Hệ thống thông tin quang, cáp sợi quang và những vấn đề liên quan

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 đợc truyền dẫn dới dạng ánh sáng. Môi trờng truyền dẫn là các sợi quang
(các sợi mảnh).
Cáp quang đã trở thành phơng tiện truyền dẫn hết sức hiệu quả trong các
mạng thuê bao. Do các u điểm của nó hơn hẳn các phơng tiện truyền dẫn khác.
Cáp quang ngày càng đợc nhiều nớc sử dụng làm phơng tiện truyền dẫn thông tin
của mình nó có chất lợng truyền dẫn tốt hơn hẳn so các hệ thống truyền dẫn khác
- nó còn là phơng 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 lợng cao đòng bộ và hiện
đại nh: Truyền số liệu, hội nghị truyền hình, truy nhập dữ liệu từ xa, dẫn các tạp
thông tin đa phơng tiện.
Cùng với những u điểm nh: Độ suy hao thấp, độ rộng băng tần cao, đờng
kính sợi nhỏ, trọng lợng 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.
Đợc sự hớng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy Vũ Đức Thọ -trờng 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
Chơng 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 đợc chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng đợc truyền qua sợi
quang . Tại nơi nhận nó lại đợc 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 ngời 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 nh một môi
trờng truyền dẫn và do đó chịu ảnh hởng của các điều kiện thời tiết để giải quyết vấn
đề này ngời ta đã chế tạo ra máy điện báo vô tuyến dùng để liên lạc giữa hai ngời 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 đợc 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 đợc chế tạo, tuổi thọ kéo dài hơn 100 năm.
Dựa trên công nghệ sợi quang và các laze bán dẫn giờ đây có thể gửi một khối
lợng lớn các tín hiệu âm thanh dữ liệu đến các địa chỉ cách xa hàng trăm Km bằng một
sợi quang có độ dày nh một sợi tóc, không cần các bộ tái tạo.
Hiện nay các hoạt động nghiên cứu đang đợc 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
2
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
và sử lý trao đổi và truyền dẫn thông tin bằng các phơng tiện ánh sáng. Photon học có
khả năng sẽ đợc 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 trờng 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).
Cáp quang: Là môi trờng dùng để truyền dẫn tín hiệu là ánh sáng, đợc chế tạo
bằng chất điện môi có khả năng truyền đợc ánh sáng nh sợi thạch anh, sợi thuỷ tinh,
sợi nhựa.
Yêu cầu: Tổn hao năng lợng nhỏ, độ rộng băng tần lớn, không bị ảnh hởng của
nguồn sáng lạ ( không bị nhiễu) .
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


Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
Bộ biến đổi quang - điện ( O/E): Thu các tín hiệu quang bị suy hao và méo
dạng trên đờng 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 lợng điện ít.
Các trạm lặp: Đợc sử dụng khi khoảng cách truyền dẫn lớn. Trạm lặp biến đổi
tín hiệu quang thu đợc thành tín hiệu điện để khuyếch đại. Tín hiệu đã đợc khuyếch
đại đợc biến đổi thành tín hiệu quang để tiếp tục truyền trên tuyến cáp sợi quang.
1.3 Ưu, nhợc điểm và các ứng dụng của thông tin quang:
Thông tin quang cũng nh nhiều loại thông tin khác nó cũng có những u và nh-
ợc điểm riêng:
1.3.1 Ưu điểm :
Sợi quang không bị nhiễu bởi các tia điện từ trong không gian và ngợc lại nó cũng
không phát ra các tia điện từ gây ảnh hởng tới các thiết bị xung quanh. Nh vậy các
tín hiệu tryuền qua sợi quang không thể bị nghe lén đợc. Tin tức đợc 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 lợng và kích thớc của các bộ phận đều nhỏ nhẹ.
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
nh 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. Nhợc điểm.
4
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
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 nớc, 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 thớc 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 lỡng cực.
1.3.3 ứng dụng.
Nhờ những u điểm trên mà sợi quang đợc ứng dụng trong các mạng lới điện
thoại, số liệu, máy tính và phát thanh, truyền hình ( dịch vụ băng rộng) và sẽ đợc 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 nh trong các thiết
bị đo.
5
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
Chơng 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 đợc truyền đi dới dạng ánh sáng, một
cách chung nhất, có thể coi ánh sáng là một chùm các phần tử hạt rất nhỏ bé đợc phát
ra từ một nguồn sáng. Các phần tử này đợc hình dung nh đang đi theo một đờng thẳng
và có thể thâm nhập vào môi trờng trong suốt nhng lại bị phản xạ khi gặp các môi tr-
ờng đục. Quan điểm này mô tả đợc đầy đủ các hiệu ứng về quang học trong một phạm
vi riêng nào đó ví dụ nh các hiện tợng phản xạ và khúc xạ ánh sáng, nhng lại không
đúng khi dùng thuyết này để giải thích về hiện tợng nhiễu xạ và giao thoa, tuy nhiên
hiện tợng 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, ngời ta nhận thấy sự chuyển động của sóng ánh sáng luôn vuông
góc với hớng 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 đợc phát ra từ một nguồn nhỏ có
thể đợc đặc trng bởi một loại các mặt sóng hình cầu mà nguồn đặt ở trung tâm các mặt
cầu này. Mặt sóng đợc xác định bởi các quĩ tích tất cả các điểm ở trong loại sóng cùng
pha.
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 tợng khúc xạ và phản xạ ánh sáng vận tốc của ánh sáng là:
c = v.
v: Tần số ánh sáng
: Bớc sóng
Trong không gian tự do thì c = 3.10
8
m/s, còn các môi trờng trong suốt khác thì
vân tốc ánh sáng là v < c. Khi đó chỉ số chiết suất n của vật liệu đó là:
6
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
n = c/v

Hiện tợng phản xạ và khúc xạ ánh sáng có thể xem xét trong trờng hợp có hai
môi trờng khác nhau về chỉ số chiết suất. Nh ta đã biết, các tia sóng đợc truyền từ môi
trờng có chiết suất lớn vào môi trờng có chiết suất nhỏ hơn thì sẽ thay đổi hớng truyền
của chúng tại danh giới phân cách giữa hai môi trờng. Các tia sáng khi đi qua vùng
ranh giới này bị thay đổi hớng nếu tiếp tục đi vào môi trờng có chiết suất mới thì gọi
đó là tia khúc xạ, còn tia nào qua ranh giới này quay trở lại môi trờng ban đầu thì gọi
là tia phản xạ
Hình dới đây minh hoạ quá trình phản xạ và khúc xạ ánh sáng ứng với một môi
trờng thứ nhất có chiết suất n
1
lớn hơn chiết suất n
2
của môi trờng thứ hai.

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

1
:

là góc tới góc hợp bởi pháp tuyến của mặt phân cách 2 môi trờng với tia tới.

2
: Là góc hợp bởi pháp tuyến của mặt phân cách hai môi trờng với tia khúc xạ.
Ta có thể viết nh sau:
7

2

2

1

1
Tia tới
Tia phản
xạ
Tia khúc
xạ
Pháp
tuyến
n
2
n
1
n
2
<n
1
Tia tới

1

0
Tia khúc
xạ
Pháp
tuyến

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
n
1
.cos
1
= n
2
.cos
2
.
2.1.2 Đặc tính tán xạ trong sợi quang:
Khi truyền dẫn các tín hiệu số qua sợi quang, xuất hiện hiện tợng dãn rộng các
xung ánh sáng ở đầu thu. Thậm chí trong vài trờng hợp các xung lân cận còn đè lên
nhau, dẫn đến không phân biệt đợc xung, gây méo tín hiệu khi tái tạo. Hiện tợng dãn
xung đợc gọi là hiện tợng tán xạ.
Nguyên nhân chính của hiện tợng này là do ảnh hởng của sợi quang mà các thời
gian chạy khác nhau cho các thành phần ánh sáng phát đi đồng thời. Tán xạ có ảnh h-

ởng tới chất lợng 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 tơng tự ở đầu thu biên độ tín hiệu bị giảm và gây ra hiện tợng
dịch pha. Độ rộng băng truyền dẫn của sợi quang bị giới hạn, ảnh hởng của tán xạ
đợc mô tả nh sau:

Hình 2.2: ảnh hởng 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:
8
Hình b : Sụt biên độ
Hình a : Dãn xung
t
P
T
s
T
c
0
P
t
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
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 nh nhau nhng 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 nhng 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 trng 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 bớc sóng của tín hiệu
và làm cho thời gian tới của các thành phần có bớc sóng khác nhau không nh
nhau.
Tán sắc sắc thể bao gồm tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng:
+ Tán sắc vật liệu: Là do các bớc sóng khác nhau từ nguồn quang và truyền với tốc
độ khác nhau do sự thay đổi các chỉ số khúc xạ theo bớc sóng.
+ Tán sắc ống dẫn sóng: Là do sự phụ thuộc không tuyến tính của hằng số chuyền
lan vào tần số bớc 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 đợc liên kết với
nhau bằng cách xoắn quanh một phần tử trung tâm gọi là phần tử gia cờng.
Bớc 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 cờng vừa
để đặt sợi theo hình xoắn ốc. Các ống đệm cũng bằng plastic.
9
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
Các đặc tính cơ bản của plastic đợc dùng để sản xuất ống đệm hoặc phần tử gia
cờng (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)
Fluorocthleneprop
ylene(FEP)
Polybuthylene
Terephthalate
500
5,6-6,5
2,1-3,8
0.7-1,4

3.3-4.2
0.7-0.24
2-3,2
~6
5
300
1,5-100
90-650
200-700
200-400
250-330
200
71
1,3-2,4
0,4-0,7
0,1-0,24
1,1-1,4
0,1
0,35
2,5

0,05
20
11-13
10-22
8-9,5
7-21
8,3-10,5
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 hởng 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 thờng dùng Polymêthame vì nó mềm dẻo.
10
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
c> Lớp chắn hơi ẩm thờng 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 nh vậy ngăn đợc nớc 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 đợc
dùng cho cáp chôn trực tiếp để bảo vệ các ứng suất xuyên tâm và chống gậm
nhấm.
2.2.3 Phần tử gia cờng.
Phần tử gia cờng đợc đặt trong lõi cáp quang để tạo ra sức chịu lực căng và sức
chống co để đảm bảo cho cáp đợc ổn định khi lắp đặt cáp, khi nhiệt độ của môi tr-
ờng thay đổi.
Phần tử gia cờng phải là vật liệu nhẹ, mềm dẻo có modul đàn hồi cao...
Phần tử gia cờng có thể là:
+ Kim loại: thờng là các loại dây thép đợc đặt tại tâm hoặc vỏ của cáp khi dùng
thép phải chú ý chống ăn mòn và chống điện áp cao do sét đánh.
+ Phi kim loại: Thờng là dây thuỷ tinh Plastic tăng cờng(G-FRP) hoặc là các sợi
amid. Thờng đặt ở tâm cáp có độ mềm dẻo cao(hoặc đặt phân tán trong vỏ cáp)
a> Các cách đặt phần tử gia cờng trong lõi cáp quang:
1.Phần tử gia cờng.
2. Lõi cáp.
3. ống đệm.

b> Các đặc tính của phần tử gia cờng:
11
1
2
3
2
1
3
1
3
2
Hình 2.3: Cách đặt phần tử gia cờng.
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
Vật liệu Trọng
Lợng
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
Bảng 2.2: Các đặc tính của phần tử gia cờng.
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 nớc vào cáp hoặc cấp nguồn
từ xa nhng sự có mặt của các dây này gây ra nhợc điểm cho cáp là hiện tựơng
cảm ứng điện từ của dây cao áp hoặc sét.
b> Các lớp đệm lót đợc 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 nớc.
e> Chất độn làm đầy để bảo vệ lõi cáp không bị hơi ẩm thấm vào trong và chống n-
ớc 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.
12
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
2.3 Phân loại sợi quang.
Nh trong bảng 2.3, sợi quang đợc phân loai theo nhiều cách nh 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.
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 nh: 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 thờng đợc sản xuất bằng PMMA (Polymethyl metharcylate).
2.3.2 Phân loại theo mode lan truyền:
Theo mode lan truyền sợi quang đợc chia làm hai nhóm:
Sợi quang đơn mode (đợc 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:
13
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
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 phơng thức phản xạ hoàn toàn. Khi cáp quang bị uốn cong đột ngột thì góc
giữa đờng 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 phơng 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: Đợc thiết kế để giảm độ sai lệch về thời gian nh
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 nh 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 nh thể ánh sáng đã lan truyền theo một đờng thẳng. Vì vậy nó có thể giữ
nhiều thông tin ( GHz-Km) gấp hàng trăm nghàn lần so với sợi quang chi số bớc. Đ-

ờng kính của lõi sợi quang chỉ số lớp này là 50àm và đờng kính của áo sợi quang là
125 àm.
c> Sợi quang đơn model (Nằm trong nhóm sợi quang chiết xuất phân bậc):
Đờng kính và lõi của sợi quang đơn model nhỏ hơn nhiều so với sợi quang đa
model. Khi đờng 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 trờng 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 đờng kính chỉ bằng đờng 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 tơng đối hẹp, nó bị phản xạ liên tục ở đ-
ờng 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.
14