Bỏo cỏo thc tp
Lời nói đầu:
====***====
Cách đây 20 năm, từ khi hệ thống thông tin cáp sợi quang chính thức đa
vào khai thác trên mạng viễn thông. mọi ngời đều thừa nhận rằng phơng thức
truyền dẫn quang đã thể hiện khả năng to lớn trong công việc chuyển tải các
dịch vụ viễn thông ngày càng phong phú. và hiện đại của nhân loại, các hệ
thống thông tin quang với những u điểm về băng tần rộng, có cự ly thông tin
cao. Đã có sức hấp dẫn mạnh đối với các nhà khai thác. các hệ thống thông tin
quang không chỉ đặc biệt phù hợp với các tuyến thông tin xuyên lục địa, đờng
trục và trung kế mà còn có tiềm năng to lớn trong việc thực hiện các chức năng
của mạng nội hạt với cấu trúc linh hoạt và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ hiện
tại và tơng lai.
Trong vòng mời năm qua, cùng với sự vợt bậc của công nghệ điện tử ,
viễn thông, công nghệ sợi quang và thông tin quang đã có những tiến bộ vợt
bậc, giá thành không ngừng giảm tạo điều kiện cho việc ngày càng rộng rãi trên
nhiều lĩnh vực thông tin, công nghệ thông tin quang đã đợc khai thác phổ biến
trên mạng lới hiện nay chỉ là giai đoạn sự khởi khai phá các tiềm năng của nó.
nh ta đã biết kỹ thuật và công nghệ thông tin quang có một tiềm năng vô cùng
phong phú và công việc nghiên cứu phát triển còn đang tiến tới phía trớc với
một tiền đồ rộng lớn Báo cáo thực tập này đợc hoàn thành tại Công ty truyền
dẫn Viettel. Bản báo cáo này chỉ nói đợc một phần trong sợi quang nên đang
còn nhiều hạn chế và thiếu sót vậy mong các thầy cô giúp đỡ nhiều.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
i hc giao thụng vn ti
1
Bỏo cỏo thc tp
CHƯƠNG I :
Tổng quan về thông tin quang.
1.1 tiến trình phát triển của hệ thống thông tin quang.
Từ xa xa loài ngời đã biết sử dụng ánh sáng để truyền thông tin nhờ tín

trong mạng viễn thông mà còn thêm nhiều ứng dụng trong hệ thống công
nghiệp và dân dụng .
1.2.Các u điểm và nh ợc của hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang
a).hệ thống truyền dẫn quang có những u điểm sau:
Độ rộng băng tần lớn (khoảng 15 THz ở nm) và suy hao thấp (0,2 0,25
dB / KM ở bớc sóng 1550nm). độ rộng băng tần lớn và suy hao thấp điều này
cho phép truyền dẫn tốc độ bit cao trên cự li rất xa.
Sợi quang không bị ảnh hởng của nhiễm điện từ .
Tính an toàn và tính bảo mật cao do không bị rò sóng điện từ nh cáp kim
loại. Sợi quang có kích thớc nhỏ, không bị ăn mòn bởi a xit, kiềm, nớc có độ
bền cao.
Hệ thống truyền dẫn quang có khả năng nâng cấp dễ dàng lên tốc độ bit
cao hơn bằng cách thay đổi bớc sóng công tác và kỹ thuật ghép kênh. b).Nhợc
điểm của hệ thống truyền dẫn quang:
- Không truyền dẫn đợc nguồn năng lợng có công suất lớn , chỉ hạn chế ở
mức công suất cở vài miliwat.
- Tín hiệu truyền bị suy hao và giãn rộng, điều này làm hạn chế cự li hệ
thống truyền dẫn. Thiết bị đầu cuối và sợi quang có giá thành cao so với hệ
thống dùng cáp kim loại .
- Hệ thống thông tin quang yêu cầu cấu tạo các linh kiện rất tinh vi và đòi
hỏi độ chính xác tuyệt đối là trong việc hàn nối là phức tạp.
- Việc cấp nguồn điện cho các trạm trung gian là khó vì không lợi dụng
luôn đợc đờng truyền nh ở trong các hệ thống thông tin điện .
1.3. Các hệ thống truyền dẫn số bằng cáp sợi quang trong
mạng viễn thông.
i hc giao thụng vn ti
3
Bỏo cỏo thc tp
1.3.1.Hệ thống truyền dẫn bằng sợi quang, điều chế cờng độ tách sóng
trực tiếp.

Nguồn

quang
Trạm
Lặp
Khuếch

đại
Khôi
phục

tín
hiệu
Khối
Tách
Kênh
Các
luồng tín
hiệu điện
Các
luồng tín
hiệu điện
Bỏo cỏo thc tp
Khối dồn kênh / tách kênh : Ghép các luồng tín hiệu có tốc độ thấp
(2Mbit/s, 34Mbit/s, 140M bit/s,158Mbit/s..)thành luồng tín hiệu có tốc độ bit
cao hơn và ngợc lại .
Khối phát : Gồm có mạch kiều khiển, nguồn quang thực hiện việc điều
biến các tín hiệu thành các tín hiệu quang để truyền vào sợi quang .
Các hệ thống thông tin quang coherent trong tơng lai thì áp dụng nguyên lý
điều pha hoặc điều tần tín hiệu quang.

1000 Hớng trong tơng lai
DFBLD-( hồi tiếp phân bố)
1500nm
100
1300nm

10 850nm

sợi đa mode sợi đơn mode
1
0.01 0.1 1 10 100
tốc độ bit (G bit/sd )

Hình 1.2. Các thế hệ phát triển của hệ thống thông tin cáp sợi quang.
1.3.2. Hệ thống thông tin quang Coherent:
Độ nhạy thu( dBm )
thu trực tiếp
i hc giao thụng vn ti
6
Bỏo cỏo thc tp
-40
thu Coherent
-60
-80
10
2
10
3
10
4

PSK: hoặc khoá dịch tần FSK kỹ thuật FSK cho PHép giảm độ thu xuốnh
2-3dB, nhng yêu cầu bề rộng phổ của nguồn phát rất hẹp (tỷ số bề rộng phổ/tốc
độ truyền 10
-4
) trong khi kỹ thuật FSK yêu cầu tỷ số bề rộng phổ/ tốc độ
truyền 10
-1
).
Sợi quang: Sợi quang dùng trong hệ thống coherent có thể là loại sợi
quang đơn mode thông thờng hoặc sợi đơn bảo toàn phân cực .
Nếu sử dụng sợi đơn mode thờng, trớc bộ thu ta cần sử dụng bộ điều chỉnh
phân cực .
Khối thu: Trong hệ thống coherent , khối thu đợc chia thành hai loại
i hc giao thụng vn ti
8
Bỏo cỏo thc tp
heterodyne và homodyne. ở đầu thu, tín hiệu thu đợc trộn với tín hiệu dao động
nội. trong bộ thu heterodyne, tần số bộ dao động nội khác tần số của tín hiệu
tới. đối với bộ thu homodyne, tần số dao động nội trùng với tần số tín hiệu
Kỹ thuật thu hemodyne nhạy hơn thu hemodyne khoảng 3 dB nhng rất khó
thực hiện bởi tín hiệu dao động nội phải giử đồng pha với tín hiệu thu đợc. Hệ
thống thông tin quang kết hợp sẽ đợc phép truyền dữ liệu với tốc độ hàng chục
Gbit/s trở lên qua những khoảng cách rất xa nhng cha đợc sử dụng trong thực tế
do những khó khăn về công nghệ chế tạo và giá thành .
1.4. XU H ớng phát triển của hệ thống truyền dẫn cáp
sợi quang:
Các nghiên cứu về truyền dãn trên cáp sợi quang tập trung vào hai mục
tiêu chính là tăng tốc độ truyền dẫn và cự li tăng giữa các khoảng lặp .
Các hớng phát triển của kỷ thuật thông tin cáp sợi quang hiện nay là:
1.4.1.Sự dụng kỹ thuật phân kênh theo bớc sóng ( WDM ):


18

18

Single- Mode Fiber
-10

1
= 1,527nm
18
= 1,561nm
-20 2nm
-30
-40
-50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1,544.5 1,510.5 1,540.5
Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống truyền dẫn ghép kênh theo bớc sóng
1.4.2.Thực hiện các hệ thống truyền dẫn coherent và sử dụng kỹ thuật
phân kênh theo tần số ( FDM Frequency Division Multiplex).
Kỹ thuật FDM cung cấp khả năng truyền dẫn còn lớn hơn rất hiều so với
kỹ thuật. Ghép kênh theo bớc sóng. khoảng cách giữa các kênh trong hệ thống
ghép kênh theo tần số chỉ yêu cầu khoảng 5GHz( tơng đơng 0.04nm ở bớc sóng
1550nm), trong khi giữa các kênh trong kỹ thuật ghép kênh theo bớc sóng
khoảng 250 GHz tức 2nm.Nếu mỗi kênh truyền tốc độ 2.5 Gbit/s, ta có thể
truyền một dung lợng tơng đơng30.240 x 2500= 75,6 triệu kênh thoại trên một
đôi sợi quang.
i hc giao thụng vn ti
10

bé đợc phát ra từ một nguồn sáng . các phần tử này đợc hình dung nh đang đi
theo một đờng thẳng và có thể thâm nhập vào môi trờng trong suốt nhng lại bị
phản xạ khi gặp các môi trờng đục.
a). Chiết xuất của môi trờng :
i hc giao thụng vn ti
12
Bỏo cỏo thc tp
Chiết xuất của môi trờng đợc xác định bởi tỷ số của vận tốc ánh sáng
truyền trong chân không và vận tốc của ánh sáng ấy .
n = c/v ( 2.1 )
n: chiết xuất môi trờng , không đơn vị.
c: vận tốc ánh sáng truyền trong chân không , đơn vị m/s.
v : vận tốc ánh sáng truyền trong môi trờng , đơn vị m/s.
Vì v c nên n 1.
1,50
1,49
1,48 n
g
= n -

d
dn

1,47
1,46
1,45
1,44 n
1,43
0,6 0,8 0,2 0,4 0,6 0,8 2,0 ( à )
Hình 2.1. Sự thay đổi chiết suất n

= n
2
sin
2
( 2.2 )
Tia tới pháp tuyến tia phản xạ1


1
Môi trờng 1 : n
1

1
Mặt ngăn cách
Môi trờng 2 : n
2

2

2

Tiakhúc xạ
Hình . 2.2. hiện tợng phản xạ và khúc xạ ánh sáng.
c). Sự phản xạ toàn phần :
Từ công thức Snell đã nêu trên ta thấy :
Nếu n
1

2
=90
o
, tức tia khúc xạ song song với mặt tiếp giáp, thì
1
đợc gọi
là góc tới hạn q
c
. Nếu tiếp tục tăng
1
>
c
thì không còn tia khúc xạ nữa mà chỉ
còn tia phản xạ ( hình 2.2 )
i hc giao thụng vn ti
14
Bỏo cỏo thc tp
Dựa vào định luật khúc xạ ánh sáng ( công thức Snell ) với
2
= 90
0
có thể
tính đợc góc tới hạn
c
:
Sin
c
=
1
2


Phát tuyến
Tia tới 2 3
c
1 Tia phản xạ
1
1
n
1
1 2
Mặt ngăn cách ( n
1
> n
2
n
22
3 Tia khúc xạ

Hình 2.3. Sự phản xạ toàn phần.
2.1.2 Sự truyền ánh sáng trong sợi quang :
a. Nguyên lý truyền dẫn chung.
T
n
2

n(r) Lớp vỏ
n

A
c
1 n
1

max

n
1
n
2

Hình .2.5. Đờng truyền của các tia sáng với góc tới khác nhau
áp dụng công thức Snell tính NA:
Tại điểm A đối với tia 2:
n
o
sin
max
= n
1
sin (90
o
-
c
)
Mà : n
o
= 1 (chiết xuất của không khí ).
Sin (90

1
2
n
n
Do đó : NA = sin
max
=
2
2
1
2
nn
n
1
2 ( 2.4 )
Trong đó : =
1
2
2
2
1
2
2n
nn

1
21
n
nn
: độ chênh lệch chiết suất tơng đối





=
21
2/1
1
1
121
1
nnn
a
r
n
rn
g
bra
ar



Trong đó : n
1
: chiết suất lớn nhất của lỏi.
n
2
: chiết suất lớp bọc .

1

=n
1
n(r) g =
g=1 g=2
b a 0 a b
Hình 2.6. Các dạng phân bố chiết suất .
a) . Sợi quang có chiết suất phân bậc ( SI : Step Index ) :
Đây là loại sợi có cấu tạo đơn giãn nhất với chiết suất của lõi và lớp bọc
khác nhau một cách rõ rệt nh hình bậc thang . các nguồn quang phóng vào đầu
sợi với góc tới khác nhau sẽ truyền theo những đờng khác nhau nh hình 2.7 .
khôngkhí
b
a n
2
n(r) n
2
< n
1
o 1 n
1
a n
1
2 3
b n
2

r n
0
Hình 2.7. Truyền ánh sáng trong sợi quang SI.
Các tia sáng truyền trong lỏi sợi cũng có vận tốc ( vì V













=
21
2
1
1
1
nn
a
r
n
rn
,
bra
ar


(2.5)
Vì chiết suất này thay đổi một cách liên tục nên các tia sáng truyền trong

*Dạng san bằng tán sắc : ( Hình 2.9c )
Với mục đích làm giảm độ tán sắc của sợi quang trong một khoãng bớc
sóng. chẳng hạn đáp ứng cho kỷ thuật ghép kênh theo bớc sóng ngời ta dùng sợi
quang có chiết suất nh (hình 2.9c). Dạng chiết suất này khá phức tạp nên hiện
nay chỉ mới áp dụng trong phòng thí nghiệm cứ cha đa ra thực tế .
A b c
Hình 2.9. Các dạng chiết suất đặc biệt.

2.1.4. Sợi đa mode và đơn mode
Có hai hớng khảo sát truyền ánh sáng trong sợi quang : một hớng dùng lý
thuyết tia sáng và một hớng dùng lý thuyết sóng ánh sáng . thông thờng lý
thuyết tia đợc sử dụng vì nó đơn giãn, dễ hình dung. song cũng có những khái
niệm không thể dùng lý thuyết tia đễ diễn tả một cách chính xác, ngời ta phải
dùng đến lý thuyết sóng. mode là một trong những khái niệm đó .
i hc giao thụng vn ti
20
Bỏo cỏo thc tp
Sóng ánh sáng cũng là sóng điện từ có thể áp dụng các phơng trình
Maxwell với điều kiện biên cụ thể của sợi quang đễ xác định biểu thức sóng
truyền trong nó. Dựa trên biểu thức đã xác định có thể phân tích các đặc điểm
truyền dẫn sóng. trong khuôn khổ có hạn, ta sẽ không trình bày các bớc giải ph-
ơng trình mà chỉ nêu các thông số rút ra từ kết quả có liên quan



2
=V
. a . NA = K . a . NA
Đến đặc tuyến truyền dẫn của sợi quang . một mode song là một trạng thái
truyền ổn định của ánh sáng trong sợi. khi truyền sợi trong ánh sáng đi theo

V: Thừa số V
g : Số mũ trong hàm chiết suất
Số mode truyền đợc trong sợi chiết suất bậcSI là g:

2
2
V
N
i hc giao thụng vn ti
21
Bỏo cỏo thc tp
Với sợi có chỉ số chiết suất giảm dần g = 3 thì số mode là:

6
2
V
N
Tóm lại : sợi có thể truyền đợc nhiều mode đợc gọi là đa mode, sợi chỉ
truyền đợc một mode gọi là đơn mode .
a)Sợi đa mode:
Sợi đa mode có đờng kính lõi và khẩu độ số lớn nên có thừa số V và số
mode N lớn. các thông số của loại đa mode thông dụng là :
125àm 125àm
n n
n
1
n
0
n
2

Các thông số của sợi đơn mode thông dụng là :
Đờng kính lõi d = 2a = 9à m ữ 10àm
Đờng kính lớp bọc D = 2b = 125 àm
Độ lệch chiết suất 0,3 %
Chiết suất lõi n
1
1,45

n
0
n
2
n
1
n

125àm
= 0,3%
Hình 2.11. Kích thớc sợi đơn mode.
Độ tán sắc của sợi đơn mde nhỏ hơn nhiều so với sợi da mode ( kể cả loại
sợi GI) đặc biệt ở bớc sóng = 1300nm độ tán sắc của sợi đơn mode rất thấp
( gần bằng không ). Do đó , dãi thông của sợi đơn mode rất rộng , song vì kích
thớc của sợi đơn mode quá nhỏ nên đòi hỏi kích thớc của linh kiện quang cũng
phải tơng ứng và các thiết bị hàn nối quang cũng có độ hàn nối cao yêu cầu
ngày nay đều có thể đáp ứng và do đó sợi đơn mode cũng có thể dùng phổ
biến.
2.2 SUY HAO SợI QUANG:
2.2.1Định nghĩa :
Việc truyền tín hiệu từ phía phát tới phía thu sẽ bị suy hao và méo tín hiệu,
đây là hai yếu tố quan trọng, nó tác động toàn bộ quá trình thông tin, định cỡ về

P
( 2.8 )
Trong đó P
1
= p ( 0 ) : Công suất đa vào đầu sợi
P
2
= P ( L ) : C ông suất ở cuối sợi
( dB / Km ) =
( )
( )
KmL
dBA
( 2.9 )
Hệ số suy hao hay hệ số trung bình :
Trong đó A = Suy hao của sợi
L = Chiều dài của sợi
Về nguyên lý đây không phải là giá trị tuyệt đối mà có quan hệ công suất
hoặc mức , do đó phép đo đơn giản hơn.
P
P
1
P
2
L
i hc giao thụng vn ti
24
Bỏo cỏo thc tp
Hình 2.12. Sự suy giảm công suất của sợi quang
2.2. 2..Các nguyên nhân gây suy hao trên sợi quang :