Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang
ĐẠI HỌC KTCN THÁI NGUYÊN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài: “CÁP SỢI QUANG”

GVHD: Đào Huy Du
SVTH: Lương Xuân Trường
Sinh viªn: L¬ng Xu©n Trêng –Líp K40§VT Email:
1
Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang
Mục lục Trang
LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………… 6
Chương 1 CƠ SỞ THÔNG TIN QUANG……………………………………7
1.1. Lịch sử phát triển…………………………………………………………7
1.2. Cấu trúc một hệ thống thông tin quang đơn giản…………………………9
1.3. Ưu điểm của thông tin quang……………………………………… 11
Chương2 SỢI QUANG…………………………………………………… 12
2.1. Những ứng dụng của sợi quang………………………………………….12
2.2. Ưu điểm của thông tin sợi quang……………………………………… 13
2.3. Lý thuyết chung về sợi dẫn quang………………………………………14
2.3.1. Phổ của sóng điện từ………………………………………………14
2.3.2. Chiết suất của môi trường…………………………………………17
2.3.3. Hiện tượng phản xạ ánh sáng toàn phần………………………… 17
2.4. Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang…………………………………18
2.4.1.Nguyên lý truyền dẫn chung……………………………………….18
2.4.2 Sự lan truyền các mode trong sợi quang………………………… 20
2.5. Phân loại sợi quang…………………………………………………… 23
2.5.1. Sợi có chiết suất nhảy bậc(SI) và sợi có chiết suất biến đổi đều (GI)
………………………………………………………………………… 24
2.5.1.1.Sợi quang có chiết suất nhảy bậc (sợi SI: Step- Index)………24

2.7.1.1.Lớp phủ……………………………………………………… 50
2.7.1.2.Lớp vỏ………………………………………………………….50
2.7.2. Yêu cầu đối với sợi quang………………………………………… 52
2.8. Các phương pháp chế tạo sợi quang…………………………………… 53
2.8.1.Vật liệu chế tạo sợi………………………………………………… 53
2.8.2.Các phương pháp chế tạo sợi quang………………………………….54
2.8.3.Các phương pháp chế tạo phôi sợi……………………………………54
2.8.3.1.Phương pháp thanh ống cổ điển………………………………….54
2.8.3.2.Phương pháp nồi nấu đôi (Double Orucible)…………………….55
2.8.3.3.Phương pháp đọng hơi hóa chất………………………………….56
2.8.3.3.1.Phương pháp đọng hơi hóa chất: (chemical vapour deposition- CVD)
…………………………………………………… 56
2.8.3.3.2.Phương pháp đọng hơi hóa chất nhờ Plasma (Plasma chemical vapour
Deposition- PCVD)…………………………………58
2.8.3.3.3.Phương pháp đọng hơi hóa chất bờn ngoài ( Outside Chemical Vapour
Deposition- OCVD)……………………………….59
Sinh viªn: L¬ng Xu©n Trêng –Líp K40§VT Email:
3
Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang
2.8.3.3.4.Phương pháp đọng hơi hóa chất theo trục ( Vapour Axial Deposition-
VAD)…………………………………………………….59
2.8.4.Quỏ trỡnh kộo sợi………………………………………………… 59
2.8.5. Nguyên tắc tạo ra sợi quang mới………………………………… 60
2.9. Hàn nối sợi quang……………………………………………………….61
2.9.1. Yêu cầu kỹ thuật ……………………………………………………61
2.9.2.Các phương pháp hàn nối sợi quang…………………………………62
2.9.2.1. Phương pháp dùng keo dính……………………………… …62
2.9.2.2.Phương pháp dùng hồ quang………………………………… 63
2.9.3.Bảo vệ mối nối……………………………………………………… 65
Chương 3 CÁP QUANG………………………………………………… 67

5
Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện này các hệ thống thông tin quang đó chiếm hầu hết các tuyến truyền dẫn quan
trọng trên mạng lưới viễn thông quốc tế, và được coi là phương thức truyền dẫn có hiệu
quả nhất trên các tuyến vượt biển và xuyên lục địa. Để đáp ứng nhu cầu truyền tải lớn do
sự bùng nổ thông tin, mạng truyền dẫn đòi hỏi phải có sự phát triển mạnh về cả quy mô và
trình độ công nghệ nhằm tạo ra các cấu trúc mạng hiện đại bao gồm cả các hệ thống thông
tin quang. Các hệ thống thông tin quang trong thời gian tới phải đảm bảo có tốc độ cao, cự
ly xa, độ tin cậy cao…
Trong toàn bộ hệ thống thông tin quang phần không thể thiếu được chính là Cáp
Sợi Quang. Hệ thống thông tin quang có nhiều ưu điểm hơn các hệ thống khác một phần
chính là nhờ môi trường truyền dẫn là cáp sợi quang.
Vỡ vậy, em đó chọn đề tài Cáp Sợi Quang làm đồ án nghiên cứu giúp em tìm
hiểu sâu hơn .
Do thời gian hạn hẹp và kiến thức của bản thân còn hạn chớnh vỡ vậy đồ án của
em không thể tránh được những thiếu sót. Nên em mong các thầy cô trong bộ môn và các
bạn trong lớp đánh giá và đóng góp nhiều ý kiến để đề tài sâu hơn và phát triển đồ án ở
mức cao hơn nữa.
Trong quỏ trỡnh làm bài, em đó được nhận được sự hướng dẫn chi tiết của thầy Đào
Huy Du và góp ý của cỏc bạn trong lớp. Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh Viên
Lương Xuân Trường
Chương 1
CƠ SỞ THÔNG TIN QUANG
Sinh viªn: L¬ng Xu©n Trêng –Líp K40§VT Email:
6
Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

7
Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang
- 1960: THEODOR H MAIMAN đưa laser vào hoạt động thành công.
- 1962: Laser bán dẫn và Photodiode bán dẫn được thừa nhận vấn đề còn lại là phải tìm
môi trường truyền dẫn quang thích hợp.
- 1966: CHARLES H KAO và GEORCE A HOCKHAM, hai kĩ sư phòng thí nghiệm
Stanrdard Telecommunications của Anh , đề xuất dùng sợi thuỷ tinh dẫn ánh sáng. Nhưng
do công nghệ chế tạo sợi quang thời đó còn hạn chế nên suy hao quá lớn (ỏ khoảng
1000dB/Km)
- 1970: Hãng Corning Glass Work chế ttoạ thành công sợi quang loại SI có suy hao nhỏ
hơn 20 [dB/km] ở bước sóng 1310nm.
- 1972: Loại sợi GI được chế tạo với độ suy hao 4 [dB/km].
- 1983: Sợi đơn mode(SM) được xuất xưởng tại Mỹ.
Ngày nay loại sợi đơn mode được sử dụng rộng rãi với độ suy hao chỉ còn khoảng 0,2
[dB/km] ở bước sóng 1550nm.
1.2. Cấu trúc một hệ thống thông tin quang đơn giản
Hình 1.1. Cấu trúc hệ thống thông tin quang đơn giản
Theo sơ đồ hệ thống ta có:
- Nguồn tín hiệu thông tin: là dạng thông tin thông thường là hình ảnh , tiếng nói ,
fax hay còn là tín hiệu đầu vào.
- Phần tử điện: là phần chung của hệ thống, để xử lý nguồn tin tạo ra tín hiệu điện đưa
vào hệ thống truyền dẫn, có thể là tín hiệu Alalog hoặc Digtal
Sinh viªn: L¬ng Xu©n Trêng –Líp K40§VT Email:
8
Sợi quang
Trạm lặp
E
O
O
E

khuếch đại hay tái sinh trực tiếp tín hiệu quang nên các trạm lặp phải thực hiện 3 bước
sau:
+ Chuyển đổi từ tín hiệu quang sang tín hiệu điện
+ Sửa đổi dạng tín hiệu đã bị méo hoặc tái sinh tín hiệu điện.
+ Chuyển đổi tín hiệu điện đã được khuếch đại hoặc tái sinh thành tín hiệu quang
để tiếp tục phát đi.
- Tải tin: Trong hệ thống thông tin điện thì tải tin là các sóng điện từ cao tần, trong hệ
thống quang là ánh sáng cũnh là sóng điện từ song có tần số rất cao (10
14
-10
15
Hz) do vậy tải
tin quang rất thuận lợi cho tải các tín hiệu băng rất rộng.
- Năng lực truyền dẫn: năng lực truyền dẫn của hệ thống được đánh giá qua hai đại
lượng:
+ Độ rộng băng tần có thể truyền dẫn được
+ Cự ly trạm lặp hoặc độ dài chuyển tiếp
Xu thế của các hệ thống truyền dẫn quang là truyền dẫn dải rất rộng và cự ly trạm lặp
rất lớn. Thực tế ở các hệ thống quang hiện nay đã vượt qua các hệ thống điện ở cả 2 yêu
cầu trên. Các đại lượng trên được xác định bởi nhiều yếu tố liên quan như:
+ Tiêu hao và tán xạ truyền dẫn của sợi quang
Sinh viªn: L¬ng Xu©n Trêng –Líp K40§VT Email:
9
Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang
+ Công suất bức xạ và khả năng điều biến linh hoạt của sợi quang
+ Độ nhạy của máy thu quang
+ Tiêu hao phụ khi xử lý các phần tử toàn tuyến

1.3. Ưu điểm của thông tin quang
So với hệ thống thông tin điện tử thì hệ thống thông tin quang có những ưu điểm

Chương2
SỢI QUANG
2.1. Những ứng dụng của sợi quang
Cùng với sự phát triển không ngừng về thông tin viễn thông, hệ thống truyền dẫn
quang – truyền tín hiệu trên sợi quang đã và đang phát triển mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế
giới. Do có nhiều ưu điểm hơn hẳn các hình thức thông tin khác về dung lượng kênh
truyền, tính kinh tế,…mà thông tin quang giữ vai trò chính trong việc truyền tín hiệu ở các
tuyến xuyên đường trục avf các tuyến xuyên lục địa, xuyên đại tây dương. Công nghệ nagỳ
nay đã tạo ra thông tin quang phát triển và thay đổi theo xu hướng hiện đại và kinh tế nhất.
Đặc biệt công nghệ sợi quang đơn mode có suy hao nhỏ đã làm đơn giản việc tăng
chiều dài của toàn tuyến thông tin quang, kết hợp với công nghệ khuếch đại quang ra đời sẽ
làm tăng chiều dài gấp đôi hoặc gấp n lần. Chất lượng của tín hiệu thu được trên hệ thống
này sẽ được cải thiện một cách đáng kể.
Ở nước ta thông tin sợi quang đang ngày cành chiếm vị trí quan trọng, các tuyến cáp
quang được hình thành, đặc biệt là tuyến cáp quang Hà Nội – Hồ Chí Minh chiếm một vị
trí quan trọng trong thông tin toàn quốc.
Sinh viªn: L¬ng Xu©n Trêng –Líp K40§VT Email:
11
Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang
Trong tương lai mạng cáp quang sẽ được xây dựng rộng khắp. Tuyến đường trục cáp
quang sẽ được rẽ nhánh tới các tỉnh, huyện, và xây dựng tuyến cáp quang nội hạt.
* Vị trí của sợi quang trong mạng thông tin giai đoạn hiện nay:
- Mạng đường trục xuyên quốc gia.
- Mạng riêng của các công ty đường sắt, điện lực.
- Đường trung kế
- Đường cáp thả biển liên quốc gia
- Đường truyền số liệu, mạng LAN
- Mạng truyền hình
2.2. Ưu điểm của thông tin sợi quang
So với dây kim loại sợi quang có nhiều ưu điểm đáng chú ý là:

8
m/s ]
H là hằng số Planck [ h=6,25.10
-34
J/s ]
Ánh sáng dùng trong thông tin quang trong vùng cận hồng ngoại với bước sóng từ
800nm đến 1600nm. Đặc biệt có ba bước sóng thông dụng là 850nm, 1300nm và 1550nm.
Hình 2.1: Các bước sóng trong thông tin quang
Sinh viªn: L¬ng Xu©n Trêng –Líp K40§VT Email:
13
Tia tö
ngo¹i
Tia
R¬nghe n
Tia
Gamma
Tia
Vò trô
T ia hång
ngo¹i
Tia v«
tuyÕ n
1,6
1,5
1,4 1,3 1,2 1,1 1 900 800 700
600
500
400
µ
m

1
sang môi trường thứ hai có
chiết suất n
2
(n
1
<n
2
) như hình vẽ sau:
Hình 2.3. Hiện tượng phản xạ ánh sáng toàn phần
Sinh viªn: L¬ng Xu©n Trêng –Líp K40§VT Email:
15
n
1
β
1
n
2
n
1
2
2
1
α
T
α
P
n
2
P

t
được gọi là góc tới hạn, độ lớn của góc tới hạn phụ thuộc vào độ chênh lệch
chiết suất giữa hai môi trường và khi tia tới với góc α >α
t
thì tia phản xạ tại mặt phân cách
trở lại môi trường 1.
Như vậy, điều kiện để xảy ra hiện tượng toàn phần là:
- Các tia sáng phải đi từ môi trường chiết quang hơn (n
1
) sang môi trường kém chiết
quang hơn (n
2
) .Hay là Chiết suất n
1
> n
2
- Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạn.
2.4. Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang
2.4.1.Nguyên lý truyền dẫn chung
Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang được chế tạo gồm một lõi (core)
bằng thuỷ tinh có chiết suất n
1
và một lớp bọc (cladding) bằng thuỷ tinh có chiết suất n
2
với
n
1
> n
2
ánh sáng truyền trong lõi sợi quang sẽ phản xạ nhiều lần (phản xạ toàn phần) trên

th
=n
1
.Sinβ. (n
0
=1 : chiết suất của không khí)
⇒ 1.Sinα
th
=n
1
.Sinβ=n
1
Cosα
1
.
(Sinβ=Sin(90
0
-α
t
)=Cosα
t
)
∆=−=α=⇒
−=−=α⇒
−=α−=α
2.nnnSinNA
nn
n
n
1.nSin

1
n.2
nn −
=∆
gọi là độ lệch chiết suất tương đối
Vậy điều kiện để đạt được hiện tượng phản xạ toàn phần ở trong lõi là khi đưa
nguồn sáng vào lõi cáp phải nằm trong một hình nón có góc mở
∆=α 2.narcsin
1th
.
2.4.2 Sự lan truyền các mode trong sợi quang
Sinh viªn: L¬ng Xu©n Trêng –Líp K40§VT Email:
17
n
0
n
2
n
1
α
th
α
t
β
Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang
Theo quan điểm truyền dẫn sóng điện từ muốn biết được bản chất thực của các quá
trình truyền dẫn ánh sáng, cần phải giải phương trình sóng. Một mode được hiểu là một
trạng thái dao động điện từ ứng với nghiệm của phương trình sóng và số lượng các mode
có quan hệ với các sóng điện từ đơn thoả mãn các phương trình Maxwell và điều kiện bờ từ
sợi quang.

1k
Với sợi SI, nếu V<2,405 thì người ta có đơn mode, ngược lại là sợi mode. Còn sợi
GI, nếu V<3,518 có sợi đơn mode, V>3,518 ta có sợi đa mode.
Để nghiên cứu chính xác người ta phải sử dụng các phương trình truyền sóng. Và
các mode lan truyền chính là nghiệm của hệ phương trình truyền sóng. Tuy nhiên việc lập
và giải phương trình sóng rất phức tạp nên đơn giản nhất là dùng phương pháp quang hình
học xem xét các mode lan truyền trên mặt cắt dọc của sợi.
Sinh viªn: L¬ng Xu©n Trêng –Líp K40§VT Email:
18
Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang
Hình 2.4: Các mode lan truyền trong sợi đa mode SI(a), GI(b), và sợi đơn mode(c)
Ánh sáng từ nguồn bức xạ phát ra được đưa vào sợi với nhiều góc khác nhau nên
sợi chạy theo nhiều đường dích dắc khác nhau (a) hoặc dạng hình sin (b)với chiều dài khác
nhau và có một mode chạy song song trục có quãng đường đi ngắn nhất (c). Ánh sáng lan
truyền trong lõi phải thoả mãn điều kiện phản xạ toàn phần có nghĩa là ánh sáng đưa vào
sợi phải nằm trong một hình nón có nửa góc mở α
th
Sợi SI có
2
2
2
1
1k
th
nn 2
405,2
n.d.M
arcsin −∆=α
Sợi GI có
2

θ
max
1
2
3
b)
a)
1
3
2
c)
Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang
Độ mở của sợi GI luôn luôn thay đổi tuỳ giá trị đưa ra ánh sáng vào tại tâm lõi có
độ mở là lớn nhất, còn ra đến chỗ mặt phân cách lõi thì độ mở bằng 0.
Muốn tăng hiệu suất ánh sáng vào sợi cần có độ mở lớn song lý thuyết đã chứng
minh là khi tăng độ mở thì xung ánh sáng lan truyền bị tán xạ lớn, băng tần truyền dẫn của
sợi bị thu hẹp lại.
Theo hình 2-5 ta không thể mô tả đặc trưng của các mode vì thực tế không phải tất
cả các tia sáng đi vào lõi trong phạm vi góc mở cho phép đều được lan truyền đến cuối sợi.
Do bản thân ánh sáng có tính sóng, giữa các tia có hiện tượng giao thoa.
Hai tia sóng sẽ triệt tiêu nhau nếu đỉnh của một sóng gặp bụng của một sóng khác,
hoặc hai sóng lệch pha nhau một nửa bước sóng, còn nếu hai bước sóng có đỉnh gặp đỉnh
thì sẽ càng tăng cường chạy đến cuối đường sợi mà ta gọi là các mode.
Về phương tiện truyền sóng, có thể nói mode được đặc trưng bởi sự phân bố cường
độ ánh sáng trên mặt cắt ngang của sợi và được lan truyền với tốc độ xác định.
Xa hơn nữa, xét về phương diện truyền dẫn thì mode sẽ trở thành tải tin khi điều
biến, như thế trên sợi đơn mode có một tải tin còn trên sợi đa mode thì có rất nhiều tải tin,
mỗi tải tin ứng với một bước sóng nhất định.
2.5. Phân loại sợi quang
Để phân biệt sợi quang, người ta dựa vào các yếu tố của sợi quang mà phân biệt thành

C
V =
Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang
- Số lượng mode truyền M ≈ V
2
/2 trong đó V = 2π.a.NA/λ
- Tán sắc mode trong sợi GI là lớn => ảnh hưởng tới việc mang dung lượng thông tin
của sợi.
Ở đây n
1
không đổi mà chiều dài đường truyền khác nhau nên thời gian truyền sẽ
khác nhau trên cùng một chiều dài sợi. Điều này dẫn tới một hiện tượng khi đưa một xung
ánh sáng hẹp vào đầu sợi lại nhận được một xung ánh sáng rộng hơn ở cuối sợi. Đây là
hiên tượng tán sắc,do độ tán sắc lớn nên sợi SI không thể truyền tín hiệu số tốc độ cao qua
cự ly dài được. Nhược điểm này có thể khắc phục được trong loại sợi có chiết suất giảm
dần
2.5.1.2.Sợi quang có chiết suất giảm dần (sợi GI: Graded- Index):
Sợi GI có dạng phân bố chiết suất lõi hình parabol, vì chiết suất lõi thay đổi một
cách liên tục nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn cong dần.
Sinh viªn: L¬ng Xu©n Trêng –Líp K40§VT Email:
22
Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang
Hình 2.6 : Sợi GI ( Građe - Index)
- Mặt cắt chiết suất: Trong đó :a - bán kính lõi, α là hệ số mặt cắt xác định dạng biến đổi chiết suất trong
lõi, α = 2 tơng ứng với mặt cắt parabol.
- Khẩu độ số:


ar ;)1(
ar ;)/(1
)(
21
1
nn
arn
rn
α
α
)/(1)()(
max
2
2
2
arNAnrnrNA −=−=
∆= 2
1max
nNA
Trêng §HKT C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn §å ¸n Th«ng tin quang

b. Dạng dịch độ tán sắc:
Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang triệt tiêu ở bước sóng gần 1300nm. Người ta có thể
dịch điểm độ tán sắc triệt tiêu đến bước sóng 1550nm bằng cách dùng sợi quang có dạng
chiết suất như hình vẽ: c) Dạng san bằng tán sắc:
Với mục đích giảm độ tán sắc của sợi quang trong một khoảng bước sóng. Chẳng
hạn đáp ứng cho kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng người ta dùng sợi quang có dạng chiết

- Điều kiện đơn mode V < 2,405
Sinh viªn: L¬ng Xu©n Trêng –Líp K40§VT Email:
25
9µm
125µm
n
1
n
2
∆=0,3%
%1
1
21
=
−
=∆
n
nn
125µm
n
2
n
1
n
2
n
1
125µm
Sợi SI - MM Sợi GI - MM
50µm 50µm