Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
Lời nói đầu
Ngày nay, hệ thống thông tin quang là hệ thống thông tin mà trong
đó tín hiệu được truyền dẫn dưới dạng ánh sáng. Môi trường truyền dẫn là
các sợi quang (các sợi mảnh).
Cáp quang đã trở thành phương tiện truyền dẫn hết sức hiệu quả
trong các mạng thuê bao. Do các ưu điểm của nó hơn hẳn các phương tiện
truyền dẫn khác. Cáp quang ngày càng được nhiều nước sử dụng làm
phương tiện truyền dẫn thông tin của mình nó có chất lượng truyền dẫn tốt
hơn hẳn so các hệ thống truyền dẫn khác - nó còn là phương tiện truyền
dẫn an toàn nhất trong mọi điều kiện. Nó đóng vai trò đa năng truyền dẫn
mọi dịch vụ viễn thông có chất lượng cao đòng bộ và hiện đại như: Truyền
số liệu, hội nghị truyền hình, truy nhập dữ liệu từ xa, dẫn các tạp thông tin
đa phương tiện.
Cùng với những ưu điểm như: Độ suy hao thấp, độ rộng băng tần
cao, đường kính sợi nhỏ, trọng lượng nhẹ, đặc tính cách điện cao, tiết
kiệm tài nguyên.
Trong phần báo cáo thực tập này em xin nghiên cứu những vấn đề
sau:
Hệ thống thông tin quang.
Cáp sợi quang và những vấn đề liên quan.
Được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy Vũ Đức Thọ -trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội. Nay bản báo cáo tực tập của em đã hoàn
thành, em kính mong các thầy cô giáo xem xét và bổ khuyết, em xin trân
thành cảm ơn.

.
1
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
PHẦN I: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THÔNG TIN QUANG

thông trong thế kỷ 21.
1.2 Cấu trúc hệ thống thông tin quang:
Hình vẽ 1.1 biểu thị cấu hình cơ bản của hệ thống thông tin quang.

Chức năng của từng bộ phận trong hệ thống thông tin quang:
Bộ biến đổi điện – quang ( E/O): Dùng để biến đổi tín hiệu điện thành tín
hiệu quang để truyền trong môi trường cáp quang ( biến đổi xung điện thành xung
quang).
Yêu cầu thiết bị E/O biến đổi trung thực ( ánh sáng bị điều biến theo qui luật
của tín hiệu điện).
3
Hình 1.1: Cấu hình của hệ thống thông tin quang.
Cáp quang Cáp quang
Nguồn
thu
thông
tin
E/O

O/
E
E/
O
O/E
Nguồn
phát
thông
tin
Bộ biến
đổi điện

Thông tin quang cũng như nhiều loại thông tin khác nó cũng có những ưu và
nhược điểm riêng:
1.3.1 Ưu điểm :
• Sợi quang không bị nhiễu bởi các tia điện từ trong không gian và ngược lại nó
cũng không phát ra các tia điện từ gây ảnh hưởng tới các thiết bị xung quanh.
Như vậy các tín hiệu tryuền qua sợi quang không thể bị nghe lén được. Tin tức
được đảm bảo bí mật
• Giá thành của hệ thống dẫn tín hiệu bằng cáp kim loại đắt hơn so với cáp sợi
quang.
• Độ cách điện cao đến hàng nghàn volt giữa trạm phát và trạm nhận tín hiệu.
• Trong kênh thông tin trọng lượng và kích thước của các bộ phận đều nhỏ nhẹ.
4
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
• Tín hiệu và hệ thống truyền tin bằng sợi quang thích hợp với các linh kiện, IC
lozic TTC và CMOS.
• Truyền tín hiệu qua cáp quang không bị nhiễu và không có hiệu ứng thời gian trễ
như ở thông tin vệ tinh.
• Độ rộng băng tần đến 3000GHz. Đến nay với cách truyền tin AM hay Time-
Multiplex độ rộng băng tần bị hạn chế còn khoảng 10GHz.
1.3.2. Nhược điểm.
• Hàn, nối sợi khó khăn hơn cáp kim loại.
• Muốn cấp nguồn từ xa cho các trạm lặp cần có thêm dây đồng đặt bên trong sợi
quang.
• Khi có nước, hơi ẩm lọt vào cáp thì cáp sẽ nhanh chống bị hỏng và các mối hàn
mau lão hoá làm tăng tổn hao.
• Do sợi có kích thước nhỏ nên hiệu suất của nguồn quang thấp.
• Vì đặc tính bức xạ không tuyến tính của laze diode nên hạn chế truyền analog.
• Không thể truyền mã lưỡng cực.
1.3.3 Ứng dụng.
Nhờ những ưu điểm trên mà sợi quang được ứng dụng trong các mạng lưới

v: Tần số ánh sáng
λ: Bước sóng
Trong không gian tự do thì c = 3.10
8
m/s, còn các môi trường trong suốt khác
thì vân tốc ánh sáng là v < c. Khi đó chỉ số chiết suất n của vật liệu đó là:
n = c/v
Hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng có thể xem xét trong trường hợp có
hai môi trường khác nhau về chỉ số chiết suất. Như ta đã biết, các tia sóng được
truyền từ môi trường có chiết suất lớn vào môi trường có chiết suất nhỏ hơn thì sẽ
thay đổi hướng truyền của chúng tại danh giới phân cách giữa hai môi trường. Các
tia sáng khi đi qua vùng ranh giới này bị thay đổi hướng nếu tiếp tục đi vào môi
trường có chiết suất mới thì gọi đó là tia khúc xạ, còn tia nào qua ranh giới này quay
trở lại môi trường ban đầu thì gọi là tia phản xạ
Hình dưới đây minh hoạ quá trình phản xạ và khúc xạ ánh sáng ứng với một
môi trường thứ nhất có chiết suất n
1
lớn hơn chiết suất n
2
của môi trường thứ hai.
7
φ
2
θ
2
φ
1
θ
1
Tia tới Tia phản


* Theo định luật Snell ta có quan hệ:
n
1
.sin φ
1
= n
2
.sinφ
2
.
φ
1
:

là góc tới góc hợp bởi pháp tuyến của mặt phân cách 2 môi trường với tia
tới.
φ
2
: Là góc hợp bởi pháp tuyến của mặt phân cách hai môi trường với tia khúc
xạ.
Ta có thể viết như sau:
n
1
.cosθ
1
= n
2
.cosθ
2

a> Tán sắc mode:
• Tán sắc mode tồn tại trong tất cả các sợi quang đa mode , không có trong đơn
mode.
• Tán sắc mdoe còn gọi là tán sắc giữa các mode.
• Tán sắc mode là do các mode truyền trong sợi với tỷ lệ khác nhau và đến cuối
đầu thu tại các thời điểm khác nhau, nghĩa là truyền tốc độ như nhau nhưng đến
đầu thu không đồng thời.
• Trong các sợi đa mode có sự khác nhau về tốc độ nhóm giữa các dạng sóng. Tuy
các dạng sóng xuất phát từ đầu sợi tại cùng một thời điểm nhưng đến cuối sợi thì
không đồng thời. Giữa các dạng sóng (các tia sóng ) nhanh nhất và chậm nhất
gây ra độ lệch thời gian đặc trưng cho tán sắc mode.
b> Tán sắc sắc thể trong sợi đa mode:
Tán sắc sắc thể có trong sợi đa mode và sợi đơn mode:
• Tán sắc sắc thể gây ra do sự phụ thuộc của tốc độ nhóm vào bước sóng của tín
hiệu và làm cho thời gian tới của các thành phần có bước sóng khác nhau không
như nhau.
9
Hình a : Dãn xung
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
• Tán sắc sắc thể bao gồm tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng:
+ Tán sắc vật liệu: Là do các bước sóng khác nhau từ nguồn quang và truyền với
tốc độ khác nhau do sự thay đổi các chỉ số khúc xạ theo bước sóng.
+ Tán sắc ống dẫn sóng: Là do sự phụ thuộc không tuyến tính của hằng số chuyền
lan vào tần số bước sóng trong ống dẫn quang.
2.2 Cấu tạo cáp sợi quang:
2.2.1 Lõi cáp sợi quang:
Bao gồm sợi quang đặt trong ống đệm chặt hoặc ống đệm lỏng được liên kết
với nhau bằng cách xoắn quanh một phần tử trung tâm gọi là phần tử gia cường.
Bước xoắn phải đủ dài để cho sợi quang không bị cong quá mức qui định và
đủ ngắn để đủ độ giãn dài khi bị kéo căng cáp.

Fluorocthlenepro
500
5,6-6,5
2,1-3,8
0.7-1,4
3.3-4.2
0.7-0.24
2-3,2
5
300
1,5-100
90-650
200-700
200-400
250-330
71
1,3-2,4
0,4-0,7
0,1-0,24
1,1-1,4
0,1
0,35
0,05
20
11-13
10-22
8-9,5
7-21
8,3-10,5
10

dùng thép phải chú ý chống ăn mòn và chống điện áp cao do sét đánh.
11
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
+ Phi kim loại: Thường là dây thuỷ tinh Plastic tăng cường(G-FRP) hoặc là các
sợi amid. Thường đặt ở tâm cáp có độ mềm dẻo cao(hoặc đặt phân tán trong vỏ cáp)
a> Các cách đặt phần tử gia cường trong lõi cáp quang:
1.Phần tử gia cường.
2. Lõi cáp.
3. ống đệm.
b> Các đặc tính của phần tử gia cường:
Vật liệu TrọngL
ượng
riêng
Modul
đàn hồi
kg/mm
2
Ứng suất
điểm uốn
kg/mm
2

Độ co
dãn
điểm
uốn %
Ứng suất
tại điểm
gẫy
kg/mm

2
1
3
1
3
2
2
Hình 2.3: Cách đặt phần tử gia cường.
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
Bảng 2.2: Các đặc tính của phần tử gia cường.
2.2.4 Các thành phần khác trong lõi cáp.
a> Các dây dẫn có cách điện: Các dây này là một thành phần của lõi cáp dùng để
truyền các kênh nghiệp vụ hoặc để phát hiện thấm nước vào cáp hoặc cấp
nguồn từ xa nhưng sự có mặt của các dây này gây ra nhược điểm cho cáp là
hiện tựơng cảm ứng điện từ của dây cao áp hoặc sét.
b> Các lớp đệm lót được sử dụng để bảo vệ lõi cáp từ lực nén xuyên tâm: đó
là các vật liệu Plastic quấn hình trôn ốc quanh lõi cáp.
c> Các băng quấn quanh lõi cáp : Các băng này có hai chức năng:
- Liên kết các thành phần của lõi cáp với nhau.
- Tạo ra lớp ngăn nhiệt khi bị nóng và phồng ra.
d> Một số bộ phận để bơm không khí khô để chống ẩm vào và chống nước.
e> Chất độn làm đầy để bảo vệ lõi cáp không bị hơi ẩm thấm vào trong và chống
nước ngấm dọc cáp khi vỏ cáp bị thủng. Nó có tác dụng ổn định hoá học không
tạo khí Hyđrôgen.Chất độn chủ yếu nằm trong vỏ cáp có khi cả lõi cáp.
2.3 Phân loại sợi quang.
Như trong bảng 2.3, sợi quang được phân loai theo nhiều cách như phân loại
theo vật liệu điện môi sử dụng, mode truyền dẫn, phân bố chiết suất khúc xạ của lõi
v.v....
Phân loại theo vật liệu điện môi Sợi quang thạch anh
Sợi quang thuỷ tinh đa vật liệu

này có sự chênh lệch về thời điểm đến của đầu cuối làm cho việc truyền thông tin
đến các địa điểm xa vài trụcMHz-Km.
b> Sợi quang đa – model chiết suất biến đổi:
Sợi quang đa model chỉ số lớp: Được thiết kế để giảm độ sai lệch về thời gian
như đã đề cập ở trên. Loại sợi quang này có hệ số khúc xạ lớn nhất tại lõi của nó và
có độ khúc xạ nhỏ hơn về phía áo sợi quang Điều này có nghĩa là sự phân bố hệ số
khúc xạ có hình chuông. Nếu đúng như vậy thì tốc độ của ánh sáng mà nó bị uốn
cong theo chiều dài sẽ tăng lên khi hệ số khúc xạ giảm đi và do vậy ánh sáng sẽ dến
đầu cuối ra gần đúng như thể ánh sáng đã lan truyền theo một đường thẳng. Vì vậy
nó có thể giữ nhiều thông tin ( GHz-Km) gấp hàng trăm nghàn lần so với sợi quang
14
Tổng quan về hệ thống thông tin quang GVHD:Thầy Vũ Đức Thọ
chi số bước. Đường kính của lõi sợi quang chỉ số lớp này là 50µm và đường kính
của áo sợi quang là 125 µm.
c> Sợi quang đơn model (Nằm trong nhóm sợi quang chiết xuất phân bậc):
Đường kính và lõi của sợi quang đơn model nhỏ hơn nhiều so với sợi quang
đa model. Khi đường kính và lõi của sợi quang giảm xuống và độ sai lệch về hệ số
khúc xạ giữa lõi và áo sơị quang giảm đi. Trong trường hợp này không có sự khác
biệt nào về thời gian do sự khác biệt giữa các góc lan truyền gây ra vì vậy nó có dải
thông truyền dẫn lớn (100GHz-Km hoặc hơn nữa).
2.4 Các nguyên tắc lan truyền ánh sáng của sơi quang.
2.4.1 Ánh sáng truyền qua sợi quang đa model chiết xuât bậc:
Đa mode chiết xuất bậc đa dạng sóng có chiết suất nhảy bậc. Sợi quang đa
model chiết suất bậc có đường kính chỉ bằng đường kính của 1sợi tóc, bọc bên
ngoài là vỏ cũng bằng thuỷ tinh có chiết suất bé hơn. Độ rộng băng tần đạt đến
100MHz/Km. Khi một tia sáng đi vào sợi quang với một góc tương đối hẹp, nó bị
phản xạ liên tục ở đường biên cho đến khi nó chạy ra ở đầu cuối.
Có nhiều tia sáng trong lõi, n
1
=const nên tốc độ của ánh sáng trong lõi là: