ rất tốt. Ống bọc
lỏng thƣờng đƣợc chế tạo từ polyester và polyamide, có nhuộm màu để phân
biệt thứ tự.
+ Dạng bọc chặt
Sợi quang sau khi đã bọc vỏ sơ cấp sẽ đƣợc bọc thêm lớp chất dẻo ôm sát lớp
vỏ sơ cấp gọi là dạng bọc chặt . Vỏ bọc chặt, vỏ bọc thứ cấp sẽ làm tăng lực
cơ học của sợi và chống lại các ứng suất bên trong. Ở môi trƣờng nhiệt độ
thấp, sự co lại của chất dẻo ở lớp bảo vệ có thể gây ra sự co quanh trục và vi
uốn cong sợi, từ đó suy hao sợi có thể tăng lên.
b, Phân loại sợi quang
Việc phân loại sợi quang phụ thuộc vào sự thay đổi thành phần chiết
suất của lõi sợi. Loại sợi có chỉ số chiết suất đồng đều ở lõi sợi gọi là sợi có
chỉ số chiết suất phân bậc SI Step Index , loại sợi có chỉ số chiết suất ở lõi
giảm dần từ tâm lõi sợi ra tới tiếp giáp lõi và lớp bọc gọi là sợi có chỉ số chiết

suất giảm dần GI Graded Index . Nếu phân chia theo mode truyền dẫn thì có
sợi đa mode MM Multimode và sợi đơn mode SM Single mode . Sợi đa
mode cho phép nhiều mode truyền dẫn trong nó, cịn sợi đơn mode chỉ cho
phép 1 mode truyền trong nó.
* Căn cứ vào số tia sáng truyền trong lõi sợi quang mỗi tia sáng truyền
đi đƣợc một quãng đƣờng, quỹ đạo riêng biệt gọi là Mode.
+ Sợi quang đa Mode MM multi mode :Trong lõi sợi quang có nhiều
tia sáng đƣợc đồng thời truyền dẫn
LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

22


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

Các thông số của sợi đa mode thông dụng 50/125 nm là:
- Đƣờng kính lõi: d = 2a = 50 nm
- Đƣờng kính lớp bọc: D = 2b = 125 nm
- Độ chênh lệch chiết suất: Δ = 0,01 = 1%
- Chiết suất lớn nhất của lõi: n = 1,46
Sợi đa mode có thể có chiết suất nhảy bậc hoặc chiết suất giảm dần

Hình 2.2. Sợi quang đa mode
+ Sợi quang đơn mode SM signe Mode
Một tia sáng truyền duy nhất trong lõi, là tia truyền thẳng trùng với trục
của lõi. Khi giảm kích thƣớc lõi để sợi chỉ có một mode sóng cơ bản truyền
đƣợc trong sợi thì sợi đƣợc gọi là đơn mode. Trong sợi chỉ có một mode sóng
truyền nên độ tán sắc của nhiều đƣờng truyền bằng khơng, và sợi đơn mode
có dạng phân bố chiết suất nhảy bậc.

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

23


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THƠNG TIN QUANG

Hình 2.3. Sợi quang đơn mode
Các thông số của sợi đơn mode thụng dng l:
ng kớnh lừi:

d = 2a =9àm ữ 10µm

Đƣờng kính lớp bọc:

D = 2b = 125µm

Độ chênh lệch chiết suất:

∆ = 0,003 = 0,3%

Chiết suất lõi:

n1 = 1,46

Độ tán sắc của sợi đơn mode rất nhỏ, đặc biệt ở bƣớc sóng: λ = 1300
nm, độ tán sắc của sợi đơn mode rất thấp ~ 0 . Do đó dải thơng của sợi đơn
mode rất rộng. song vì kích thƣớc của sợi đơn mode q nhỏ, nên địi hỏi
kích thƣớc của các linh kiện quang cũng phải tƣơng đƣơng và các thiết bị hàn
nối sợi đơn mode phải có độ chính xác rất cao. Các yêu cầu này ngày nay đều

có thể đáp ứng đƣợc do đó sợi đơn mode đang đƣợc sử dụng rất phổ biến.
* Căn cứ vào sự thay đổi chiết suất trong lõi
- Sợi quang có chiết suất nhảy bậc SI Step - Index : Đây là loại sợi có
cấu tạo đơn giản nhất với chiết suất của lõi và lớp vỏ bọc khác nhau một cách
rõ rệt nhƣ hình bậc thang. Các tia sáng từ nguồn quang phóng vào đầu sợi với
góc tới khác nhau sẽ truyền theo các đƣờng khác nhau.
- Sợi quang có chiết suất giảm dần GI Graded - Index):
Sợi GI có chiết suất phân bố lõi hình parabol, vì chiết suất lõi thay đổi một
cách liên tục nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn cong dần. Đƣờng truyền của
tia sáng trong sợi GI cũng không bằng nhau, nhƣng vận tốc truyền cũng thay
LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

24


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TUYẾN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

đổi theo. Các tia truyền xa trục có đƣờng truyền dài hơn, nhƣng vận tốc
truyền lớn hơn và ngƣợc lại. Các tia truyền gần trục có đƣờng truyền ngắn
hơn nhƣng lại có vận tốc nhỏ hơn. tia truyền theo trục có đƣờng truyền ngắn
nhất vì chiết suất ở trục là lớn nhất. Nếu chế tạo chính xác theo sự phân bố
chiết suất đƣờng parabol thì đƣờng đi của các tia sáng có dạng hình sin và
thời gian của các tia truyền này là bằng nhau. Độ tán sắc của sợi GI cũng nhỏ
hơn nhiều so với sợi SI.

n1

n1

n2

n2
n(r)

a) Sợi SI

b Sợi GI

Hình 2.4. Sợi SI và Sợi GI
2.1.2. Cáp quang, phân loại cáp quang
Cũng nhƣ cáp kim loại ,cáp quang cũng có những yêu cầu ,đặc điểm
cần phải đáp ứng trƣớc hết lớp vỏ bao bên ngoài để bảo vệ sợi quang khỏi ảnh
hƣởng của môi trƣờng nhƣ côn trùng, độ ẩm, nhiệt độ hoặc các lực cơ học tác
động.
a) Cấu tạo của cáp quang gồm
- Lõi cáp: Các sợi cáp đã đƣợc bọc chặt nằm trong cấu trúc lỏng, cả sợi
và cấu trúc lỏng hoặc rãnh kết hợp với nhau tạo thành lõi cáp. Lõi thƣờng bao
quanh phần tử gia cƣờng của cáp. Các thành phần tạo rãnh hoặc các ống bọc
thƣờng đƣợc làm bằng chất dẻo.
- Thành phần gia cƣờng là các phần tử tạo cho cáp có lực cơ học cần
thiết để chịu đƣợc căng và co, đặc biệt là bảo đảm tính ổn định cho cáp.

LÊ ĐĂNG TUẤN, LỚP: 47K ĐTVT, KHOA: ĐTVT

25