Đồ án Công nghệ sợi quang và thông tin quang

nhất được tính như sau ( hình 2.24 ). Lớp bọc 1 Lỏi sợi 2 L Hình 2.24. So sánh tia dài nhất và tia ngắn nhất trong sợi SI. Tia 1 : Tia dài nhất , có độ dài : d1 = L Tia 2 : Tia ngắn nhất , Có độ dài : d2 = L. Thời gian truyền của tia 1 : t1 = ( v = C/n1: vận tốc ánh sáng trong lõi) Mà : cos q1 = sinqc = Nên : cos t1 = d1 = Thời gian truyền của tia2: t2 = Thời gian chênh lệch giữa hai đường truyền là : Dt = t1 – t2 = (2.23) Trong đó: : Độ chiết suất tương đối Thời gian chênh loch trên mỗi Km sợi cũng chính là độ dãn xung do tán xạ mode. Dmod = (2.24) Tổng quát độ tán xạ mode phụ thuộc vào dạng phân bố chiết xuất của sợi đa mode thông qua số mủ g trong biểu thức hàm chiết xuất : n(r) = {n1 với 0 Ê r Ê a {n2 = n1(1-D) ằ n1(1-2D) với r ³ a (2.25) Sự phụ thuộc của d mod vào số mũ g cũng được biểu diễn theo hàm trên . Qua đó ta thấy dmod đạt cực tiểu khi g ~ 2 và d mod tăng khá nhanh khi g có giá trị khác 2 về hai phía. Đây là một trong những yêu cầu nghiêm ngặt trong quá trình chế tạo sợi GI. ảNH HƯởng của tán xạ mode đến băng truyền dẫn cáp sợi quang. Gỉa thiết rằng không xẫy ra trộn mode, thời gian trể nhóm Dt trong một sợi đa mode do sự khác nhau giữa vận tốc nhóm của mode cơ bản và mode có số mode N lớn nhất được bởi : Dt = L (2.26) Với vgO ,vgN là vận tốc nhóm của mode cơ bản ,và mode N,L là chiều dài sợi quang. Độ rộng băng tần truyền dẫn của sợi tuơng ứng với trể nhóm này được định nghĩa bằng : B = (2.27) Với A là hằng số liên hệ giữa B và Dt, phụ thuộc vào đặc điểm của phía thu. Từ hai công thức ( 2.26 ), ( 2.27 ) trên ta có tích số BL : BL = ( 2.28) Đối với sợi grandient có phân số chiết suất thay đổi theo a , với giả thiết tất cả các mode truyền dẫn ( 0đN ) có cùng công suất , tích số BL được tính bởi : BL = Với: N là số mode (2.29) áp dụng cho tán xạ mode trong sợi chiết suất bậc. Đặt a = Ơ và Nm thì độ trễ nhóm Dtm giữa hai mode xa nhau nhất sẽ là n1 D L /c . do đó băng thông B = A /Dtm được cho bởi : BL = A (2.30) Trong trường hợp sợi grandient thuỷ tinh Silic, khi thay giá trị a = 3 là giá trị tương ứng với tán xạ đa mode thấp nhất , tích số : BL = 3A ( 2.31) So sánh hai tích số BL trên ta có thể thấy rằng băng thông của sợi grandient lớn hơn băng thông của sợi chiết suất bậc là 2/D d.) Tán xạ mặt cắt: Trong quá trình nghiên cứu , khi giả thiết chiết suất biến thiên theo bước sóng , người ta đều chia độ lệch chiết suất tương đối không phụ thuộc vào chiết suất l . Thế nhưng xem xét kỹ thì thấy rằng chiết suất n1 và n2 của ruột và vỏ biến thiên theo bước sóng không cùng một mức độ như nhau , nên gia trị cũng thay đổi theo bước sóng, gây nên hiện tượng tán xạ phụ gọi là tán xạ mặt cắt và đặc trưng qua tham số tán xạ P: P = (2.32) Trong đó n ( 0 ) là chiết suất ở tâm ruột và ng là chiết suất nhóm. Do tác động của tham số P, thì đường cong tán xạ mode bị dịch chuyển đi dọc theo trục tham số g , để có đỉnh đạt cực tiểu tại giá trị g = gopt. Từ ảnh hưởng phụ thêm của tán xạ mặt cắt, người ta thấy rằng mỗi sợi quang có độ rộng băng truyền lớn nhất tại một bước sóng cụ thể . ở mỗi vùng truyền dẫn tham số mặt cắt gopt khác nhau, do vậy cũng có chiết suất tối ưu khác nhau. vì vậy, mỗi loại sợi quang đa mode được chế tạo sẽ được tối ưu cho một vùng bước sóng công tác. Không có một loại sợi nào cho phép đặt độ rộng băng tần truyền dẫn lớn cả hai vùng cửa sổ, chẳng hạn ở 0,84mm và 1,2mm. e). Tán sắc tổng cộng: Như đã biết rằng tán sắc tổng cộng của sợi đơn mode gồm các tán sắc vật liệu và tán sắc dẫn sóng là chủ yếu. Tán sắc D được diễn dãi bằng : D (l) = (2.33) Và được tính bằng ps/ ( nm. Km). Độ dãn tổng s của một xung quang trên sợi dài L được chọn bởi : s = D ( l ) . Lsl ( 2.34 ) Với sl là độ dãn bước sóng của nguồn phát . Tán xạ tổng cộng Tán xạ mode Tán xạ đơn sắc Tán sắc dẫn sóng Tán sắc vật liệu Sợi đơn mode Sợi đa mode Hình 2.25. Các loại tán sắc trong sợi quang. Để đo tán sắc , thì phải xác định được trễ xung trên dãi bước sóng rộng . Tại điểm có tán sắc bằng không thì trễ xung sẽ tới giá trị nhỏ nhất . để tính toán tán sắc gần 1300nm, EIA đã khuyến nghị một phương trình Sellmeier loại 3 số hạng dưới dạng sau cho trường hợp xung trễ: t = A + Bl2 + Cl2 ( 2.35 ) Đối với tán sắc bằng không tại 1540nm , phương trình Sellmeier loại năm số hạng được khuyến nghị có dạng : t = A + Bl4 + Cl2 +Dl-2 +El-4 ( 2.36 ) Chỉ xét phương trình loại ba số hạng, ta có đạo hàm của đường cong tương ứng ; = 2B l - 2 C l-3 ( 2.37 ) Đối với bước sóng l0 có tán sắc bằng không. Đặt S0 là tốc độ của D (l) tại l0: D (l) = (2.38) Với So tính bằng ps/ ( nm2. Km ). Khi đo một tập hợp các loại sợi quang, ta sẽ có giá trị l0 trong dãi từ l0 tới l0max. Các giá trị tiêu biểu của S0 Là 0,091 ps/( nm2.Km ) đối với sợi đơn mode tiêu chuẩn , và giữa 0,07 ps/(nm2 .Km ) đối với sợi tán sắc dịch chuyển khuyến nghị G.652 của CCITT đã xác định tán sắc lớn nhất là 3,4ps/(nm . Km) trong vùng bước sóng 1285nm đến 1330nm. Ps/nm.Km 20 10 tán sắc vật liệu tán sắc tôngr cộng 0 10 -20 tán sắc dẫn sóng 1200 1300 1400 1500 l ( nm ) Hình 2.26. Tán sắc tổng cộng của sợi đơn mode. Độ tán sắc tổng cộng được tính theo công thức : Dt= (2.39) Với Dchr = Dmat +Dwg (2.40) Trong đó : Dt : Độ tán sắc tổng cộng ( nếu là sợi đa mode ) Dmod : Độ tán sắc mode ( chỉ có trong sợi đa mode ) Dchr : Độ tán sắc sắc thể Dmat : Độ tán sắc vật liệu Dwg : Độ tán sắc dẫn sóng Tính độ tán sắc của tuyến : Dt = ( 2.41 ) Trong đó : Dt : Tán sắc tổng cộng Dmod: Tán sắc mode được tính theo công thức: Dmod (ns ) = ( 2.42 ) BL : dãi thông giới hạn bởi tán sắc mode. L : Cự ly giới hạn bởi quỷ công suất Dchr : Tán sắc sắc thể Dchr = Dmat + Dwg , Dwg << Dmat Dchr ằ Dmat = dmat x Dl x L (ns )( ns) ( ns/nm .Km ) ( nm ) ( Km ) (2.43) Dmat: tán sắc vật liệu của tuyến Dwg : tán sắc ống dẫn sóng dmat : tán sắc vật liệu đơn vị Dl : độ rộng phổ nguồn quang TíNH Độ TáN SắC TốI ĐA CHO PHéP : Độ tán sắc tối đa cho phép phụ thuộc tốc độ thực tế của chuỗi xung trên đường dây quang nên phụ thuộc vào cấp ghép kênh và loại mã đường dây được sử dụng. Độ tán sắc tối đa tính theo công thức : Dmax ( ns ) = (2.44) B: Tốc độ bit thực trên đường dây quang . Br: Tốc độ bit x hệ số tăng bit của mã đường dây . So sánh độ tán sắc của tuyến với độ tán sắc tối đa : Nếu Dr Ê Dmat : dãi thông không bị giới hạn Nếu Dt > Dmat : dãi thông bị giới hạn . Trường hợp sau phải giảm cự ly của đoạn tiếp vận sao cho: Dt = Dmat Sợi đơn mode chỉ có tán sắc thể nên DT =Dchr ằ dmat x Dl x L ( 2.45 Do độ tán sắc của sợi đơn mode nhỏ, đặc biệt khi dùng ở bước sóng 1300nm , nên dãi thông của đơn mode rất rộng. trong nhiều trường hợp người ta không cần tính đến bước hai đối với sợi đơn mode. f. Độ tán sắc của một vài loại sợi đặc biệt: * Sợi dịch tán sắc : Trong những tuyến cáp quang đường dài bước sóng 1550nm được ưa chuộng hơn nhằm giảm số trạm tiếp vận vì độ suy hao ở bước sóng này chỉ vào khoãng phân nữa so với mức độ suy hao ở bước sóng 1300nm. Nhưng lại gặp một trở ngại là độ tán sắc ở bước sóng 1550nm lớn hơn . Để giải toả này người ta có thể đi theo hai hướng : - Giảm bề rộng phổ của nguồn quang để giảm Dmat = dmat x Dl Hướng này có liên quan đến công nghệ chế tạo laser băng hẹp hay còn gọi là laser đơn tần ( Single frequency Laser ) Dịch điểm có tán sắc bằng không đến bước sóng 1550nm. lúc đó ở bước sóng 1550nm sợi quang vừa có thể suy hao thấp vừa có tán xạ nhỏ Để có sợi dịch tán sắc, dạng phân bố chiết suất của sợi như (hình 2.27). Lúc đó tán sắc vật liệu và tán sắc dẫn sóng triệt tiêu nhau ở bước sóng 1550nm. Đường biến thiên tán sắc của sợi dịch tán sắc như (hình 2.27). * Sợi san bằng tán sắc :Dung lượng của sợi quang có thể nới rộng ra bằng cách dùng hai hay nhiều bước sóng trên cùng một sợi quang Kỹ thuật này được gọi là ghép kênh theo bước sóng (Wavelength Divíion Multiplexing ) để thực hiện tốt kỹ thuật này cần một loại sợi quang có độ tán sắc nhỏ trong một khoãng bước sóng chứ không chỉ một bước sóng. Sợi như vậy gọi là sợi san bằng tán sắc. Dạng phân bố chiết suất của nó và sự biến thiên tán sắc theo bứoc sóng như trên (hình 2.28). Do sự phức tạp của nó, sợi san bằng tán sắc mới chỉ áp dụng trong phòng thí nghiệm. S/nm.Km 8 sợi bình thường dùng ở 1310nm 4 sợi tắn sắc dùng ở 1550nm 0 -4 -8 1200 1300 1400 1500 1600 1700 (nm) Hình 2.28. Tán sắc sắc thể của các loại sợi quang. 2.3.4. ảnh hưởng của sự trộn mode trong sợi quang: Khi không có hiện tượng trộn mode thì giá trị tán xạ ( độ dãn xung ) tăng tuyến tính với chiều dài sợi, nên vừa hạn chế băng tần truyền dẫn , vừa hạn chế cự ly truyền dẫn . Trên thực tế không phải sợi luôn luôn thẳng một cách lý tưởng , cũng như không phải lúc nào cũng dạng hình trụ, mà thường có những chổ uốn cong nhỏ hoặc tiết diện sợi hình elíp, còn xuất hiện những chổ không đồng nhất khác. Do vậy đường đi của các tia sáng bị thay đổi chút ít , hoặc có đôi chổ không thoả mãn phản xạ toàn phần, góc phản xạ khác với góc tới .. (Trên hình 2.29 ) 1 2 Hình 2.29. Các tia sáng đi qua sợi quang uốn cong. 2.3.5.Sự trộn mode vừa có vừa tác dụng vừa gây hại được cụ thể như sau: Chỉ sau khi đi một đoạn nào đó, thì mới có sự phân bố năng lượng cho các mode, gọi là trạng thái cân bằng mode, và sau đó thì không thay đổi nữa. Độ dài ban đầu này được gọi là đoạn ghép, có giá trị vào khoãng vài trăm m đến vài Km( ký hiệu là Lk) tuỳ theo sợi. Trong quá trình trộn mode, người ta thấy rằng hầu như các mode bậc cao hơn dễ bị ảnh hưởng nhiều và rất dễ vượt ra khỏi ruột sợi, nên các mode bậc cao chỉ còn một phần năng lượng nhỏ. Các mode bậc cao ứng với các tia dzich dăzc hơn, chính chúng gây ra độ lệch thời gian lớn hơn so với các tia dọc trục, vì thế khi chúng đi ra khỏi ruột sợi thì độ giãn xung cũng giảm bớt đi. Như thế trên một sợi quang dài người ta thấy rằng ban đầu thì tán xạ mode tăng tuyến tính với độ dài sợi nhưng khi đi hết đoạn ghép Lk thì tăng chậm. lại, tỷ lệ với căn bậc hai của độ dài L. Khi L nhỏ thì tán xạ mode là: t(L) ằ t’.L (2.46) Khi L lớn thì tán xạ mode được tính gần đúng bằng: (2.47) Độ dài đoạn ghép Lk đặc trưng cho sự trộn mode của sợi. Ngoài ra sự trộn mode có ảnh hưởng đến độ rộng băng truyền dẫn của sợi. Nếu sợi không có trộn mode thì độ rộng băng truyền dẫn giảm tuyến tính theo độ dài sợi L của sợi. Khi có trộn mode thì độ rộng băng truyền dẫn giảm không theo tuyến tính nữa, mà với mức độ ít hơn. Nói một cách gần đúng, có thể nói rằng ban đầu độ rộng băng truyền dẫn ( do ảnh riêng của tán xạ mode) giảm theo 1/L và sau đó giảm theo giá trị: 1/ Khi quang sát thực tế, ta thấy rằng có thể biểu thị quan hệ của độ rộng băng truyền dẫn bị hạn chế bởi tán xạ theo công thức: Bm=Bm (2.48) Với Bm là độ rộng băng truyền dẫn trên đoạn 1 kilômet. Gía trị độ dàI đoạn ghép Lk và độ rộng băng Bm cần phải đo trong thực tế, hoặc tính trước. Thế nhưng người ta chưa xác định chính xác được, do đó 2 đại lượng này cần xác định theo kinh nghiệm cho loại cáp quang mình sử dụng. Bm(MHz) 1000 100 2 1 10 9 10 100 L(Km) Hình 2.30. Quan hệ giữa Bm và độ dài L. Đường 1: Giảm tuyến tính theo lý thuyết. Đường 2: Thực tế giảm ít dốc hơn. 2.4 các thông số hình học : Trên lý thuyết , đường bao lỏi và lớp bọc trên tiết diện của sợi quang là những hình tròn, đồng tâm. thực tế thì các đường bao trên có thể bị méo và lệch tâm trong một phạm vi nhất định ( hình 2.31). Các thông số hình học của sợi mode tiêu chuẩn như sau: Đường kính lõi: d = Đường kính lớp bọc : D = Độ méo lõi : Độ méo lớp bọc : Độ lọc tâm : Các thông số hình học của sợi đa mode tiêu chuẩn 50/125mm: d = 50 ± 3mm D = 125±3mm e Ê 3% E Ê 2/5% c Ê 3% d0 0 dmax Dmin X dmin D0 Dmax Hình 3.31. Dạng hình học của sợi quang. 2.5 yêu cầu kỹ thuật đối với cáp sợi quang: Sợi quang muốn đưa vào sử dụng được cần phải được bọc thành cáp . sợi quang là thành phần chính của lỏi cáp có chức năng truyền dẫn tín hiệu . trước khi được bọc thành cáp, sợi quang được bọc một lớp vỏ sơ cấp có đường kính danh định là :250mm, lớp vỏ này phải đảm bảo yêu cầu dể dàng tách ra khỏi sợi mà không gây ảnh hưởng đến sợi. sợi đã bọc so cấp phải không bị đứt khi kéo một lực làm dãn sợi tối thiểu 0,5% trong thời gian 1 giây. Sau đây là yêu cầu đối với sợi cáp : Về cấu trúc cáp sợi quang, cáp phải đảm bảo tính cơ học và đặc tính truyền dẫn ổn định trong suốt quá trình lắp đặt và khai thác, có khả năng chịu được tác động của môi trường, cho phép khả năng vận chuyển, lắp đặt thi công dễ dàng và sữa chữa thuận tiện . Cáp phải đảm bảo sẽ nhận dạng , dễ dàng phân biệt được với cáp kim loại bằng cách đánh đấu cáp. sợi quang trong cáp phải nhuộm màu rõ ràng đễ dễ phân biệt, dễ dàng cho mắt thường, bền màu trong quá trình khai thác cáp . Thành phần gia cương của cáp là rất quan trọng , nó phải đảm bảo giữ cho cáp không bị kéo căng quá, phải có độ mềm dẽo cần thiết, vừa tạo độ bền cho cáp, Vừa đảm bảo dễ dàng sản xuất, thi công lắp đặt. nếu thành phần giá cương là kim loại , phải đảm bảo để hiện tượng ăn mòn không vượt quá cho phép . * Chất làm đầy trong cáp phải đảm bảo hệ số dãn nở, không đông cứng ở nhiệt độ thấp, không cản trở sự di chuyển của sợi trong cáp. chất làm đầy cũng không gây ra độc hại, không gây ảnh hưởng tới các thành phần khác trong cáp , không làm phai màu sợi . Vỏ cáp phải đảm bảo bảo vệ tốt được lỏi cáp khỏi bị những tác động cơ học và những ảnh hưởng của môi trường bên ngoài trong quá trình lắp đặt , khai thác và lưu giữ. đối với cáp treo, vỏ cáp phải đảm bảo không suy giảm chất lượng do bức xạ tử ngoại. Chương: III Một số cáp sợi quang 3.1.ứng dụng của ống đệm trong cáp sợi quang. Trong hầu hết các ứng dụng của sợi quang đa mode và đơn mode đều phải tăng cường khả năng trống đỡ các ảnh hưởng từ bên ngoài. chăng hạn khi sợi quang đa mode và đơn mode đều phải tăng khả năng chống đỡ các ảnh hưởng từ bên ngoài. Chẳng hạn khi sợi bị kéo căng hoặc uốn cong quá mức thì suy hao của sợi tăng lên. Hoặc sợi ngâm trong nước dài ngày thì tốc độ bảo hoà nhanh hơn suy hao của sợi tăng, sợi sẽ dòn và dễ gẫy vì thế trước khi sử dụng phải đặt sợi quang trong ống nhựa gọi là ống đệm để bảo vệ nếu cáp quang ngoài trời thì người ta phải sử dụng ống đệm một sợi hoặc hai sợi ngược lại cáp có hàng trăm sợi phải bao gồm các ống đệm nhiều sợi.3.1.1.Các loại ống đệm. a). một sợi ống đệm lỏng Đây là một ống plastic đường kính bé bên trong đặt một sợi quang đã có võ bọc thứ nhất ( có hai lớp) nhờ vậy mà sợi chống biến dạng và chống va đập rất có hiệu quả, (hìng 3.1a). ống nhựa phải giữ được hình dạng khi nhiệt độ môi trường thay đổi, dai,không nhạy cảm với lão hoá và nềm mại ống đệm lỏng một sợi phải có các đặc tính của một phần tử cấu trúc cơ bản và được sử dụng phổ thông.ống đệm gồm một lớp bảo vệ bên trong có hệ ma sát thấp và một lớp bên ngoài bảo vệ sợi chống lại các tác động cơ học nhờ các vật liệu gốc khác nhau mà ống có khả năng hoạt động trong phạm vi rộng các điều kiện của môi trường sơị quang có một khoãng không gian tự do bên trong ống và dài hơn ống nên dịch chuyển dễ dàng của sợi. ở trạng thái tĩnh, sợi quang nằm tại vị trí tâm của ống. Do ống đệm phải bện quanh các phần tử trung tâm nên ống và sợi có chiều dài vượt chiều dài của cáp. Chiều dài tăng thêm này phụ thuộc vào bán kính lõi bện, đường kính ống và độ dài bước bện . Nhờ bện mà khi cáp bị kéo căng hoặc co lại do nhiệt độ thấp nhưng sợi không bị dãn hoặc không vượt phạm vi cho phép . Hình 3.1. Các loại đệm lỏng một sợi và nhiều sợi Ưu điểm cơ bản của ống đệm lỏng là dễ bóc ống khi hàn nối sợi , do đó thời gian chuẩn bị đầu sợi trước khi hàn được rút ngắn .( hình 3.2.) thể hiện vị trí của sợi trong ống đệm lỏng ở một số trường hợp đặc biệt . ( hình 3.2.a) thể hiện vị trí của sợi khi cáp ở trạng thái bình thường .( hình 3.2.b) là vị trí của sợi khi cáp bị kéo căng . ( hình 3.2.c) vị trí của sợi khi cáp bị co . a) Phần tử trung tâm Sợi quang ống đệm b) c) Hình 3.2. Vị trí của sợi trong ống đệm lỏng một sợi . Khi cáp bị kéo căng thì sợi chuyễn về phía trong. Phụ thuộc vào thiết kế ống đệm mà độ dãn của cáp chỉ ảnh hưởng đến độ dãn của sợi khi chiều dài cuả cáp tăng thêm 0,5á 1% . Nếu cáp dãn vượt trị số cho phép này thì suy hao của sợi bắt đầu tăng . khi cáp bị co trong phạm vi cho phép thì sợi chuyễn về phía ngoài , do đó bán kính cong vẫn nằm trong phạm vi cho phép và suy hao của sợi vẫn không tăng. Ngoài ống đệm lỏng một sợi còn có đệm lỏng một sợi trong rãnh( hình 3.1b).Của lõi rãnh chử V, hoặc trong rãnh của lõi cáp băng dẹt ( hình 3.1c). b).ống đệm lỏng nhiều sợi. ống đệm lỏng một sợi rất tiện lợi cho ứng dụng trong thực tế những ống đệm như vậy có đường kính rất bé, khoãng từ 1,4á2mm và được sử dụng để chế tạo cáp có tối đa 14 sợi , ống đệm lỏng một sợi cũng có khả năng sử dụng để thiết kế và chế tạo cáp có nhiều hơn 14 sợi. Tuy nhiên cấu trúc của cáp như vậy trở nên phức tạp, đường kính ngoài lớn và trọng lượng cũng tăng đáng kể điều đó dẫn đến ứng dụng trong thực tế của cáp rất khó khăn và không thích hợp cho nên để khắc phục nhược điểm trên người ta thay thế ống đệm 1 sợi bằng ống đệm chứa 2 - 12 sợi đa mode hoặc đơn mode và tăng đường kính ngoài của ống một ít đây chính là ống đệm lỏng nhiều sợi ống đệm lỏng to nhất chứa tới 20 sợi. Các sợi quang bên trong ống đệm to đều được bện , đường kính ngoài của ống chứa 12 sợi khoãng 5,9 mm . Do bện mà chiều dài của sợi vượt chiều dài của ống khoãng 0,7á0,8mm . ( hình 3.3 ) cho thấy điều này . Hình 3.3. Sợi được bện trong ống đệm lỏng loại to 3.1.2.ống đệm chặt. Cách đơn giản để bảo vệ quang là dùng một ống plastie bọc trực tiếp bên ngoài sợi được gọi là ống đệm chặt Sợi quang ống đệm Hình 3.4.ống đệm chặt 3.2.Cấu trúc tổng thể các loại cáp sợi quang. Cáp sợi quang gồm phần lỏi và phần vỏ. Phần lỏi có phần tử gia cường các ống đệm hoặc các khối đệm. Các sợi dây đồng dùng cho cáp nguồn, các phần đệm và chất đều đầy. Cấu trúc cụ thể của phần lõi được trình bày chi tiết trong các mục trên đây . Phần vỏ cáp có cấu trúc khác nhau tuỳ từng loại cáp. Nói chung, phần vỏ cáp gồm các phần tử sau đây: vỏ PE thứ nhất bao bọc bên ngoài lõi cáp dài khoãng 1mm, vừa làm chức năng chống ẩm, vừa đóng vai trò lớp cách điện( nếu cáp có dây cấp nguồn ) tiếp theo là lớp chống ẩm và chống gặm nhấm bằng băng nhôm tráng nhựa hai mặt ( hình 3.5) loại này được dùng cho cáp cống, hoặc băng thép mạ kẽm gợn sóng để gia cường cho cáp chôn ( hìng 3.6.) ngoài cùng là lớp vỏ bọcPE dài khoãng 1,5mmá1,9mm. Ngăn cách không cho nước thấm theo chiều dọc như cáp đứt hoặc để ngoài trời . Hợp chất điều đầy phải có các thành phần không gây hại cho các phần tử khác của cáp , có hệ số dản nở thấp và không làm phình vỏ PE . Một lớp keo dính nóng chảy bọc quanh lõi cáp vừa làm lớp chắn , vừa dính lõi cáp với vỏ cáp. Nếu không yêu cầu chống nước thấm dọc vỏ cáp , chẳng hạn cáp trong nhà thì không cần điều đầy lõi . Để bảo vệ các phần tử bện trong lõi cáp, chỉ cần quấn một vài lớp mỏng bằng các băng plastic. Việc nhận dạng nhờ các sợi chỉ đặt song song với trục cáp và phía ngoài phần tử bện. Chẳng hạn cáp Siemens có màu xanh lá cây – trắng - đỏ – trắng và cáp của Siecor là đỏ - đỏ - xanh lá cây -- đen. Nếu khách hành yêu cầu thì đặt một băng giấy giữa vỏ và lõi cáp rộng khoãng 6mm có đánh dấu chiều dài theo mét liên tục. 3.2.1.Cấu trúc cáp chôn. Các yêu cầu và đặc tính của cáp chôn trực tiếp đơn giản hơn cáp cống và đặc tính cần bổ sung một lớp vỏ kim loại để tránh rủi ro khi đào bới. Lớp bảo vệ có thể là lớp thép có gợn sóng hoặc lớp dây thép ngoài cùng là vỏ bảo vệ Plastie. Hình 3.7.Mặt cắt ngang cáp chôn trực tiếp 3.2.2.Cấu trúc cáp treo. Có cáp tự treo và cáp có dây treo bên ngoài . Cáp có dây treo bên ngoài không đòi hỏi chịu lực căng lớn , nhưng phải có đặc tính cơ và nhiệt tốt . Đặc biệt khi treo ở vùng có băng giá hoặc có gió mạnh ( hình 1.a) Cáp treo chịu ứng suất cơ và nhiệt cao. Loại cáp này phải đảm bảo cường độ căng cao cho sợi an toàn. Chính vì vậy sợi dây treo được cấu tạo từ nhiều sợi thép bện với nhau gôm 7 sợi. Trung tâm của các ống đệm lỏng một sợi có phần từ gia cường bằng thép một lớp lá nhôm mạ kẽm bao bọc bên ngoài các ống đệm chống ẩm ngoài cùng là lớp bảo vệ PE (hình số 8) (1.a) (1.b) Hình 3.8.Cấu trúc cáp treo 3.2.3.Cấu trúc cáp quang biển. Trong cáp quang biển chỉ sử dụng sợi đơn mode. Vì cáp quang biển thường lắp đặt cho các tuyến thông tin quốc tế. Do sợi này suy hao thấp nên chiều dài khoảng lặp rộng. Khi thiết kế các tuyến cáp quang biển. Phải đảm bảo độ tin cậy cao, đặc tính cơ học và truyền dẫn ổn định trong suốt thời gian sử dụng , tối đa là 25 năm Cáp của các nhà sản xuất khác nhau có cấu trúc khác nhau chút ít , nhưng đều có cấu trúc cơ bản như( hình 3.9 ). Hình 3.9.Cấu trúc cơ bản của cáp quang biển. 3.2.4. Cáp trong nhà. Cáp trong nhà có vỏ bảo vệ bên ngoài bằng PVC là rất cần thiết để lắp đặt trong nhà cao tầng. Phụ thuộc yêu cầu mà sử dụng sợi đa mode hay đơn mode cáp từ ngoài được dẫn vào hộp phân phối sợi, phân phối tới thiết bị đầu cuối của khách hàng, cáp trong nhà cũng có đặc tính như cáp ngoài trời số cáp tối thiểu là 1 hoặc tối đa là 6, các sợi được đặt trong ống đệm chặt để cường kính ngoài bé và khoảng 3,5mm cáp có phần tử gia cường phi kim loại bằng thuỷ tinh hoặc sợi aramid, vỏ PVC dày 0,9mm và khó bắt lửa. Hình 3.10.Cấu trúc cáp trong nhà. CHƯƠNG vi: MộT Số PHƯƠNG PHáP ĐO TRÊN SợI QUANG: 4.1. GiớI THIệU máy ĐO SUY HAO . Khi đo suy hao sợi quang bằng máy đo được sử dụng để xác định chính xác suy hao của tuyến sợi quang. Nó được thực hiện như là một phần của việc kiểm tra nghiệm thu cuối cùng , hoặc bất cứ lúc nào cần đo suy hao tuyến . Do suy hao tuyến sợi quang biến đổi theo bước sóng hoạt động , nên việc kiểm tra này cần được tiến hành sử dụng cùng một bước sóng với thiết bị thông tin quang sữ dụng sợi dẫn quang đó. Nếu thiết bị quang hoạt động ở bước sóng 1300nm thì máy đo cũng được đặt để kiểm tra ở bước sóng1300nm. a).Khái niệm về đề – ci – ben ( dB ). Việc đo suy hao sợi quang bằng máy đo quang được sử dụng để xác định suy hao công suất trên một tuyến sợi quang. Đơn vị công suất quang đo được là mi – li – oát ( mW ). Tuy nhiên người ta thấy sử dụng một dạng đơn vị đo thuận tiện hơn gọi là đề- ci- ben ( dB ) Công thức tính độ khuếch đại công suất theo dB được biểu diễn như sau: G( dB ) = 10 x 1g ( công suất ra / công suất vào ). Khi công suất ra nhỏ hơn công suất vào, giá trị của biểu thức này sẽ là âm. Trong hầu hết các ứng dụng sợi quang, công suất ánh sáng ra từ một sợi quang luôn nhỏ hơn công suất ánh sáng đi vào nó. Vì giá trị của đẳng thức trên đối với sợi quang luôn luôn âm. Hệ số khuếch đại âm này có thể được xem như một lượng tổn hao L( dB ): L( dB ) = - G( dB ) Trong đó L( dB ) = 10 x 1g( công suất vào / công suất ra ). Tổn hao ánh sáng , L(dB ), là một chỉ tiêu hay được sử dụng cho suy hao của sợi quang. b).Thiết bị đo. Sau đây là những thiết bị cần đo cho hầu hết các phép đo sử dụng máy đo công suất : Máy đo công suất quang: Với các bước sóng thích hợp Với các bộ nối thích hợp Cho các kích cỡ sợi đơn mode hay đa mode Chia độ theo dBm, tuy nhiên nên có thang tuỳ chọn dB. Nguồn sáng quang: Với nguồn sáng quang ổn định Với các bước sóng thích hợp Với các bộ nối thích hợp Với các kích thước sợi đơn mode hoặc đa mode Với các nguồn lasel hoặc LED Với công suất ánh sáng ra đủ theo yêu cầu Các dây nhảy: Có hai dây dài ít nhất 1 –5 m Với tổn hao đã biết Với các bộ nối thích hợp Với kích thước lõi tương tự với sợi quang cần được đo Dung dịch làm sạch bộ nối, que quấn bông, bình khí nén Bộ dụng cụ bóc sợi quang( nếu được yêu cầu cho cáp sợi quang được kết cuối ) Bộ chuyển đổi quang trần ( nếu sợi quang không được kết cuối) chất gel làm phù hợp với chiết suất :cho bộ nối chuyển quang trần 4.1.1.Xác định tổn hao của dây nhảy: Trước khi tiến hành đo sợi quang, cần kiểm tra tổn hao của tong dây nhảy. Các giá trị tổn hao này được so sánh với các bản ghi hoặc các tiêu kỹ thuật của nhà sản xuất thì có thể xác định được các dây nhảy hỏng. Chú ý: Cần làm sạch tất cả các bộ nối trước khi tiến hành đo. Quy trình đo: 1 Bật máy đo công suất và nguồn sáng để đo, chờ cho chúng ấm khi ổn định. Nếu sử dụng các nguồn sáng laser, cần phải đảm bảo rằng nó vẫn chưa được bật cho đến khi tất cả các sợi đến nguồn sáng nó đã được kết nối. Làm sạch tất cả các bộ nối trước khi tiến hành đo. 2 Chuyễn máy đo công suất quang sang chế độ ( hay thang đo )dBm. Nối máy đo này với dây nhảy có chất lượng cao đã chuẩn bị trước ( như trình bày trong (hình4.1a) để nhận được công suất nguồn sáng tham chiếu ở dBm ( Ptham chiếu(dBm)).Gía trị công suất đầu ra dây nhảy gần với chỉ tiêu công suất ra với nguồn sáng. Chuyễn máy đo công suất sang chế độ dBm và hiệu chỉnh ở 0,0dBm ( xem hướng dẫn của máy đo ). Tong khi hiệu chỉnh, không tắt hoặc điều chỉnh máy đo công suất. Nếu máy đo công suất không có chế độ dBm và chỉ hiển thị các mức công suất tuyệt đối ở dBm, ghi lại các giá trị đọc được trên máy đo như Ptham chiếu( dBm). Nguồn quang Dây nhảy đo thử Đồng hồ đo công suất Giá trị tham chiếu(dBm) hiệu chỉnh 0 dB( nếu có) a) Nguồn quang Dây nhảy đo thử Đồng hồ đo công suất Tổn hao của dây nhảy Bộ chuyển đổi dây nhảy A b) Hình 4.1. Tổn hao dây nhảy. 3 Nối dây nhảy cần được đo thử ( dây A trong hình 4.1b) giữa máy đo và dây đo thử. Trong trường hợp đo này, ta cần phải sử dụng thêm một bộ nối chuyển đổi. 4 Ghi lại giá trị huy hao quang của máy đo công suất theo dB( Lmáyđo(dB) . Đối với một số máy đo công suất , giá trị đọc được của suy hao quang theo dB có thể là một số âm. Điều thể hiện máy đo công suất đó sử dụng công thức công suất để tính độ khuyếch đại theo đề ci ben thay cho công thức tính tổn hao ánh sáng theo đề ci ben . Nếu giá trị đọc được là âm, có thể bỏ đi dấu âm và chỉ sử dụng mức dương cho mọi tính toán. Nếu máy đo công suất không có chế độ dB, thì cần tính toán nhanh để xác định tổn hao dây nhảy ( xem bước 6 ) ghi lại giá trị dBm như là Pmáy đo ( dBm). 5 Đảo lại kết nối của dây nhảy A và khẳng định số đọc được trên máy đo giống như trước đây. Nếu số đọc được khác đi sau khi đảo đầu dây nhảy, thì thử một dây nhảy khác. 6 Nếu số đọc trên máy đo công suất theo dB, thì giá trị đó là tổn hao của dây nhảy A ( l( dB). Nếu số đọc được ở dBm, thì tổn hao của dây nhảy A bằng giá trị công suất tham chiếu trừ đi giá trị đọc được: L(dB) = Ptham chiếu ( dBm ) - Pmáy đo (dBm) 7 Một dây nhảy tốt nên có tổn hao nhỏ hơn 1,0dB. Đối với mỗi dây lặp lại các bước bắt đầu ở bước 3 đến khi tất cả các dây nhảy đều được kiểm tra và các tổn hao của chúng đều được ghi lại ( các dây B,C..) 8 Tổn hao của dây nhảy là tổn hao của sợi quang trong dây nhảy đó và của hai bộ nối của hai đầu dây. Cần chú ý là tổn hao của hai bộ nối cộng thêm vào tổn hao của một kết nối. 4.1.2.đo sợi quang. Phép đo tổn hao bằng máy đo công suất cần được thực hiện trên tất cả các tuyến sợi quang để xác định tổn hao toàn tuyến. Thông tin này được sử dụng để xác định quỹ tuyến quang và độ dự trữ quang của tuyến. Có thể tiến hành việc đo thử này theo hai kiểu: kiểu nối vòng trở lại và kiểu đầu cuối - tới - đầu cuối. Kiểu đầu cuối – tới - đầu cuối chính xác hơn, nhưng cần hai người thực hiện. Còn kiểu nối vòng trở lại cho một kết quả trung bình và có thể hoàn thành với một người thực hiện, nhưng kiểu này lại mất nhiều thời gian hơn. Khi đo cần phải đảm bảo rằng chỉ sử dụng các dây nhảy và qua kiểm tra . Nếu không sử dụng bộ nối thì, nối trực tiếp thiết bị đo quang với cáp quang đã kết nối. Quy trình. 1 Bật nguồn máy đo công suất và nguồn sáng, đợi cho các thiết bị này hoạt động ổn định. Nếu sử dụng một nguồn sáng laser, đảm bảo rằng nó vẫn chưa được bật cho đến khi tất cả các sợi đến nguồn sáng đó đã được kết nối hoàn chỉnh. Làm sạch tất cả các bộ nối. 2 Nhận diện sợi quang cần được đo thử. Đối với một hệ thống khai thác đã được lắp đặt, tất cả các thiết bị thông tin nối với nó và đảm bảo chắc chắn rằng tất cả các nguồn sáng quang đã tắt . 3 Trước khi đo thử các sợi quang này, máy đo công suất cần được hiệu chỉnh về 0dB như sau: Sử dụng một dây nhảy để đo thử, nối nguồn sáng với máy đo công suất như minh hoạ hình 4.2.a. Thiết lập máy đo ở chế dộ dBm. Đảm bảo rằng nguồn sáng đã được bật, và đọc công suất quang thu được từ máy đo công suất ở dBm. Gía trị này nên gần với chỉ tiêu công suất đầu ra ở nhà sản xuất nguồn sáng đó. Thiết lập máy đo ở chế độ dB và điều chỉnh nó về o,odB. Sự hiệu chỉnh odB này sẽ được sử dụng như là mức công suất tham chiếu của nguồn sáng. Tháo thiết bị kiểm thử nhưng không hiệu chỉnh hoặc tắt máy đo công suất. Nếu máy đo công suất đó không cài đặt 0,0dB mà chỉ hiển thị ở mức công suất tuyệt đối theo dB, thì ghi lại công suất Pthachiếu(dBm) đọc được trên máy đo để sử dụng cho các tính toán sau này. 4 Đối với hệ thống đang có , tháo tất cả các dây nhảy hiện có ra khỏi bảng nối cáp sợi quang. Xác định kiểu cấu hình đo thử ( đầu cuối – tới - đầu cuối hay vòng trở lại) và nối các dây nhảy đã qua kiểm thử, với nguồn sáng và máy đo công suất (hình 4.2). Không thay đổi giá trị tham chiếu odB của máy đo công suất đã thực hiện ở bước trước. 5 Bật nguồn sáng sau khi đảm bảo cáu hình kiểm thử được nối đúng. Đọc giá trị trên máy đo và ghi lại mức công suất quang đo được đó. Đối với cấu hình đầu cuối – tới - đầu cuối, ghi lại tổn hao theo dB như là Lđo đầu cuối(dB). Nếu không sử dụng chế độ dB, thì ghi lại mức công suất theo dBm như là Pđo đầu cuối(Db). Nếu cấu hình mạch vòng, ghi lại mức công suất quang như là Pđo mạch vòng (dB). Hoặc Pđo mạch vòng (dBm) cho chế độ dBm. Cáp sợi quang Nguồn sáng dây nhảy đo thử vị trí A vị trí B Bảng nối bảng nối Đồng hồ đo công suất Mạch vòng Dây nhảy A Dây nhảy B A) kiểm tra thử mạch vòng trở lại Nguồn sáng đồng hồ đo công suất Dây nhảy đo thử dây nhảy A b) kiểm thử đầu cuối tới cuối sợi Hình 4.2. Cấu hình kiểm thử bằng máy đo công suất. 6 Đối với sợi cấu hình đầu cuối – tới - đầu cuối, sử dụng chế độ đo dB, tổn hao toàn bộ sợi quang là tổn hao mà máy đo được trừ đi tổn hao của dây nhảy A: LSợi quang (dB) = Lđo đầu cuối (dB) – Ldây A ( dB ) (4.1) Nếu đọc được các giá trị đo trên máy đo theo dBm, tổn hao toàn bộ tuyến sợi quang được xác định bằng hiệu giữa giá trị tham chiếu ban đầu Ptham chiếu (dBm Với giá trị đọc được trên máy đo và tổn hao của dây nhảy: Lsợi quang ( dBm ) = Ptham chiếu ( dBm ) – Pđo đầu cuối ( dB) - Ldây A ( dB ) Đối với cấu hình mạch vòng sử dụng thang đo dB, đưa thêm tổn hao của dây nối B vào đẳng thức4.1. sau đó chia kết quả thu được cho 2 để xác định tổn hao trung bình cho một sợi quang: Lsợi quang (dB ) = ( Lđo đầu cuối (dB ) - Ldây A (dB) - Ldây B (dB))/2 Nếu đọc các giá trị theo dBm, thì tổn hao của một sợi quang được tính như sau: Lsợi quang ( dBm ) = ( Ptham chiéu (dBm ) – Pđo đầu cuối ( dB )- Ldây A( dB ) - Ldây B (dB ))/2 7 Ghi lại các kết quả ghi được và qui trình thực hiện để có những kết quả đó 8 Quy trình có thể lặp lại để có thể đo được tất cả các sợi trong cáp sợi quang đó. 4.2. Đo suy hao trên sợi quang: Như ta đã phân tích , suy hao là một trong những thông số quan trọng , nó cho phép xác định xem tín hiệu quang bị suy giảm bao nhiêu khi đi qua một độ dài cho Phép của sợi dẫn quang, từ đó có thể tính được độ dài cực đại cho phép của tuyến mà không cần trạm lặp . vì vậy, một trong các yêu cầu quan trọng là phải xác định được thông số này . * Có hai phương pháp đo suy hao đang được áp dụng : Phương pháp đo hai điểm . phương pháp đo quang dội ( đo tán xạ ngược ) 4.2.1. Đo suy hao theo phương pháp hai điểm: Để đo suy hao của sợi quang theo phương pháp này , cần có một nguồn quang có công suất phát ổn định và máy đo công xuất quang có độ nhạy cao. Nguyên lý đo : Đo mức công suất quang ở đầu và cuối sợi để tính suy hao của sợi.Để thích hợp với điều kiện của sợi quang cần đo, phương pháp này lại được chia làm hai phương pháp với cùng một nguyên lý đo nhưng cách đấu nối với sợi quang khác nhau Điểm cắt LS LS OPM OPM L1 P1 Sợi quang 2m L1 P1 LS: Nguồn quang OPM:Máy đo công suất quang Hình .4.3. đo suy hao theo phương pháp cắt sợi. a). Phương pháp cắt sợi: Nối hai đầu sợi quang cần đo vào nguồn ( LS ) và máy đo do công suất quang ( OPM ) như (hình4.1) trên . tiến trình đo qua các bước sau: - Cho nguồn quang hoạt động , đo và ghi nhận mức công suất quang ở đầu xa L2 : P2 . Cắt sợi quang ở đầu nguồn quangL1 ( 2M ). Nối máy đo công suất quang vào đoạn L1, đo và ghi nhận mức công suất quang ở đầu gần : P1. Tính suy hao của sợi theo công thức : A ( dB ) = 10 log Nếu p1 và p2 đo bằng mw (4.2) A (dB ) = p1 ( dB m ) – p2 ( dB m ) Nếu p1 và p2 đo bằng dBm (4.3) ( dBm là đơn vị đo decibenl được so sánh với một lmw, đây chính là phép đo tuyệt đối , nghĩa là xác định mức điện tại điểm đo và nó không thay đổi .) suy hao trung bình của sợi : a ( dB / Km ) = (4.4) Trong đó L = L2 – L1 Suy hao ghép ở hai đầu sợi quang đều có mặt trong cả hai lần đo công suất đầu gần và cả đầu xa nên chúng tự khử nhau trong cách tính suy hao trên Phương pháp đo cắt sợi có kết quả đo chính xác , và đã được ITU-T chấp nhận là một phương pháp tham khảo để đo sợi quang ( RMT - Reeference Test Mcthod ). Nhược điểm phương pháp đo này là sợi quang bị cắt đi một đoạn ( 2m ) sau mỗi lần đo nên không thích hợp với các sợi quang đã lắp đặt và đã gắn sẵn khớp nối ở đầu sợi quang . có thể tránh việc cắt sợi quang bằng phương pháp thứ hai : OPM LS LS OPM OPM b). Phương pháp đo xen thêm: LS LS P1 OPM LS Tes lead Dụng cụ ghép P2 Sợi quang Hình 4.4.Đo suy hao theo phương pháp xen thêm suy hao . Sợi quang cần đo được đấu với dây nối của nguồn quang thông qua dụng cụ nối lắp đặt được ( hình 4.4 ) Nối sợi quang đã lắp đặt mà chưa gắn khớp nối ở đầu sợi thì dụng cụ ghép là một ống nối đàn hồi , nếu đã có sẵn khớp nối ở đầu sợi quang thì dụng cụ ghép là khớp nối . Trình tự đo cũng tương tự đo như ở phương pháp cắt sợi , nhưng trường hợp này có thể đo công xuất quang ở đầu gần trước : - Đo công xuất quang ở đầu gần : P1. Nối sợi cần đo vào dây đo của nguồn quang qua dụng cụ và đo công xuất quang ở đầu xa : P2 . Tính suy hao tổng cộng và suy hao trung bình như phương pháp cắt sợi . Đo suy hao tổng cộng A của phương pháp này bao gồm cả suy hao của sợị quang và dụng cụ nối . có thể tính suy hao của riêng của sợi bằng cách trừ bớt suy hao của dụng cụ nối ( ước tính ) . Trên thực tế cần đo suy hao toàn tuyến bao gồm cả khớp nối ở hai đầu nên phương pháp này tỏ ra thích hợp hơn . Đây chính là phương pháp luân phiên ( ATM Alternate Test Method ) có trong thủ tục FOTP –53 của EIA. 4.2.2. Đo suy hao theo phương pháp tán xạ ngược : ý tưởng của phương pháp này là phóng các xung ánh sáng vào các sợi quang rồi thu nhận và phân tích các xung phản xạ, các tán xạ ngược theo thời gian để đánh giá đặc tính truyền dẫn của sợi quang . Nguyên lý này được áp dụng trong máy đo OTDR do Baarnosky và Jensen đưa ra lần đầu vào năm 1976 . Kỷ thuật này cho phép xác định suy hao của sợi quang , suy hao nối hàn , chổ sợi bị đứt... chỉ tại một đầu sợi mà không cần phải cắt sợi. a). Sự hình thành phản xạ và tán xạ ngược : Phản xạ . Khi ánh sáng truyền qua các khe khômg khí tại các vị trí sợi hỏng hoặc qua. Connector và đến cuối sợi , gặp mặt phân cách giữa sợi thuỷ tinh và không khí sẽ phản xạ ( phản xạ Fresnel ) với hệ số phản xạ ( Reflection Coefficint). R= (4.5) Trong đó : n1 : chiết xuất của sợi thuỷ tinh. no : chiết xuất của không khí. Với n1 = 1,5 và no = 1 thì : R = 0,04 = 4% ( hay – 14 dBm ) Điều đó có nghĩa là ở mặt phân cách ( hoặc ở chổ sợi bị đứt ) có 4% công suất quang phản xạ trở lại. Nếu mặt cắt đầu sợi quang nghiêng hoặc không nhẵn thì hệ số phản xạ thấp hơn. Tổng quát , công suất phản xạ được diễn tả bởi : Pr (t) = R Poexp ( -2avt ) ( 4.6 ) Trong đó : R : hệ số phản xạ . Po : công xuất ở đầu sợi. a : hệ số suy hao trung bình ( Np / Km ). v : vận tốc ánh sáng trong sợi . t : thời gian (s). n1 Xung phát no Xung phản xạ Hình 4.5. Phản xạ ở cuối sợi . ánh sáng phải đi qua một khoảng cách đễ đến điểm phản xạ và trở về do vậy đến khoảng cách điểm phản xạ là: S = (4.7) +Tán xạ ngược: lớp bọc n2 lỏi n1 lớp bọc Hình 4.6. Sự truyền tia tán xạ ngược. Tán xạ ngược là do chiết xuất khúc xạ thay đổi dọc theo sợi quang . tại những chổ có sự chênh lệch chiết suất khúc xạ thì ánh sáng bị tán xạ . Các tia xạ ngược toả ra mọi hướng . Những tia tán xạ ngược về phía nguồn quang có phương hợp với trục sợi một góc nhỏ hơn góc nhỏ tới hạn qc góc mở của sợi có thể truyền về đầu sợi . (hình 4.6.) Những tia phản xạ theo các hướng khác thì tiếp tục truyền về cuối sợi hoặc bị khúc xạ ra khỏi lỏi tuỳ theo phương của chúng . Công suất tán xạ có dạng tổng quát : Pr ( t ) = Sa s vt Po exp ( -2avt ) ( 4.8 ) Trong đó : S : hệ số tán xạ ngược . as : hệ số tán xạ raylegh. V : vận tốc ánh sáng trong sợi. T : độ rộng xung ánh sáng . Po : công suất của xung ánh sáng tới. : độ suy hao trung bình của sợi t : thời gian. Hệ số tán xạ ngược S phụ thuộc vào loại sợi quang : Sợi đa mode chiết xuất bậc ( SI ) ( 4.9 ) * Sợi đa mode chiết suất giảm dần ( GI ): S = (4.10) * sợi đơn mode (SI) (4.11) b). Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngược : Xung đo được tạo ra từ bộ phát xung và đưa vào điều chế với nguồn quang bán dẫn như diode phát quang LED hoặc diode laser ( LD ) . xung quang đã điều chế đi qua bộ ghép nối quang đễ truyền vào sợi quang cần đo. Xung ánh sáng truyền qua sợi sẽ xẫy ra tán xạ ngược hoặc phản xạ trở lại đầu sợi tại những chổ không đồng nhất trên đường truyền . Các tia phản xạ và tán xạ ngược qua bộ ghép quang đễ vào diode tách quang và trị số của xung phản xạ và tán xạ ngược được chỉ thị trên màn hình . Bộ phát xung &nguồn quang Bộ tách sóng quang&chỉ thị Xung quang Sợi quang Bộ ghép nối quang Phản xạ và tán xạ Hình 4.7. Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngược Kết quả chỉ thị được thiết kế để thể hiện biên độ và thời gian lúc xuất phát xuang cho đến khi thu được xung quay trở lại . khi sự phản xạ xuất hiện ứng với điểm nào đó trên sợi thì có xung đột biến . tán xạ qua các mối hàn sẽ biểu thị suy hao nên đường cong tại đó có bậc thang. Biên độ Phản xạ từ chổ nối Phản xạ điểm hàn Phản xạ điểm cuối xung đưa vào sợi quang chổ nối chổ hàn đầu cuối sợi Hình 4.8. sự thay đổi công suất theo chiều dài . 4.3.ĐO TáN SắC Và DãI THÔNG CủA SợI : Các ảnh hưởng của tán sắc lên hệ thống truyền dẫn sợi quang đa mode được xác định bằng việc thực hiện các phép đo thử đáp ứng xung trong miền thời gian hoặc công xuất trong miền tần số . Ta có mối quan hệ công xuất ra và công xuất vào sợi quang như sau: P2 ( t ) = h (t ) Å P1 ( t ) với Å thẻ hiện tích chập (4.12). Trong đó : P1 ( t ) = Công suất đầu vào của sợi quang P2 ( t ) = Công suất đầu ra của sợi quang H ( t ) = đáp ứng xung Sử dụng biến đổi Fourier ta có mối quan hệ trong miền tần số giữa công suất ra và công suất vào của sợi quang như sau : P2 ( w ) = h ( w ) . P1 ( w ) Trong đó P1 ( w ) : Công suất đầu vào của sợi quang . P2 ( w ) : Công suất đầu ra của sợi quang . h ( w ) : Đáp ứng tần số . Với h ( w ) = h ( t ) exp ( - iwt ) dt = FT [ g ( t ) ] = ở đây FT : biến đổi chuỗi Fourier. Đây đo tắn sắc và đo dãi thông của sợi thì máy đo đáp ứng xung h( t ) hoặc đáp ứng tần số h ( w ). 4.3.1. Đo đáp ứng xung. Nguyên lý : Nguyên lý của phương pháp này là đo đáp ứng sợi trong miền thời gian. Cài đặt thực nghiệm phương pháp đáp ứng xung được trình bày như (hình 4.9). Để đo đáp ứng sợi , phóng một xung đầu vào rất ngắn vào sợi qua bộ trộn Mode. Gỉa sử xung đầu vào P1 ( t ) tuân theo luật Gauss có độ rộng xung đầu vào ( ở mức suy giảm 3dB ) là Dt1 được đo lần thứ nhất trên ô xi lô làm mẩu . Sau đó xung thời gian đầu ra bằng ô xi lô đễ xác định độ rộng xung đầu ra là Dt2 xung đầu vào có thể được sau bộ trộn mode hoặc sau sợi chuẩn (2 m ) của sợi để kiểm tra. Bộ phát xung Nguồn qung Ô xi lô Tách Máy tính Bộ biến đổi Bộ trộn mode Sợi để đo P2 P1 Hình 4.9: Cài đặt phương pháp đáp ứng . Kết quả đo : Độ rộng xung đầu vào và xung đầu ra tương ứng (Dt1,Dt2 ) Tán sắc và dãi thông là ( đối với xung Gauss ) : - Tán sắc tổng : ttotal = ( 4.13 ) - Dãi thông : B = ( Hz ) (4.14 ) Một cách đễ tìm tán sác và dãi thông là tính tỷ số của biến đổi fourier Xung đầu vào và xung đầu ra có đáp ứng tần số h (w ) . Đáp ứng tần số được tính trên chiều dài sợi đa mode 1,5 km tại 0,85mm và 1300nm. Băng tần đo được tại –3dB ( đối với bộ tách quang ) là 270 MHz ( 310 Mhz . km )tại 850nm và 1150Mhz ( 1320 Mhz. Km ) tại 1300nm 4.3.2. Đo đáp ứng tần số: Nguyên lý và cài đặt : đáp ứng sợi có thể đo trong miền tần số và thu được kết quả không cần tính đáp ứng tần số h (w ) . Nguồn quang được điều chế trực tiếp bằng chức năng phát . Bộ phát quét Máy tính Nguồn quang Máy phân tích phổ Tách Bộ trộn mode Sợi để đo P2 p1 Hình 4.10. Cài đặt phương pháp đáp ứng tần số . Tỷ số công suất ra và công suất vào p2 ( w ) và p1 (w) là đáp ứng tần số . Cách đơn giãn nhất thực hiện chức năng là sử dụng bộ phát quét và phát quét miền tần số , đo trực tiếp bằng máy phân tích phổ . thực nghiệm đo được trình bày trên (hình 4.10 ). Nguồn quang được điều nchế máy phát tín hiệu hình sin. Đến đầu thu tín hiệu hình sin được tách ra và đưa vào bộ phân tích phổ , tần số tín hiệu từ bộ tạo sóng quết cũng đưa trực tiếp vào bộ phân tích phổ . H2 ( w ) = Hm ( w ) . H ( w ) H1 ( w ) = hm ( w ) Hm ( w ) = Hàm truyền đạt của máy đo H2 ( w ) = Hàm truyền đạt khi đo sợi dài H1 ( w ) = Hàm truyền đạt khi đo sợi ngắn H ( w ) = | H (w ) | ej f(w) H ( w ) = Đáp ứng biên độ 4.3.3. Đo tán sắc và dãi thông của sợi đơn mode. Độ tán sắc trong sợi đơn mode phụ thuộc vào độ rộng phổ của nguồn quang , bước sóng công tác . Được xác định theo biểu thức sau đây : D (l) = [ ps / nm . km ] ( 4.15) Trong đó : t (l) trể xung Để đo tán sắc và dãi thông của sợi đơn mode thì đo t (l ) có giá trị như sau t ( l ) = A + B l2 + C l-2 + Dl4 [ km ] ( 4.16 ) Có thể xác định t ( l ) theo hai phương pháp sau: a).Phương pháp dịch pha: Nguyên lý của phương pháp này là điều chế nguồn quang với tần số từ bộ dao động hình sin và sau đó đo tín hiệu dịch pha được đưa vào sợi đễ đo ( lưu ý bước sóng ): dịch pha có quan hệ với trễ thời gian. Nguồn quang là các loại diôt laser,Vì diôt phát quang dùng để lọc mà còn làm giảm độ rộng phổ hoặc laser điều hưởng ngược . ví dụ dưới đây thể hiện cài đặt dịch phả dụng diôt laser khác nhau( hình 4.11 ). Trong năm diôt laser của các bước sóng quanh 1300nm để sử dụng do tán sắc của sợi đơn mode . thiết lập chuẩn ban đầu trên sợi chuẩn ( 2m ) để đo độ dịch tuyến tuỵệt đối khi đưa sợi vào để đo . năm điểm đo được phải thoã mãn đặc tuyến trể bằng cách sử dụng hàm đa phức . LD – 1 ( 1260nm ) LD – 2 ( 1280nm ) LD – 3 ( 1300nm ) LD – 4 ( 1320nm ) LD – 5 ( 1340nm ) Chuyễn mạch quang Máy tính Tách quang Pha kế Dao động t ( l ) = A + B l2 + C l-2 + Dl4 [ km ] Sợi đo 2m Hình 4.11. Phương pháp dịch pha b). Phương pháp trễ xung: Nguyên lý : Nguyên lý của phương pháp này là thu được đặc tuyến trễ trực tiếp bằng cách đo trễ truyền sóng của xung thời gian quang như hàm của bước sóng . Nguồn quang cũng là các diôt laser xung , laser điều hưởng ngược , hoặc laser sợi Raman. Các nguồn này phải có khoảng thời gian xung thời gian đủ nhỏ hơn trễ thời gian trung bình được đo . phương pháp Raman sử dụng hiệu ứng Raman phi tuyến trong sợi được bơm bằng laser chuyển mạch –QNd: YAG. Do chịu năng lượng bơm lớn , sợi phát phổ huỳnh quang , người ta gọi phổ Raman có dãi từ 1060nm đến 1700 nm . sau đó kết hợp với bộ đơn sắc , sợi laser được bơm bằng laser Nd : YAG tạo thành nguồn quang có thể điều hưởng ngược trong dải bước sóng từ 1060nm đến 1700nm với bước sóng được chọn và độ rộng phổ được chọn . Lưu ý laser Nd: YAG chuyển mạch Q ở chế độ khoá ở chế độ khoá có thể phát xung quang rất nhỏ có độ rộng nhỏ hơn 400ps. Nguyên lý và thiết lập đo như hình 4.12. dưới đây: Laer Nd : YAg Bộ đơn sắc Tách quang Ô xi lô Bộ phát trể Máy tính Tách qung Sợi để đo Chuyển mạch Q ở chế độ khoá Chuyễn Mạch Q Hình 4.12. Phương phát Laser Raman. 4.3.4.Yêu cầu kỹ thuật trước khi đo. Để đảm bảo cho quá trình chất lượng trước khi đo thì tối thiểu phảI đáp ứng các yêu cầu như sau: Các thiết bị dùng để đo phải đảm bảo có đủ chức năng, cho ra kết quả đo chính xác và trung thực. Các dụng đo cần thiết như các đầu nối thiết bị, các đây đo và đặc biệt là bộ nối quang cần phải được làm sạch trước khi đo. Các thiết bị đo phải sử dụng cho qui trình đo nghiệm thu tuyến thông tin quang phải được qua kiểm chuẩn hoặc được cơ quan có thẩm quyền cấp nghành cho phép . Trước khi tiến hành đo thử, phải kiểm tra lại thiết bị hoạt động của thiết bị đo, nếu có vấn đề nghi ngờ thì không được phép sử dụng thiết bị đo đó. Phải đảm bảo các điều kiện đo. trước khi tiến hành đo cần kiểm tra các điều kiện về môi trường nơi lắp đặt các thiết bị , các điều kiện về nhiệt độ, độ ẩm không vượt quá mức giới hạn cho phép các thiết bị được sử dụng. Người tham gia trực tiếp vào các phép đo phải am hiểu vững vàng về kỹ thuật mà bản thân tham gia vào đo. Phải nắm vững qui trình đo, thao tác thành thạo các thiết bị đo và có khả năng vận hành và khai thác tốt các hệ thống . Người đo phải thực hiện đúng qui định về đo thử qui trình, đảm bảo an toàn khi đo cho cả thiết bị và con người. ……………………………………….END…………………………………… MụC LụC : Lời nói đầu………………………………………………………….1 Chương I. Các hệ thống truyền dẫn bằng cáp sợi quang.........................2 1.1.Tiến trình phát triển của hệ thống thông tin quang………………………..2 1.2.Các ưu điểm của hệ thống truyền dẫn bằng cáp sợi quang………………..3 a. Hệ thống truyền dẫn quang có những ưu điểm sau…………………..3 b. Những nhược điểm trong truyền dẫn quang…………………………4 1.3.Các hệ thống truyền dẫn số bằng sợi quang trong mạng viễn thông……...4 1.3.1.Hệ thống truyền dẫn bằng sợi quang, điều chế cường độ tách sóng trực tiếp…………………………………………………………………………….4 1.4. Xu hướng phát triển của hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang……………..9 1.4.1Sử dụng kỹ thuật phân kênh theo bước sóng…………………………….9 1.4.2.thực hiện các hệ thống truyền dẫn Coherent và sử dụng kỹ thuật phân kênh theo tần số ……………………….……………………………………10 ChươngII. Các thông số của sơi quang......…………………………….12 2.0. Giới thiệu cấu trúc về cáp sợi quang…………………………………..12 Lý thuyết về sợi quang…...…...………………………………………..12 Chiếtsuất của môi trường..………………………………………..13 Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng……………………..……………13 Sự phản xạ toàn phần……………………………………………...14 2.1.2.Sự truyền ánh sáng trong sợi quang……………………………………15 Nguyên lý truyền dẫn chung………………………………………15 Khẩu độ số………………………………………………………...15 2.13.Hai dạng phân bố chiết xuất trong sợi quang…………………………..16 Sợi quang chiết suất phân bậc…………………………………….18 Sợi quang chiết suất giảm dần…………………………………….19 Các dạng chiết suất khác………………………………………….20 2.1.4.Sợi đa mode và đơn mode………………………..……………………20 Sợi đa mode………...………………………..……………………22 b. Sợi đơn mode……………….…………………………………….23 2.2. Suy hao sợi quang...……………………………………………………24 2.2.1.Định nghĩa………….……..…………………………………………...24 2.2.2.Các nguyên nhân gây suy hao trên sợi quang….……………………...25 Suy hao hấp thụ…………………………….……………………..25 Suy hao tán xạ……………………………….…………………….27 Suy hao do sợi bị uốn cong……………………………………..…28 Suy hao do hàn nối……………………………………………..…29 2.2.3.Đặc tuyến suy hao……………………………………………………..32 2.3. Tán xạ trong sợi quang…………………………………………………33 2.3.1.Hiện tượng, nguyên nhân, và ảnh hưởng của tán sắc…………………..33 2.3.2.Mối quan hệ giữa tán xạ với độ rộng băng truyền dẫn và tốc độ truyền dẫn bit………………………………………………………………………..34 2.3.3.Các loại tán sắc………………………………………………………..36 Tán xạ vật liệu……………………………………………………36 Tán sắc dẫn sóng………………………………………………….39 Tán xạ mde……………………………………………………….40 Tán xạ mặt cắt…………………………………………………….44 Tán sắc tổng cộng…………………………………………………44 2.3.4.ảnh hưởng của sự trộn mde trong sợi quang………………………….49 2.3.5.Sự trộn mode vừa có tác dụng vừa gây hại cụ thể như sau…………….50 2.4. Các thông số hình học………………………………………………….51 Yêu cầu kỹ thuật đối với cáp sợi quang………………………………53 Chương III.Một số cáp sợi quang………………………………………54 3.1. ứng dụng của ống đệm trong cáp sợi quang……………………………54 3.1.1.Các loại ống đệm………………………………………………………54 Một sợi ống đệm lỏng…………………………………….………54 ống đệm nhiều sợi………………………………………………..56 3.1.2.ống đệm chặt………………………………………………………….57 3.2. Cấu trúc tổng thể các loại cáp sợi quang……………………………….58 3.2.1.Cấu trúc cáp chôn……………………………………………………...58 3.2.2.Cấu trúc cáp treo……………………………………………………….59 3.2.3.Cấu trúc cáp quang biển…..…………………………………………...60 3.2.4.Cấu trúc cáp trong nhà……………………………...………………….61 Chương IV.Một số phương pháp đo trên sợi quang………………….62 4.1. Giới thiệu máy đo suy hao sợi quang……………………….………….62 Khái niệm đề- ci- ben……………………………………………..62 Thiết bị đo…………………………………………………………63 4.1.1.Xác định tổn hao của dây nhảy………………………………………..63 4.1.2.Đo sợi quang…………………………………………………………..65 4.2.Đo suy hao sợi quang……………………………………………………68 4.2.1.Đo suy hao theo phương pháp hai điểm……………………………….68 Phương pháp cắt sợi……………………………………………….69 Phương pháp xen thêm……………………………………………70 4.2.2.Đo suy hao theo phương pháp tán xạ ngược…………………………..71 Sự hình thành phản xạ và tán xạ ngược……………………………71 Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngược……………………………74 4.3. Đo tán sắc và dãi thông của sợi………………………………………..76 4.3.1.Đo đáp ứng xung………………………………………………………76 4.3.2.Đo đáp ứng tần số……………………………………………………..78 4.3.3.Đo tán sắc và dãi thông của sợi đơn mode…………………………….79 Phương pháp dịch pha…………………………………………….79 Phương pháp trể xung…………………………………………….80 4.3.4.Yêu cầu kỹ thuật trước khi đo………………………………………….81