Tài liệu Nâng cao tốc độ tuyến bằng cách tăng tốc độ tín hiệu quang

B¸o c¸o thùc tËp lêi nãi ®Çu Cïng víi sù ph¸t triÓn mäi mÆt vÒ kinh tÕ x· héi, c¸c nhu cÇu vui ch¬i gi¶i trÝ cña con ngêi còng t¨ng lªn nhanh kh«ng ngõng c¶ vÒ sè läng vµ chÊt lîng. Hoµ vµo xu thÕ ®ã, c¸c dÞch vô viÔn th«ng còng kh«ng ngõng ph¸t triÓn nh»m tho¶ m·n c¸c nhu cÇu cña con ngêi, ®Æc biÖt lµ con ngêi cña kû nguyªn vµ th«ng tin. §Ó t¹o ra ®îc mét c¬ së h¹ tÇng tèt lµm nÒn t¶ng ®Ó ph¸t triÓn c¸c dÞch vô th«ng tin, hÖ thèng truyÒn dÉn còng ngµy cµng ®îc c¶i tiÕn vµ n©ng cao vÒ chÊt lîng. Tõ khi ra ®êi c¸p quang ®· thÓ hiÖn lµ mét m«i trêng truyÒn dÉn lý tëng víi b¨ng th«ng gÇn nh v« h¹n vµ rÊt nhiÒu u ®iÓm kh¸c. C¸c hÖ thèng truyÒn dÉn míi chØ khai th¸c mét phÇn rÊt nhá b¨ng th«ng cña sîi quang. Do viÖc n©ng cÊp tuyÕn truyÒn dÉn b»ng c¸ch t¨ng tèc ®é tÝn hiÖu ®iÖn gÆp nhiÒu khã kh¨n, c¸c nhµ khoa häc ®· t×m c¸ch n©ng cao tèc ®é tuyÕn b»ng c¸ch t¨ng tèc ®é tÝn hiÖu quang. Trong khu«n khæ b¶n b¸o c¸o thùc tËp víi mong muèn giíi thiÖu tæng quan cña th«ng tin quang bao gåm bèn ch¬ng sau: Ch¬ngI: Tæng quan vÒ hÖ thèng th«ng tin quang Ch¬ngII: Sîi quang vµ sù truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang Ch¬ngIII: C¸p quang Ch¬ng IV: PhÇn tö chuyÓn ®æi ®iÖn quang-quang ®iÖn Víi néi dung trªn cuèn luËn v¨n gãp mét phÇn nhá trong lÜnh vùc nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn sîi quang. Sau cïng em xin tr©n träng göi tíi thÇy gi¸o híng dÉn NguyÔn Nh Nguyªn lßng biÕt ¬n s©u s¾c vÒ sù chØ dÉn chu ®¸o, tËn t×nh trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn b¶n b¸o c¸o thùc tËp nµy. Ch¬ng I: Tæng quan vÒ hÖ thèng th«ng tin quang . 1 B¸o c¸o thùc tËp I. Giíi thiÖu vÒ th«ng tin quang . 1. Kh¸i qu¸t chung Th«ng tin quang cã tæ chøc hÖ thèng còng t¬ng tù c¸c hÖ thèng th«ng tin kh¸c v× thÕ thµnh phÇn c¬ b¶n nhÊt cña hÖ thèng th«ng tin quang lu«n tu©n thñ theo mét hÖ thèng th«ng tin chung .§©y lµ nguyªn lý mµ loµi ngêi ®· sö dông ngay tõ thêi kú khai sinh ra c¸c h×nh thøc th«ng tin , tÝn hiÖu cÇu truyÒn ®i ®îc ph¸t vµo m«i trêng truyÒn dÉn t¬ng øng, vµ ®Çu thu sÏ thu l¹i tÝn hiÖu cÇu truyÒn. §èi víi hÖ thèng th«ng tin quang th× m«i trêng truyÒn dÉn ë ®Êy chÝnh lµ sîi dÉn quang ,nã thùc hiÖn truyÒn ¸nh s¸ng mang tÝn hiÖu th«ng tia tõ phÝa ph¸t tíi phÝa thu. Vµo n¨m 1960, viÖc ph¸t minh ra Laserddeer lµm nguån ph¸t quang ®x më ra mét thêi kú míi cã ý nghÜa rÊt to lín trong lÞch sö cña kü thuËt th«ng tin sö dông d¶i tÇn ¸nh s¸ng .Theo lý thuyÕt th× nã cho phÐp thùc hiÖn th«ng tin víi lîng kªnh rÊt lín vît rÊt nhiÒu lÇn c¸c hÖ thèng Viba hiÖn cã. Hµng lo¹t c¸c thùc nghiÖm vÒ th«ng tin trªn bÇu khÝ quyÓn ®îc tiÕn hµnh ngay sau ®ã. Mét sè kÕt qu¶ thu ®îc nhng tiÕc r»ng chi phÝ qu¸ tèn kÐm, kinh phÝ tËp trung vµo s¶n xuÊt c¸c thiÕt bÞ ®Ó vît qua ®îc c¸c c¶n trë do ®iÒu kiÖn thêi tiÕt (ma, tuyÕt ....) g©y ra lµ rÊt lín, chÝnh v× vËu nã cha thu hót ®îc sù chó ý cña m¹ng líi. Mét híng nghiªn cøu kh¸c cïng thêi gian nµy lµ ®· t¹o ®îc hÖ thèng th«ng tin ®¸ng tin cËy h¬n híng th«ng tin khÝ quyÓn ®ã lµ sù ph¸t minh ra sîi quang. C¸c sîi dÉn quang lÇn ®Çu tiªn ®îc chÕ t¹o mÆc dï suy hao lín (kho¶ng 1000ds/Km),®· t¹o ra ®îc mét m« h×nh hÖ thèng cã xu híng linh ho¹t kh¶ thi h¬n .TiÕp theo lµ KAO,Hockman vµ Werts n¨m 1966®· nhËn thÊy sù suy hao cua sîi quang lµ do t¹p chÊt cã trong vËt liÖu chÕ t¹o. Nh÷ng nhËn ®Þnh ®ã ®· ®îc s¸ng tá khi Kapron,Keck vµ Maurer chÕ t¹o thµnh c«ng sîi thuû tinh cã suy hao 20ds/Km vµo n¨m 1970. Suy hao nay cho phÐp t¹o ra cù ly truyÒn dÉn t¬ng ®¬ng víi c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn b»ng c¸p ®ång. Víi sù cè g¾ng ®ã c¸c sîi dÉn quang cã suy hao nhá lÇn lît ra ®êi. §Çu nh÷ng n¨m 1980, c¸c hÖ thèng th«ng tin trªn sîi dÉn quang ®· ®îc phæ biÕn kh¸ réng víi vïng bíc sãng lµm viÖc 1300nm. Vµ b©y giê sîi dÉn quang ®· ®¹t tíi møc suy hao rÊt nhá kho¶ng 0,154ds/Km t¹i bíc sãng dµi h¬n lµ 1550nm cho thÊy sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c«ng nghÖ sîi quang 2 B¸o c¸o thùc tËp trong hai thËp niªn qua. Gi¸ trÞ suy hao nµy ®· gÇn ®¹t tíi møc tÝnh to¸n trªn lý thuyÕt cho c¸c sîi quang ®¬n mèt lµ 0,14ds/Km . Cïng víi sîi quang, c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c nguån ph¸t vµ thu quang ®· t¹o ra hÖ thèng th«ng tin quang víi u ®iÓm tréi h¬n h¼n so víi c¸c hÖ thèng th«ng tin c¸c kim lo¹i lµ: - Suy hao truyÒn dÉn. - B¨ng tÇn truyÒn dÉn rÊt lín. - Kh«ng bÞ ¶nh hëng cña nhiÒu ®iÖn tõ. - Cã tÝnh b¶o mËt tÝn hiÖu th«ng tin. - Cã kÝch thíc vµ träng lîng nhá. - Sîi cã tÝnh c¸ch ®iÖn tèt. - Tin cËy vµ linh ho¹t. - Sîi ®îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu th«ng thêng Do c¸c u ®iÓm trªn mµ hÖ thèng th«ng tin quang ®îc ¸p dông réng r¶i trªn m¹ng líi. Chóng cã thÓ x©y dùng lµm c¸c tuyÕn ®êng trôc trung kÕ, liªn tØnh, thuª bao kÐo dµi, truy nhËp vµo m¹ng thuª bao linh ho¹t vµ ®¸p øng mäi m«i trêng l¾p ®Æt tõ trong nhµ, trong c¸c cÊu h×nh thiÕt bÞ cho ®Õn xuyªn lôc ®Þa, vît ®¹i d¬ng... C¸c hÖ thèng th«ng tin quang còng rÊt phï hîp cho truyÒn dÉn sè kh«ng lo¹i trõ tÝn hiÖu díi d¹ng ghÐp kªnh nµo, c¸c tiªu chuÈn tõ Ch©u ¢u B¾c Mü vµ NhËt B¶n. Ngoµi c¸c luång tèc ®é ®ã cã mét tiªu chuÈn míi ph¸t triÓn trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y gäi lµ SONET (Sunchronceus optical Network), tèc ®é truyÒn dÉn ë tiªu chuÈn nµy h¬i kh¸c, nã x¸c ®Þnh cÊu tróc khung ®ång bé ®Ó göi mét lu lîng ghÐp kªnh sè trªn sîi quang. HiÖn nay c¸c hÖ thèng th«ng tin quang ®· ®îc øng dông réng r·i trªn thÕ giíi, chóng ®¸p øng ®îc c¶ tÝn hiÖu t¬ng tù (Analog) vµ sè (diegital), chóng cho phÐp truyÒn dÉn tÊt c¶ c¸c tÝn hiÖu dÞch vô b¨ng hÑp vµ b¨ng réng, ®¸p øng mäi nhu cÇu cña m¹ng sè hãa liªn kÕt ®a dÞch vô (ISDN). Sè lîng c¸p quang hiÖn nay ®îc l¾p ®Æt trªn thÕ giíi víi sè lîng lín, ®ñ mäi tèc ®é truyÒn dÉn víi c¸c cù ly kh¸c nhau, c¸c cÊu tróc m¹ng ®a d¹ng. NhiÒu níc lÊy c¸p quang lµm m«i trêng truyÒn dÉn chÝnh cho m¹ng viÔn th«ng. C¸c hÖ thèng th«ng tin quang sÏ lµ mòi ®ét 3 B¸o c¸o thùc tËp ph¸ vÒ tèc ®é, cù ly truyÒn dÉn vµ cÊu h×nh linh ho¹t cho c¸c dÞch vô viÔn th«ng cÊp cao. B¶ng 1-1: Tèc ®é truyÒn dÉn tiªu chuÈn ë B¾c Mü, Ch©u ¢u vµ NhËt B¶n. Ph©n cÊp Khèi B¾c Mü Khèi Ch©u ¢u NhËt B¶n Tèc ®é bit Sè kªnh Tèc ®é Sè kªnh Tèc ®é bit Sè kªnh Mbit/s tho¹i bit Mbit/s tho¹i Mbit/s tho¹i 1 1,544 24 2,048 30 1,544 24 2 6,312 96 8,448 120 6,312 96 3 44,736 672 34,368 480 32,064 480 4 274,176 4032 139,264 1920 97,728 1440 5 274,176 4032 565,184 7680 396,200 5760 B¶ng 1-2: C¸c møc ph©n cÊp tÝn hiÖu SONET Møc OC - 1 OC - 3 OC - 9 OC-12 CO-18 OC-24 OC-36 OC-48 Tèc ®é 51,84 155,52 466,56 622,08 933,12 1244,16 1866,24 2488,32 truyÒn Mbit/s 2.CÊu tróc vµ thµnh phÇn chÝnh trong tuyÕn truyÒn dÉn quang. Nh×n chung, c¸c hÖ thèng th«ng tin quang thêng phï hîp h¬n cho viÖc truyÒn dÉn tÝn hiÖu sè vµ hÇu hÕt qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña hÖ thèng th«ng tin quang ®Òu ®i theo híng nµy. Theo quan niÖm thèng nhÊt ®ã, ta xÐt cÊu tróc cña tuyÕn th«ng tin gåm c¸c thµnh phÇn chÝnh sau: - PhÇn ph¸t quang. - C¸p sîi quang. - PhÇn thu quang. 4 B¸o c¸o thùc tËp PhÇn ph¸t quang cÊu t¹o tõ nguån ph¸t tÝn hiÖu quang vµ c¸c m¹ch ®iÖn ®iÒu khiÓn liªn kÕt víi nhau. C¸p quang bao gåm c¸c sîi dÉn quang vµ c¸c líp vë bäc xung quanh ®Ó b¶o vÖ khái t¸c ®éng cã h¹i tõ m«i trêng bªn ngoµi. PhÇn thu quang do bé t¸ch sãng quang vµ m¹ch khuÕch ®¹i, t¸i t¹o tÝn hiÖn hîp thµnh. Ngoµi c¸c thµnh phÇn chñ yÕu trªn, tuyÕn th«ng tin quang cßn cã c¸c bé nèi quang Counetor, c¸c mèi hµn, c¸c bé nèi quang, chia quang vµ tr¹m lÆp. TÊt c¶ t¹o nªn mét tuyÕn th«ng tin quang hoµn chØnh. Bé ph¸t quang TÝn hiÖu ®iÖn vµo M¹ch ®iÒu khiÓn Nguån ph¸t quang Bé nèi quang Mèi hµn sîi Sîi dÉn quang Tr¹m lÆp Bé chia quang Thu quang M¹ch ®iÖn C¸c thiÕt bÞ kh¸c Ph¸t quang Bé thu quang TÝn hiÖu ®iÖn ra KhuÕch ®¹i quang §Çu thu quang ChuyÓn ®æi tÝn hiÖu KhuÕch ®¹i H×nh 1-1: Tæng qu¸t cña hÖ thèng th«ng tin quang 5 B¸o c¸o thùc tËp Tr¹m lÆp cã cÊu tróc gåm cã thiÕt bÞ ph¸t vµ thiÕt bÞ thu ghÐp quay phÇn ®iÖn vµo nhau. ThiÕt bÞ thu ë tr¹m lÆp sÏ thu tin hiÖu quang yÕu råi tiÕn hµnh biÕn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn, khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nµy söa d¹ng vµ ®a vµo ®Çu vµo thiÕt bÞ ph¸t quang. ThiÕt bÞ ph¸t quang thùc hiÖn biÕn ®æi tÝn hiÖu ®iÖn thµnh tÝn hiÖu quang råi l¹i ph¸t tiÕp vµo ®êng truyÒn. Nh÷ng n¨m gÇn ®©yc¸c bé khuyÕch ®¹i quang ®· ®îc sö dông ®Ó thay thÕ cho c¸c thiÕt bÞ tr¹m lÆp quang. II. S¬ ®å tæng qu¸t cña hÖ thèng th«ng tin quang. 1.C¸c chøc n¨ng: PhÇn ®iÖn tö Nguån tÝn hiÖu a) Nguån tÝn hiÖu b) §iÒu biÕn A Kªnh truyÒn dÉn C BiÕn ®æi ®iÖn quang E/O PhÇn ®iÖn tö A D B BiÕn ®æi ®iÖn quang O/E Sîi quang SQ D C PhÇn ®iÖn tö Gi¶i ®iÒu PhÇn ®iÖn tö B TÝn hiÖu thu TÝn hiÖu thu H×nh 1-2: Tæng qu¸t hÖ thèng th«ng tin ®iÖn (a) vµ quang(b) 1. Nguån tÝn hiÖu th«ng tin lµ nh nhau,®Òu lµ c¸c d¹ng th«ng tin th«ng thêng hiÖn nay nh tiÕng nãi, h×nh ¶nh, sè liÖu, v¨n b¶n... 2. PhÇn ®iÖn tö: lµ phÇn chung cña c¶ hai hÖ thèng, ®Ó xö lý nguån tin, t¹o ra c¸c tÝn hiÖu ®iÖn ®a vµo c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn, cã thÓ lµ tÝn hiÖu analog hoÆc digital (®iÓm A). 3. Bé biÕn ®æi ®iÖn quang E/O ®Ó thùc hiÖn ®iÒu biÕn tÝn hiÖu ®iÖn vµo cêng ®é bøc x¹ quang ®Ó cho ph¸t ®i. Còng nh trong th«ng tin ®iÖn víi nhiÒu ph¬ng thøc ®iÒu biÕn kh¸c nhau, trong th«ng tin quang còng cã nhiÒu ph¬ng ph¸p ®iÒu biÕn tÝn hiÖu ®iÖn vµo bøc x¹ quang. C¸c hÖ thèng hiÖn nay ®ang lµm viÖc theo nguyªn lÝ ®iÒu biÕn trùc tiÕp cêng ®é ¸nh s¸ng, cßn c¸c hÖ thèng coherence trong t¬ng lai th× ¸p nguyªn lý ®iÒu biÕn gi¸n tiÕp b»ng c¸ch ®iÒu pha hoÆc ®iÒu tÇn c¸c tia bøc x¹ coherence lµ c¸c bøc x¹ kÕt hîp. TÝn hiÖu ra ph¶i (®iÓm c) lµ tÝn hiÖu quang, kh¸c víi tÝn hiÖu ra t¹i C, c¸c tÝn hiÖu cao tÇn ®îc ®iÒu biÕn biªn ®é hoÆc pha hoÆc tÇn sè. 6 B¸o c¸o thùc tËp 4. Sîi quang SQ ®Ó truyÒn dÉn ¸nh s¸ng cña nguån bøc x¹ (E/O) ®· ®iÒu biÕn, vai trß nh kªnh truyÒn dÉn. 5. Bé biÕn ®æi quang ®iÖn (O/E) lµ bé thu quang, tiÕp nhËn ¸nh s¸ng tõ sîi quang ®a vµo biÕn ®æi trë l¹i thµnh tÝn hiÖu ®iÖn nh tÝn hiÖu ph¸t ®i. TÝn hiÖu vµo cña hai bé nµy (®iÓm D) kh¸c d¹ng nhau (®iÖn hoÆc quang) nhng tÝn hiÖu ra cña chóng (®iÓm B) lµ tÝn hiÖu ®iÖn gièng nhau ®Ó ®a vµo phÇn ®iÖn tö, t¸ch ra tÝn hiÖu thu gièng tÝn hiÖu ph¸t ®i ë nguån tin ban ®Çu. 6. T¶i tin: Trong hÖ thèng ®iÖn th× t¶i tin lµ c¸c sãng ®iÖn tõ cao tÇn, trong hÖ thèng quang vµ ¸nh s¸ng còng lµ sãng ®iÖn tõ song cã tÇn sè rÊt cao (10 14÷1015) do vËy t¶i tin quang rÊt thuËn lîi cho t¶i c¸c tÝn hiÖu b¨ng rÊt réng. 7. VÊn ®Ò chuyÓn tiÕp tÝn hiÖu: TÝn hiÖu truyÒn ®a trªn ®êng truyÒn bÞ tiªu hao, nªn sau mét kho¶ng c¸ch nhÊt ®Þnh ph¶i cã tr¹m lÆp khuyÕch ®¹i (tÝn hiÖu analog) hoÆc t¸i sinh tÝn hiÖu (tÝn hiÖu digital). HiÖn nay cha thùc hiÖn ®îc khuyÕch ®¹i hoÆc t¸i sinh tÝn hiÖu quang, nªn t¹i c¸c tr¹m khuyÕch ®¹i trung gian hoÆc c¸c tr¹m lÆp ph¶i thùc hiÖn ba bíc sau: - ChuyÓn ®æi tõ tÝn hiÖu quang sang tÝn hiÖu ®iÖn. - Söa ®æi d¹ng tÝn hiÖu ®· bÞ mÐo hoÆc t¸i sinh tÝn hiÖu díi d¹ng ®iÖn. - ChuyÓn ®æi tÝn hiÖu ®iÖn ®· ®îc khuyÕch ®¹i hoÆc t¸i sinh thµnh tÝn hiÖu quang ®Ó tiÕp tôc ph¸t ®i. 8. N¨ng lùc truyÒn dÉn: N¨ng lùc truyÒn dÉn cña hÖ thèng ®îc ®¸nh gi¸ qua hai ®¹i lîng: - §é réng b¨ng tÇn cã thÓ truyÒn dÉn ®îc. - Cù li tr¹m lÆp hoÆc ®é dµi ®o¹n chuyÓn tiÕp Xu thÕ cña c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn quang lµ truyÒn dÉn d¶i rÊt réng vµ cù li tr¹m lÆp rÊt lín. Thùc tÕ c¸c hÖ thèng quang hiÖn nay ®· vît qua c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn ®iÖn ë c¶ hai yªu cÇu trªn. C¸c ®¹i lîng trªn ®îc x¸c ®Þnh bëi nhiÒu yÕu tè liªn quan ®Õn nhau nh sau: - Tiªu hao vµ t¸n x¹ truyÒn dÉn cña sîi quang. - C«ng suÊt bøc x¹ vµ kh¶ n¨ng ®iÒu biÕn cña linh kiÖn ph¸t quang. 7 B¸o c¸o thùc tËp - §é nh¹y cña m¸y thu quang. - Tiªu hao phô khi sö lÝ c¸c phÇn tö trªn toµn tuyÕn. 2. ¦u ®iÓm vµ nhîc ®iÓm cña hÖ thèng th«ng tin quang a. ¦u ®iÓm: 1. Sîi quang nhá vµ nhÑ h¬n c¸c kim lo¹i, ®êng kÝnh mÉu cña sîi quang lµ 0,1 mm, nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi sîi c¸p ®ång trôc 10mm. 2. Sîi c¸p nhá h¬n sîi c¸p kim lo¹i, nhÑ h¬n, dÔ uèn cong. Chi phÝ vËt liÖu c¸p Ýt, c¸p l¹i ®îc l¾p ®Æt thuËn tiÖn, ngay c¶ b»ng tay. C¸p quang hiÖn nay cho phÐp t¨ng ®îc nhiÒu kªnh truyÒn dÉn mµ chØ t¨ng ®êng kÝnh c¸p rÊt Ýt. 3. Sîi quang chÕ tõ thuû tinh th¹ch anh lµ m«i trêng trung tÝnh víi ¶nh hëng cña níc, axÝt, kiÒm...nªn kh«ng sî bÞ ¨n mßn, ngay c¶ khi líp vá b¶o vÖ bªn ngoµi cã bÞ h háng nhng sîi thuû tinh cßn tèt th× vÉn b¶o ®¶m truyÒn tin tèt. 4. Sîi thuû tinh lµ sîi ®iÖn m«i nªn hoµn toµn c¸ch ®iÖn, kh«ng sî bÞ chËp m¹ch. 5. TÝn hiÖu truyÒn trong sîi quang kh«ng bÞ ¶nh hëng cña ®iÖn tõ trêng ngoµi, nªn cã thÓ sö dông sîi ®Ó cho c¸c hÖ thèng th«ng tin ë nh÷ng n¬i cã nhiÔu ®iÖn tõ trêng m¹nh nh trong c¸c nhµ m¸y, nhµ m¸y ®iÖn...mµ kh«ng cÇn che ch¾n ¶nh hëng ®iÖn tõ. 6. Còng v× nhÑ vµ kh«ng bÞ ¶nh hëng ®iÖn tõ nªn sîi quang còng ®îc sö dông nhiÒu trong m¸y bay, tµu thuû, hoÆc trong c«ng nghiÖp ®Ó truyÒn sè liÖu. 7. Kh«ng g©y nhiÔu ra bªn ngoµi vµ còng kh«ng g©y xuyªn ©m gi÷a c¸c sîi quang, ®¶m b¶o kh«ng bÞ nghe trém. 8. V× sîi quang lµ sîi ®iÖn m«i, nªn ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña hÖ thèng hoµn toµn c¸ch ®iÖn vµ kh«ng cã m¹ch vßng ch¶y qua ®Êt. 9. Tiªu hao nhá kh«ng phô thuéc tÇn sè tÝn hiÖu vµ tiªu hao nhá trong d¶i tÇn réng nªn cho phÐp truyÒn dÉn b¨ng réng, truyÒn ®îc tèc ®é lín h¬n c¸p kim lo¹i khi cïng chi phÝ x©y dùng m¹ng.Trong t¬ng lai lµm c¸p thuª bao cho c¸c dÞch vô d¶i réng còng rÊt phï hîp. 8 B¸o c¸o thùc tËp 10. V× cã tiªu hao nhá nªn cho phÐp ®¹t cù ly kho¶ng lÆp lín h¬n cña c¸p kim lo¹i rÊt nhiÒu. b. Nhîc ®iÓm: Do lu lîng th«ng tin ®ßi hái ngµy cµng lín, dung lîng tuyÕn ngµy cµng ®îc n©ng cao vµ ®Õn lóc vît qu¸ kh¶ n¨ng cña thiÕt bÞ truyÒn dÉn. NhÊt lµ c¸c tuyÕn c¸p quang, trôc c¸p quang cã dung lîng tuyÕn t¨ng rÊt nhanh. §Ó n©ng cao kh¶ n¨ng cña mét tuyÕn th«ng tin c¸c nhµ ®iÒu hµnh m¹ng ph¶i lùa chän: 1. X©y dùng thªm tuyÕn truyÒn dÉn quang. 2. N©ng cÊp ®êng tuyÕn b»ng ph¬ng ph¸p ghÐp kªnh theo thêi gian. 3. N©ng cÊp ®êng truyÒn b»ng ph¬ng ph¸p ghÐp kªnh theo bíc sãng HÖ thèng th«ng tin quang yªu cÇu c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c linh kiÖn rÊt tinh vi vµ ®ßi hái ®é chÝnh x¸c tuyÖt ®èi ®Æc lµ trong viÖc hµn nèi sîi quang lµ rÊt phøc t¹p. ViÖc cÊp nguån ®iÖn cho tr¹m trung gian lµ khã v× kh«ng lîi dông lu«n ®îc ®êng truyÒn nh ë trong c¸c hÖ thèng th«ng tin ®iÖn(vÝ dô nh viÖc cÊp nguån ®iÖn cho tr¹m läc ë gi÷a biÓn). Ch¬ng II: Sîi quang vµ sù truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi quang 1. B¶n chÊt cña ¸nh s¸ng. B¶n chÊt cña ¸nh s¸ng cã thÓ coi lµ mét chïm c¸c phÇn tö l¹i rÊt nhá bÐ ®îc ph¸t ra tõ mét nguån s¸ng. C¸c phÇn tö nµy ®îc h×nh dung nh ®ang ®i theo mét ®êng th¼ng vµ th©m nhËp vµo m«i trêng trong suèt nhng l¹i bÞ ph¶n x¹ khi gÆp c¸c m«i trêng ®ôc. Quan ®iÓm nµy ®· m« t¶ ®Çy ®ñ c¸c hiÖu øng vÒ quang häc trong mét ph¹m vi riªng nµo ®ã vÝ dô nh hiÖn tîng ph¶n x¹ vµ khóc x¹ ¸nh s¸ng, nhng l¹i kh«ng ®óng khi dïng thuyÕt nµy ®Ó gi¶i thÝch vÒ hiÖn tîng nhiÔu x¹ vµ giao thoa. Vµo n¨m 1864, Maxwell ®· chøng minh b»ng lý thuyÕt r»ng b¶n chÊt cña 9 B¸o c¸o thùc tËp sãng ¸nh s¸ng lµ sãng ®iÖn tõ. H¬n thÕ khi quan s¸t c¸c hiÖu øng vÒ ph©n cùc ngêi ta thÊy sù chuyÓn ®éng cña sãng lu«n vu«ng gãc víi híng cña sãng ®i, ®iÒu ®ã nãi lªn sãng ¸nh s¸ng lµ sãng ngang. 2. Nguyªn lý truyÒn dÉn ¸nh s¸ng. Nguyªn lý truyÒn dÉn ¸nh s¸ng chñ yÕu dùa vµo hiÖn tîng ph¶n x¹ toµn phÇn cña tia s¸ng t¹i mÆt ph©n c¸ch hai m«i trêng khi nã ®i tõ m«i trêng ®Æc ho¸ sang m«i trêng lo·ng h¬n. P P β (1) (2) 2 n2 n2 n1 n1 αT 1 Vïng ph¶n x¹ toµn phÇn Cho mét tia s¸ng ®i tõ m«i trêng cã chiÕt suÊt n1 sang m«i trêng cã chiÕt suÊt n2 (n2 < n1); Tia tíi 91) hîp víi ph¸p tuyÕn P cña mÆt ph©n c¸ch gi÷a hai m«i trêng mét gãc tíi lµ α. Khi sang m«i trêng thø hai, tia s¸ng bÞ khóc x¹ vµ hîp víi ph¸p tuyÕn P mét gãc khóc x¹ β c¸c ®¹i lîng nµy ®Òu tu©n theo ®Þnh luËt khóc x¹ ¸nh s¸ng: n1 sinα = sinβ øng víi gãc tíi h¹n αT th× gãc khóc x¹ n2 n1 VËy ®iÒu kiÖn ®Ó x©y ra ph¶n x¹ toµn phÇn lµ: c¸c tia s¸ng ph¶i ®i tõ m«i trβ = 900 lóc nµy sinαT = êng chiÕt suÊt lín h¬n sang m«i trêng chiÕt suÊt nhá h¬n vµ gãc tíi cña tia s¸ng ph¶i lín h¬n gãc tíi h¹n. 10 B¸o c¸o thùc tËp CÊu tróc cña sîi dÉn quang vµ c¸c mode truyÒn dÉn. §Ó ®¶m b¶o sù lan truyÒn cña ¸nh s¸ng trong sîi th× tríc hÕt cÊu tróc cña nã ph¶i lµ mét èng dÉn nãng ho¹t ®éng ë d¶i tÇn quang, cã d¹ng h×nh trô lµm b»ng vËt liÖu thñy tin cã chØ sè chiÕt suÊt n1 lín vµ bao quanh lâi lµ mét líp vá ph¶n x¹ h×nh èng ®ång t©m víi lâi vµ cã chiÕt suÊt n2 < n1. VËt liÖu cÊu t¹o lâi sî thêng lµ thñy tinh, cßn vá ph¶n x¹ cã thÓ lµ thñy tinh hay chÊt dÎo trong suèt. ViÖc ph©n lo¹i sîi quang phô thuéc vµo sù thay ®æi thµnh phÇn chiÕt suÊt cña lâi sîi. - Lo¹i sîi cã chØ sè chiÕt suÊt ®ång ®Òu ë lâi sîi gäi lµ sîi cã chØ sè chiÕt suÊt ph©n bËc (SI - Step Index). - Lo¹i sîi cã chØ sè chiÕt suÊt Gradien (GI). - Lo¹i s¬i ph©n chia theo mode truyÒn dÉn. Mode ë ®©y chÝnh lµ sù lan truyÒn ¸nh s¸ng däc theo sîi ®îc m« t¶ díi d¹ng c¸c sãng ®iÖn tõ truyÒn dÉn. Mçi mét mode truyÒn dÉn lµ mét mÉu c¸c trêng ®iÖn vµ trêng tõ ®îc lÆp ®i lÆp l¹i däc theo sîi ë c¸c kho¶ng c¸ch t¬ng ®¬ng víi bíc sãng. 3. C¸c d¹ng ph©n bè chiÕt suÊt trong sîi quang a.KhÈu ®é sè NA Sù ph¶n x¹ toµn phÇn chØ x¶y ra ®èi víi nh÷ng tia s¸ng cã gãc tíi ë ®Çu sîi nhá h¬n gãc giíi h¹n θmax. Sin cña gãc giíi h¹n nµy ®îc gäi lµ khÈu ®é sè , ký hiÖu NA. NA=sinθmax B A θMax θ0 θ0 - 900 2 3 n n 2 1 1 n 1 2 2 3 H×nh 2-1:§êng truyÒn cña c¸c tia s¸ng víi gãc tíi kh¸c nhau ¸p dông c«ng thøc Snell ®Ó tÝnh NA T¹i ®iÓm A ®èi víi 2 tia: n0sinθmax=n1sin(900-θ0) n0=1,chiÕt suÊt cña kh«ng khÝ 11 B¸o c¸o thùc tËp sin(900-θ0)=cosθ = 1 − sin 2 θ0 = 1− n22 n12 Do ®ã NA=sinθmax= Trong ®ã: ∆= 2 1− 2 2 2 1 n n 2n ≈ n1 − n 2 n1 n v× sinθ0= n2 1 n12 − n22 = n1 2∆ §é lÖch chiÕt suÊt t¬ng ®èi b. Sîi quang cã chiÕt suÊt nh¶y bËc (sîi SI: Step- Index) §©y lµ lo¹i sîi cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n nhÊt víi chiÕt suÊt cña lâi vµ líp bäc kh¸c nhau mét c¸ch râ rÖt nh h×nh bËc thang. C¸c tia s¸ng tõ nguån quang phãng vµo ®Çu sîi víi gãc tíi kh¸c nhau sÏ truyÒn theo nh÷ng ®êng kh¸c nhau. b n n >n 2 a 0 n 2 n 1 2 1 n a n 2 b H×nh 2-2: Sù truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi cã chiÕt suÊt nh¶y bËc (SI) C¸c tia s¸ng truyÒn trong lâi sîi víi cïng vËn tèc (v× v = c/n 1, ë ®©y n1 kh«ng ®æi) mµ chiÒu dµi ®êng truyÒn kh¸c nhau nªn thêi gian truyÒn sÏ kh¸c nhau trªn cïng mét chiÒu dµi sîi. §iÒu nµy dÉn tíi mét hiÖn tîng: Khi ®a mét xung ¸nh s¸ng hÑp vµo ®Çu sîi l¹i nhËn ®îc mét xung ¸nh s¸ng réng h¬n ë cuèi sîi. §©y lµ hiÖn tîng t¸n s¾c, do cã ®é t¸n s¾c lín nªn sîi SI kh«ng thÓ truyÒn tÝn hiÖu sè cã tèc ®é cao qua cù li dµi ®îc. Nhîc ®iÓm nµy cã thÓ kh¾c phôc ®îc trong lo¹i sîi cã chiÕt suÊt gi¶m dÇn. c. Sîi quang cã chiÕt suÊt gi¶m dÇn (sîi GI: Graded- Index).  Sîi  GIr  2  cã d¹ng  ph©n bè chiÕt suÊt lâi h×nh Parabol:  n1  1 − ∆    , r ≤ a n(r) =    a      12 n 2,a〈 r ≤ b  B¸o c¸o thùc tËp V× chiÕt suÊt lâi thay ®æi mét c¸ch liªn tôc nªn tia s¸ng truyÒn trong lâi bÞ uèn cong dÇn. b n n (r) 2 a 0 n 2 n 1 1 n(r) a n 2 b H×nh 2-3:Sù truyÒn ¸nh s¸ng trong sîi GI §êng truyÒn cña c¸c tia s¸ng trong sîi GI còng kh«ng b»ng nhau nhng vËn tèc truyÒn còng thay ®«Ø theo. C¸c tia truyÒn xa trôc cã ®êng truyÒn dµi h¬n nhng cã vËn tèc truyÒn lín h¬n (v = c/n) vµ ngîc l¹i, c¸c tia truyÒn gÇn trôc cã ®êng truyÒn ng¾n h¬n nhng vËn tèc truyÒn l¹i nhá h¬n. Tia truyÒn däc theo trôc cã ®êng truyÒn ng¾n nhÊt nhng ®i víi vËn tèc nhá nhÊt v× chiÕt suÊt ë trôc lµ lín nhÊt. NÕu chÕ t¹o chÝnh x¸c sù ph©n bè chiÕt suÊt theo ®êng Parabol ( g = 2) th× ®êng ®i cña c¸c tia s¸ng cã d¹ng h×nh sin vµ thêi gian truyÒn cña c¸c tia nµy b»ng nhau. §é t¸n s¾c cña sîi GI nhá h¬n nhiÒu so víi sîi SI. VÝ dô ®é chªnh lÖch thêi gian truyÒn qua mét Km chØ kho¶ng 0,1 ns. Còng cÇn lu ý r»ng gãc më θ ë ®Çu sîi GI còng thay ®æi theo b¸n kÝnh R v× n1 lµ hµm n1(r). Sinθ(r) = n1 ( r ) − n 22 = NA r 1 −( )2 a <= NA. Trªn trôc sîi: r = 0 th× θ(0) = θmax Trªn mÆt giao tiÕp: r = a th× θ(a) = 0 d. Sîi ®a mode (MM: Multi- Mode) Sîi ®a mode cã ®êng kÝnh lâi vµ khÈu ®é sè lín nªn thõa sè V vµ sè mode N còng lín. C¸c thèng sè cña lo¹i sîi ®a mode th«ng dông (50/125µm) lµ: - §êng kÝnh lâi: d = 2a = 50µm 13 B¸o c¸o thùc tËp - §êng kÝnh líp bäc: D = 2b = 125µm - §é lÖch chiÕt suÊt: ∆ = 0,01 = 1% - ChiÕt suÊt lín nhÊt cña lâi: n1 = 1,46 NÕu lµm viÖc ë bíc sãng λ = 0,85µm th×: 2π 2π V = λ .a.NA = λ an1 2∆ ≈ 38 Vµ sè mode truyÒn ®îc trong sîi lµ: ( NÕu lµ sîi SI) N= V2 ≈ 726 2 Sîi ®a mode cã thÓ cã chiÕt suÊt nh¶y bËc hoÆc chiÕt suÊt gi¶m dÇn 50µm 50µm 125µm 125µm n n n 1 1 n 2 2 a. Sîi SI b. Sîi GI H×nh2-4 KÝch thíc sîi ®a mode theo tiªu chuÈn CCITT (50/125µm) e. Sîi ®¬n mode (SM: Single Mode) Khi gi¶m kÝch thíc lâi sîi ®Ó chØ cã mét mode sãng c¬ b¶n, truyÒn ®îc trong sîi th× sîi ®îc gäi lµ sîi ®¬n mode. Sîi lµm viÖc ë chÕ ®é ®¬n mode khi thõa sè V< VC1 = 2,405. V× chØ cã mét mode sãng truyÒn trong sîi nªn ®é t¸n s¾c do nhiÒu ®êng truyÒn b»ng kh«ng vµ sîi ®¬n mode cã d¹ng ph©n bè chiÕt suÊt nh¶y bËc. C¸c th«ng cã cña sîi ®¬n mode th«ng dông lµ: d = 2a = 9µm ÷ 10µm - §êng kÝnh lâi: - §êng kÝnh líp bäc: D = 2b = 125µm - §é lÖch chiÕt suÊt: ∆ = 0,003 = 0,3% - ChiÕt suÊt lâi: n1 = 1,46 0 n 2 n 9µm 1 14 125 µm B¸o c¸o thùc tËp H×nh2-5: KÝch thíc sîi ®¬n mode ë ®©y chØ so s¸nh nh÷ng nÐt næi bËt cña hai lo¹i sîi nµy. §é t¸n s¾c cña sîi ®¬n mode nhá h¬n nhiÒu so víi sîi ®a mode (kÓ c¶ lo¹i sîi GI, ®Æc biÖt ë bíc sãng λ = 1300nm, ®é t¸n s¾c cña sîi ®¬n mode rÊt thÊp. Do ®ã d¶i th«ng cña sîi ®¬n mode rÊt réng. Song v× kÝch thíc lâi sîi ®¬n mode qu¸ nhá nªn ®ßi hái kÝch thíc cña c¸c linh kiÖn quang còng ph¶i t¬ng ®¬ng vµ c¸c thiÕt bÞ hµn nèi sîi ®¬n mode ph¶i cã ®é chÝnh x¸c rÊt cao. C¸c yªu cÇu nµy ngµy nay ®Òu cã thÓ ®¸p øng vµ do ®ã sîi ®¬n mode ®ang ®îc dïng phæ biÕn. 4. CÊu tróc c¸c lo¹i sîi dÉn quang r n2 n1 n xung vµo xung rra n2 (Sîi ®a mode chiÕt suÊt biÕn ®æi SI - MM (Sîi ®a mode chiÕt suÊt bËc SI - MM n1 n xung vµo xung ra n2 (Sîi ®¬n mode SM) n1 15 xung vµo xung ra n B¸o c¸o thùc tËp H×nh1-5: Danh môc Lo¹i sîi Ph©n lo¹i theo chØ sè chiÕt suÊt - Sîi cã chØ sè chiÕt suÊt ph©n bËc. - Sîi cã chØ sè chiÕt suÊt Gradien. Ph©n lo¹i theo Mode truyÒn dÉn - Sîi ®¬n Mo®e. - Sîi ®a Mode. Ph©n lo¹i theo cÊu tróc vËt liÖu - Sîi thñy tinh. - Sîi lâi thñy tinh vá chÊt dÎo. - Sîi thñy tinh nhiÒu thµnh phÇn. - Sîi chÊt dÎo. B¶ng2-1: Ph©n lo¹i sîi dÉn quang dùa vµo chiÕt suÊt, mode truyÒn dÉn vµ cÊu tróc vËt liÖu 5. §Æc tÝnh vËt lý cña sîi quang: Nh×n chung chóng cã cÊu t¹o tõ lâi vµ vá ph¶n x¹, toµn bé t¹o nªn sîi dÉn quang dµi vµ m¶nh, chóng cã vai trß truyÒn tÝnh hiÖu th«ng tin ë cù ly xa vµ tèc ®é lín nªn ph¶i ®îc cÊu t¹o b»ng c¸c vËt liÖu phï hîp víi b¶n chÊt cña chóng. Nhng trong thùc tÕ, sîi dÉn quang l¹i ph¶i chÞu nh÷ng øng suÊt vµ lùc c¨ng trong qu¸ tr×nh bäc c¸p, qu¸ tr×nh l¾p ®Æt còng nh khai th¸c ë c¸c m«i trêng thùc tÕ. V× vËy, ngoµi c¸c ®Æc tÝnh truyÒn dÉn cña sîi dÉn quang, c¸c ®Æc tÝnh c¬ häc cña nã ®ãng vai trß rÊt quan träng trong qu¸ tr×nh vËn hµnh khai th¸c trong hÖ thèng th«ng tin. C¸c ®Æc tÝnh ®ã ®îc thÓ hiÖn ë lóc chÕ t¹o c¸p, l¾p ®Æt c¸p vµ trong suèt qu¸ tr×nh khai th¸c. Trong lóc bäc c¸p vµ l¾p ®Æt tuyÕn, t¶i träng t¸c ®éng vµo sîi cã thÓ ë d¹ng xung lùc hoÆc thay ®æi tõ tõ. Khi c¸p ®îc khai th¸c th× c¸c t¶i träng thêng thay ®æi chËm, cã thÓ do ¶nh hëng tõ nhiÖt ®é hay sù thay ®æi cña m«i trêng l¾p ®Æt c¸p... Søc bÒn vµ ®é mái lµ hai ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña sîi quang. Sîi quang ®îc 16 B¸o c¸o thùc tËp chÕ t¹o tõ thñy tinh nªn nã còng dÔ vì nh g¬ng kÝnh vµ c¸c lo¹i thñy tinh th«ng thêng kh¸c vµ nh vËy sîi quang kh«ng ph¶i lµ s¶n phÈm chÞu lùc khoÎ. Song øng suÊt ph¸ vì theo chiÒu däc cña nã cã thÓ so s¸nh ®îc víi c¸c d©y kim lo¹i. Lùc liªn kÕt cña c¸c nguyªn tö cÊu t¹o nªn sîi dÉn quang ®· chi phèi ®Õn søc bÒn thùc chÊt cña nã. Sîi quang thñy tin cã ®é dµi ng¾n cã thÓ chÞu lùc c¨ng lín nhÊt kho¶ng 14 GPa. Trong khi ®ã sîi thÐp chÞu 20 GPa. Sù kh¸c nhau ®ã lµ do tÝnh kh«ng thÓ co gi·n ®îc cña sîi thñy tinh so víi sîi kim lo¹i, khi tíi ngìng g©y ®øt, sîi thñy tin cã thÓ gi¶m mét lîng kh«ng ®¸ng kÓ kho¶ng 1% tríc khi bÞ kÐo ®øt. Trªn thùc tÕ, sù tån t¹i nh÷ng tËp trung øng suÊt ë bÒ mÆt cña c¸c vÕt nøc hoÆc vÕt r¹n sÏ giíi h¹n ®é dµi trung b×nh cña c¸c sîi quang dµi n»m trong kho¶ng 700 ®Õn 3500 MPa. Lùc g·y nøt cña ®é dµi sîi ®· cho ®îc x¸c ®Þnh dùa vµo kÝch cì vµ cÊu tróc h×nh häc cña vÕt nøt nghiªm träng nhÊt trªn sîi. VÝ dô mét kiÓu vÕt nøt c¬ häc sau, nã cã d¹ng h×nh elip nh vËy quy vÒ d¹ng chung cã tªn lµ vÕt r¹n Griffich. NÕu gäi ®é réng vÕt nøt lµ W, ®é s©u lµ X vµ b¸n kÝnh ®Çu mót lµ δ th× søc bÒn cña vÕt r¹n sîi thñy tinh cã quan hÖ sau: K = Y. δ . √X trong ®ã: K: cêng ®é øng suÊt (®¬n vÞ lµ: megaposcal) X: (mm) Y: h»ng sè Gi¸ trÞ lín nhÊt cña K sÏ phô thuéc vµo thµnh phÇn cña thñy tinh nhng dù kiÕn n»m trong d¶i tõ 0,6 ÷ 0,9 MN/Cai3P W B¸n kÝnh ®Çu x mót 0 17 øng suÊt δ B¸o c¸o thùc tËp H×nh 2-7.MÉu gi¶ ®Þnh vÒ vÕt r¹n nøt trªn sîi dÉn quang Nh×n chung, trªn sîi dÉn quang cã chøa nhiÒu vÕt r¹n nøt cã sù ph©n bè ngÉu nhiªn cho nªn lùc g·y ®øt ph¶i ®îc x¸c ®Þnh theo thèng kª. NÕu gäi F(δ,L) lµ x¸c suÊt tÝch lòy, L lµ chiÒu dµi sîi bÞ giíi h¹n díi mét øng suÊt δ, vµ gi¶ thiÕt r»ng c¸c vÕt nøt lµ ®éc lËp ®îc ph©n bè ngÉu nhiªn trªn sîi dÉn quang vµ sù g·y ®øt sÏ x¶y ra ë vÕt nøt nghiªm träng nhÊt, th× ta cã: F(δ,L) = 1 - e-LN(δ) víi N(δ) sè tÝch lòy c¸c vÕt nøt trªn mét ®¬n vÞ ®é dµi cã mét søc bÒn nhá h¬n δ. Ngîc l¹i, ®é mái l¹i liªn quan ®Õn sù lín dÇn cña c¸c vÕt nøt cã trªn sîi dÉn quang díi t¸c ®éng cña ®é Èm vµ øng suÊt c¨ng. Sù lín dÇn cña vÕt nøt lµm cho sîi bÞ ®øt ë mét øng suÊt thÊp kÐm so víi øng suÊt dïng ®Ó kiÓm tra ®é bÒn cña sîi. VÕt nøt nh vÝ dô trªn sÏ c¾t th«ng qua sîi d©y do sù ¨n mßn cña vËt liÖu sîi t¹i ®Çu mót vÕt nøt. Nguyªn nh©n thø nhÊt lµ sù xuÊt hiÖn cña níc tõ m«i trêng ngoµi x©m nhËp vµo, nã lµm gi¶m sù liªn kÕt ph©n tö SiO2 trong thuû tinh. Tèc ®é cña ph¶n øng sÏ t¨ng khi sîi chÞu sù t¸c ®éng cña øng suÊt ®Æt vµo nã. Nhng theo thùc nghiÖm th× sù mái tÜnh häc sÏ kh«ng x¶y ra nÕu nh møc øng xuÊt nhá h¬n xÊp xØ 0,20 søc bÒn. Trong thùc tÕ c¸c lo¹i vá bäc dïng trong sîi dÉn quang hiÖn nay cã kh¶ n¨ng ®Ó b¶o vÖ chèng lai sù ¨n mßn cña m«i trêng ngoµi, mét yÕu tè quan träng n÷a lµ ®é mái ®éng. Khi c¸c sîi d©y quang ®Æt vµo trong ®êng èng c¸p ,nã ph¶i chÞu øng xuÊt lÆp ®i lÆp l¹i do t¸c ®éng cña d©y c¸p lªn. C¸p bÞ d©ng lµ do nh÷ng cä s¸t gi÷ c¸p vµ ®êng èng hoÆc dông cô dÉn c¸p trong c¸c bÓ c¸p ë c¸c tuyÕn c¸p ®i lîn vßng. C¸p treo còng chÞu c¸c øng xuÊt t¨ng lªn do c¸c t¸c ®éng cña giã . 18 B¸o c¸o thùc tËp VËt liÖu chÕ t¹o sîi quang bao gåm c¸c lo¹i sau : - Sîi thuû tinh :Chñ yÕu dïng dioxit Silic (SiO2). - Sîi thuû tinh Halogen :Lµ thuû tinh thuéc hä Halogen tõ c¸c nguyªn tè nhãm VII cña b¶ng hÖ thèng tuÇn hoµn . - Sîi thuû tinh tÝch cùc :Lµ sù kÕt hîp c¸c nguyªn tè ®Êt hiÕm vµo sîi thô ®éng b×nh thêng thuû tinh: - C¸c lo¹i sîi vá chÊt dÎo :Vá thêng ®îc chÕ t¹o tõ hçn hîp P«lime cã chØ sè chiÕt suÊt ho¸ bëi dioxit Silic. - Sîi chÊt dÎo : Lµ lo¹i sîi sîi chiÕt xuÊt ph©n bËc cã lâi vµ vá ph¶n x¹ hoµn toµn ®îc cÊu t¹o tõ vËt liÖu chÊt dÎo . 6. Suy gi¶m tÝn hiÖu trªn sîi dÉn quang: a. Suy hao do hÊp thô: - Sù hÊp thô cña c¸c t¹p chÊt kim lo¹i: C¸c t¹p chÊt kim lo¹i trong thuû tinh lµ mét trong nh÷ng nguån hÊp thô n¨ng lîng ¸nh s¸ng. C¸c t¹p chÊt thêng gÆp lµ S¾t (Fe), §ång (Cu), Mangan (Mn), Chromium (Cr), Cobal (Co), Niken (Ni). Møc ®é hÊp thô cña tõng lo¹i t¹p chÊt phô thuéc vµo nång ®é t¹p chÊt vµ bíc sãng ¸nh s¸ng truyÒn qua nã. Víi nång ®é t¹p chÊt mét phÇn triÖu (10-6) th× ®é hÊp thô cña vµi t¹p chÊt nh trªn. α (dB/km) 600 500 400 300 Cu 200 100 Fe Mn 0 500 600 800 1000 19 1200 1400 1600 λ(nm) B¸o c¸o thùc tËp H×nh2-8: §é hÊp thô cña c¸c t¹p chÊt kim lo¹i §Ó cã ®îc sîi quang cã ®é suy hao díi 1 dB/Km cÇn ph¶i cã thuû tinh thËt tinh khiÕt víi nång ®é t¹p chÊt kh«ng qu¸ mét phÇn tØ (10-9). - Sù hÊp thô cña ion OH: Sù cã mÆt cña c¸c ion OH trong sîi quang còng t¹o ra mét ®é suy hao hÊp thô ®¸ng kÓ. §Æc biÖt, ®é hÊp thô t¨ng vät ë c¸c bíc sãng gÇn 950nm, 1240nm, 1400nm. Nh vËy ®é Èm còng lµ mét trong nh÷ng nguyªn nh©n g©y suy hao cña sîi quang. Trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o nång ®é cña c¸c ion OH trong lâi sîi ®îc gi÷ ë møc díi mét phÇn tØ ®Ó gi¶m ®é hÊp thô cña nã. α (dB/km) 3 2 1 0 600 800 1000 1200 1400 λ (nm) 1600 H×nh2-9: §é hÊp thô cña ion OH(víi nång ®é 10-6) - Sù hÊp thô b»ng cùc tÝm vµ hång ngo¹i: Ngay c¶ khi sîi quang vµ thuû tinh cã ®é tinh khiÕt cao sù hÊp thô vÉn x¶y ra. B¶n th©n thuû tinh tinh khiÕt còng hÊp thô ¸nh s¸ng trong vïng cùc tÝm vµ vïng hång ngo¹i. §é hÊp thô thay ®æi theo bíc sãng, sù hÊp thô trong vïng hång ngo¹i g©y trë ng¹i cho khuynh híng sö dông c¸c bíc sãng dµi trong th«ng tin quang. α (dB/km) HÊp thô hång ngo¹i 100 HÊp thô cùc tÝm 10 1 0,1 0,01 600 800 1000 20 1200 1400 1600 λ (nm)