KYế THUAT THONG TIN QUANGKYế THUAT THONG TIN QUANG
Baứi 2:
NGUYE

NLY

TRUYE

NA

NH SA

NG
NGUYEN

LY

TRUYEN

ANH

SANG

TRONG SễẽI QUANG
NỘI DUNG
 Cơ sở quang học

Ca
á
utaosơiquang


Graded Index Fiber
)
ïq g ( )
 Mode sóng
 Phân loại sợi quang
CƠ SỞ QUANG HỌC
 nh sáng có hai tính chất:
−
Tính cha
á
tso
ù
ng: a
ù
nh sa
ù
ng la
ø
so
ù
ng điện tư
ø
Tính

chat

song:

anh


(m)
E: năng lượng photon (eV)
ät
áù
h
ù
th
â
kh
â
310
8
/
c: va
ä
n
t
oc an
h
san
g

t
ron
g
c
h
an
kh
on

μm
1,2
μm
1,3
μm
1,4
μm
1,5
μm
1,6
μm
0,8
μm
0,9
μm
0,6
μm
0,7
μm
0,4
μm
0,5
μm
1550
850
1550

nm
850


m
LF 30 kHz ÷ 300 kHz 10 Km ÷ 1 Km
MF 300 kHz ÷ 3 MHz 1 Km ÷ 100 m
HF
3MHz
÷
30 MHz
100 m
÷
10 m
HF
3

MHz

÷
30

MHz

100

m
÷
10

m
VHF 30 MHz ÷ 300 MHz 10 m ÷ 1 m
UHF 300 MHz÷ 3 GHz 1 m ÷ 1 dm
SHF 3 GHz

ù
nh sa
ù
ng trong cha
â
n kho
â
ng c = 3 10
8
m/s
-
c:
vận

toc

anh

sang

trong

chan

khong
,
c

=


θ
1
mo
â
itrươ
ø
ng 2
n
2
môi trường 1n
1
θ
1
’
θ
2
moi

trương

2
n
2
Tia khúc xạ
CƠ SỞ QUANG HỌC
− Tia tới, tia phản xạ và tia khúc xạ cùng nằm trên một
mặt phẳng
− Góc phản xạ bằng góc tới: θ
1
= θ

1
môi trường 2
n
2
môi trường 1
n
1
Tia khúc xạ
2
Tia khúc xạ
n
1
<n
2
n
1
>n
2
CƠ SỞ QUANG HỌC
 Sự phản xạ toàn phần:
Tia tơ
ù
ihan
Tia phản xạ
θ
90
°
(
θ
θ

2
n
1
Tia khu
ù
cxa
θ
2
< 90°
(n
1
>n
2
)
(θ
1
< θ
c
)
− Trường hợp n
1
>n
2
, khi góc tới θ
1
lớn hơn góc tới hạn θ
c
thì
không có tia khúc xạ, tia tới phản xạ hoàn toàn về môi
t ườ t à

n để xả
y
ra hie
ä
n tươn
g

p
hản xa toàn
p
hần
(p
xt
p)
?
ä
ï
gp
ï
p(pp)
+ n
1
>n
2
+ θ
1
> θ
c
= arcsin(n
2


d
ụn
g

t
ron
g
c
h
e
t
ạo s
ơ
ï
i
quan
g
va
t
ru
y
en an
h
san
g

qua sợi quang
CẤU TẠO SI QUANG
 Sợi quang cơ bản gồm có 2 lớp:

lõi (n
1
)
lớp bọc (n
2
)
n
1
a
b
0
b
NGUYE
Â
NLY
Ù
TRUYE
À
NA
Ù
NH SA
Ù
NG
NGUYEN

LY

TRUYEN

ANH


la
ï
i

mặt

tiep

giap

giưa

loi

va

lớp bọc
Ỉ
nh sáng có thể truyền được trong sợi quang bò uốn
con
g
với một độ con
g

g
iới hạ
n
(thỏa điều kiện phản xạ
toàn phần)

b
KHA
Å
U ĐỘ SO
Á
NA
KHAU

ĐỘ

SO

NA
(NUMERICAL APERTURE)
 Điều kiện để một tia sáng chiếu tới đầu sợi quang với góc
tới φ có thể truyền được trong lõi sợi quang?
φ
1
=φ
c
θ
1
=θ
c
> θ
2
θ
3
>
< φ

KHA
Å
U ĐỘ SO
Á
NA
KHAU

ĐỘ

SO

NA
(NUMERICAL APERTURE)
 Kết luận:
− Sự phản xạ toàn phần chỉ xảy ra đối với những tia sáng
ù ù ùi û đ à i h û h ù ùi h
φ
co
ù

g
o
ù
c tơ
ùi
ơ
û

đ
a

n kha
û
na
ê
ng ghe
ù
pa
ù
nh sa
ù
ng va
ø
o trong sơi
NA

bieu

dien

kha

nang

ghep

anh

sang

vao


Ỉ
nhieu

mode

song
Ỉ
tan

sac

mode
 Tính NA?
22
121
2
NA n n n
=
−=
Δ
121
2
NA n n n
Δ
Δ = (n
1
–n
2
)/ n

θ
=90
o
n
1
n
2
n
a
b
0
lõi (n
1
)
lớp bọc (n
2
)
α
2
α
3
1
2
3
α
3
>

α
2

chie
á
tsua
á
t nha
û
ybậcSI(Step
-
Index Fiber)
α
3
α
3
a
b
3

Sơ
ï
i

quang

co

chiet

suat

nhay

ian tru
y
e
à
n của các tia sán
g
khác nhau:
t
i
=s
i
/
v
Ỉ chênh lệch về thời gian truyền giữa các tia sáng
Ỉ
Hiện tương ta
ù
nsa
é
c (dispersion)
TA
Ù
NSA
É
CMODE
TAN

SAC

MODE

t
o
3
t
1
t
2
t
3
τ
in
Δτ

Đò
n
h
ng
hó
a:
T
a
ù
n sa
é
c
l
a
ø

hi

− Tín hiệu tượng tự: méo dạng tín hiệu
− Tín hiệu số: chồn
g
lấp
g
iữa các bit
Ỉ hạn chế dung lượng và cự ly truyền của tuyến quang
TA
Ù
NSA
É
CMODE
TAN

SAC

MODE
(MODAL DISPERSION)
 Một tia sáng được xem như một mode sóng Ỉ tán sắc mode.
 Nguyên nhân gây ra hiện tượng tán sắc trên?
− Có nhiều tia sáng truyền trong sợi quang với quãng đøng truyền khác
nhau
− Va
ä
n tốc tru
y
ền bằn
g
nhau Ỉ thời
g

QUANG

GI
(Graded-Index Fiber)
r
n
1
n
2
n(r)
a
b
0
α
3
1
3
α
3
> α
2
> α
1
= 0
o
r
α
2
n
1

⎝⎠
⎢⎥
⎣⎦
≥
 Các tia sáng truyền theo đường cong Ỉ Tại sao?
2

r
na
≥
SƠI QUANG GI
SƠ
Ï
I

QUANG

GI
(Graded-Index Fiber)
r
n
1
n
2
n(r)
a
b
0
α
3

1
< s
2
< s
3
 Vận tốc truyền giữa các tia sáng khác nhau: v
1
< v
2
< v
3
Tit ( 0) (0)
lớ h át
Ỉ
(0) / (0) h û h át
+
T
ạ
i

t
rục
(
r=
0)
: n
(0)
=n
1
lớ

i
=s
i
/
v
i
Ỉ Δt
ij
= t
i
–t
j
nhỏ
SƠI QUANG GI
SƠ
Ï
I

QUANG

GI
(Graded-Index Fiber)
 Sợi GI có tán sắc mode nhỏ hơn nhiều so với sợi quang SI
 Tán sắc mode đơn vò d
mode
(ns/km) của sợi SI và GI:
Ỉ
á
1
modeSI

Ỉ
Sơi quang đơn mode SMF: d
d
=0
Ỉ
Sơ
ï
i

quang

đơn

mode

SMF:

d
mo
d
e
=

0
 Ứng dụng:
+ Sợi SI: cự ly truyền ngắn và tốc độ bit truyền thấp
+ Sợi GI: cự ly truyền và tốc độ bit truyền trung bình
+ Sợi SM: cự ly truyền dài và tốc độ bit truyền cao
n
2

n
2
n(r)
a
a
b
r
PHÂN LOẠI SI QUANG
 Phân loại theo dạng chiết suất của lõi:
− Sợi quang có chiết suất nhảy bậc SI
ááûà
− Sợi quang có chie
á
t sua
á
t gia
û
m da
à
n GI
− Sợi quang giảm chiết suất lớp bọc
− Sợi quang dòch tán sắc DSF (Dispersion-Shifted Fiber)
− Sợi quang san bằng tán sắc DFF (Dispersion-Flatened Fiber)
n
1
n(r)

n(r)
n(r)
r

a
4
a
3
a
4
a
2
a
2
0
a
1
a
1
a
3
a
3
Giảm chiết suất lớ
p
bọc Sợi dòch tán sắc DSF Sợi san bằn
g
tán sắc DFF
PHÂN LOẠI SI QUANG
 Phân loại theo số mode truyền trong sợi quang
− Sợi đa mode:
+ Sợi SI, GI (G.651):
+ (50/125μm), (62.5/125μm), (100/140μm)
Sơi đơn mode SMF (Single

 Phân loại theo vật liệu chế tạo:
− Sợi thủy tinh (All-glass fiber): lõi và lớp bọc bằng thuỷ tinh
− Sợi plastic (All-plastic fiber): lõi và lớp bọc đều bằn
g
plastic
− Sợi PCS (Plastic-Cladded Silica): lõi bằng thủy tinh, lớp bọc
la
ø
mba
è
ng nhưa
lam

bang

như
ï
a
PHÂN LOẠI SI QUANGSợi thủy tinh Sợi PCS Sợi plastic

Đặc tính kỹ thuật:

- Kích thước sợi
(9/125
μ
m), (50/125
μ

-
Suy hao cưc tie
å
u
0 2dB/km (
λ
=1550nm)
8dB/km (
λ
=900nm)
55dB/km (
λ
=570nm)
-

Suy

hao

cư
ï
c

tieu

0
,
2dB/km

(

á
c độ bit
Ha
ø
ng Gb/s
Băng thông
×
Cự ly truyền
B
×
L
= 5 (Mbit/s
×
km)
Va
ø
itra
ê
m Mbit/s

Toc

độ

bitHang

Gb/s

-
Truyền dẫn thông tin
-
Hệ thống viễn thông,
mạng máy tính- Tự động hoá