Thông tin tài liệu
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
Cau
ta
ï
o
sơ
ï
i
quang
Nguyên lý truyền ánh sáng qua sợi quang
Khẩu đo
ä
số NA
(
Numerical A
p
erture
)
ä( p)
Tán sắc mode
Sơ
ï
i
q
uan
g
GI
(
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
sang
la
song
điện
tư
− Tính chất hạt: ánh sáng bao gồm nhiều hạt photon có
năng lượng E
()
1, 24
Ehf
m
λμ
==
f
c
λ
=
à
Tron
g
đó, f: ta
à
n số (Hz)
λ
: bước són
g
(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
g
, c =
3
.
10
8
m
/
s
h: hằng số Planck, h= 6,625.10
-34
(J.s)
CƠ SỞ QUANG HỌC
Phổ sóng điện từ
Vùng hồng Vùng cực
f (Hz)
DC
VLF LF
MF
VHF VHF+SHF
+ EHF
ngoại tím
Tia X
Tia Γ
1300
nm
1,0
μm
1,1
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
nm
Vùng ánh sáng khả kiến
Ánh sáng dùng trong thông tin quang
CƠ SỞ QUANG HỌC
Băng tần Tần số (f)
Bước sóng (λ)
VLF
3kH
30 kH
100 K
10 K
VLF
3
kH
z
÷
30
kH
z
100
K
m
÷
10
K
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
÷
30 GHz 1 dm
÷
1 cm
EHF 30 GHz ÷ 300 GHz 1 cm ÷ 1mm
Các băng sóng vô tuyến
F: Frequency L: Low M: Middle H: High
V: Very U:Ultra S: Supper E: Extra
CƠ SỞ QUANG HỌC
nh sáng thấy được chiếm dải phổ từ 380nm
(tím) đến 780nm (đỏ)
nh sáng dùng trong thông tin quang nằm trong
vùng cận hồng ngoại (near-infrared) (800nm-
á
1600nm) Ỉ
không tha
á
y đượ
c
3 vùng bước sóng (cửa sổ bước sóng) được sử
dụng trong thông tin quang:
850 nm, 1300 nm và
1550 nm
CƠ SỞ QUANG HỌC
Chiết suất của môi trường:
n = c/v
c:
vận to
á
ca
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
=
3
.
10
8
m/s
- v: vận tốc ánh sáng trong môi trường đang xét, v≤ c
Sư pha
û
nxava
ø
khu
ù
cxa:
Sư
ï
phan
xa
ï
va
khuc
xa
ï
:
Tia tới Tia phản xạ
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
’
− Góc khúc xạ được xác đònh từ công thức Snell:
n
1
sin
θ
1
= n
2
sin
θ
2
Tia tới
Tia phản xạ
Tia tới
Tia phản xạ
θ
2
θ
1
môi trường 2
n
2
môi trường 1
n
1
θ
2
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
)
θ
c
n
1
Tia
tơi
ha
ï
n
(θ
1
> θ
c
)
θ
2
=
90
°
(
θ
1
=
θ
c
)
n
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
Tia
khuc
xa
ï
t
r
ườ
n
g
t
r
y
e
à
n
Ỉ
hiện tượng phản xạ toàn phần
CƠ SỞ QUANG HỌC
− Từ công thức Snell: θ
c
= arcsin(n
2
/n
1
)
− Điều kie
ä
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
/n
1
)
− Khi xả
y
ra hiện tượn
g
pxtp, năn
g
lượn
g
ánh sán
g
được bảo
toàn theo hướng truyền
Ỉ
Ư
Ùù
dt h
á
tơi
ø
t
àù
h
ù
Ỉ
Ư
n
g
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
[...]... là gì? Tại sao ánh sáng truyền trong sợi quang GI theo đường cong? Tai sao sợi GI có tán sắc nhỏ hơn sợi SI? Co the h tạ ơi C ù th å chế t o sợi quang bang th û ti h có h ä só suy h b è thuy tinh hệ hao nhỏ hơn 0.2 dB/km? TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng Truyền Dẫn Sợi Quang , Ngô Thanh Ngọc, Trung Tâm đào tạo bưu chính viễn thông 2, TP.HCM, 1994 1994 Bài giảng “Cơ Sở Kỹ Thuật Thông Tin Quang , Cao Phán,... nhất - Giá thành đắt - Hàn nối khó cần thiết bò chuyên dung chuyen dụng - Truyền dẫn thông tin - Hệ thống viễn thông, mạng máy tính n1=1,46; n2=1,40 NA= 0.54 0,5μm -0 ,8 μm Băng thông × Cự ly truyền B×L = 5 (Mbit/s × km) Vài trăm mét Chất lượng và giá thành nằm giữa sợi thuỷ tinh và sợi plastic - Chất lượng thấp - Giá thành rẻ - Hàn nối dễ Vai trăm Vài tram Mbit/s - Tự động hoá CÂU HỎI Sợi SI, sợi GI... 1550nm + Sợi DSF (G.653) + Sợi dòch tán sắc khác zero NZ-DSF (G.655) PHÂN LOẠI SI QUANG 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 bằng plastic − Sợi PCS (Plastic-Cladded Silica): lõi bằng thủy tinh, lớp bọc lam bang nhưa làm bằng nhựa PHÂN LOẠI SI QUANG Sợi thủy tinh Đặc tính kỹ thuật : - Kích... ly truyền của tuyến quang TAN SAC TÁN SẮC MODE (MODAL DISPERSION) Một tia sáng được xem như một mode sóng 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 − Vậän tốc truyền bằng nhau thời gian truyền khác nhau Δt y g y Làm cách nào để hạn chế tán sắc? − Chỉ cho một tia sáng (mode sóng) truyền đi trong sợi quang sợi quang. .. vỏ (secondary coating) g) b a a 0 b a b lớp bọc (n2) n2 n n1 lõi (n1) NGUYEN LÝ TRUYEN ÁNH SÁNG NGUYÊN LY TRUYỀN ANH SANG TRONG SI QUANG Ánh sáng truyền trong lõi sợi quang bằng cách phan xạ toan phần phản xa toàn phan qua lại mặt tiếp giap giưa lõi và lai tiep giáp giữa loi va lớp bọc nh sáng có thể truyền được trong sợi quang bò uốn cong với một độ cong giới hạn (thỏa điều kiện phản xạ toàn phần)... so với sợi quang SI Tán sắc mode đơn vò dmode (ns/km) của sợi SI và GI: d mod e − SI n1 = Δ c d mod e −GI n1 Δ 2 = ⋅ c 8 SI và GI: sợi quang đa mode: dmode ≠ 0 Hạn chếá cự ly và tốc độ bit truyền Sợi Sơi quang đơn mode SMF: dmode = 0 d 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. .. thước sợi Sợi PCS Sợi plastic Đường kính lõi: 0, 5-1 mm - Chiết suất / NA (9/125μm), (50/125μm), (62.5/125μm) Δ=0,2% -1 ,3%; - Bước sóng hoạt động 0,8μm -1 ,55 μm - Suy hao cưc tiểu cực tieu 0,2dB/km 0 2dB/km (λ=1550nm) 8dB/km (λ=900nm) 55dB/km (λ=570nm) - Tán sắc cực tiểu dmat=0 (λ=1300nm) 200 ns/km Rất lớn - Cư ly truyền Hàng chục, trăm km - Tốc độ bit Toc Hang Hàng Gb/s Ưu khuyết điểm Ứn g dụn g - Chất... r PHÂN LOẠI SI QUANG Phân loại theo dạng chiết suất của lõi: − − − − − Sợi quang có chiết suất nhảy bậc SI Sợi quang có chiếát suấát giảûm dầàn 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(r) n(r) n(r) n1 n2 r r a2 a1 0 a1 a2 r r a3 a2 a1 0 a1 a2 r r a3 a4 Giảm chiết suất lớp bọc Sợi dòch tán sắc... Δt giữa các tia sáng sợi quang có chiết suất giảm dần GI (Graded Index fiber) SI SƠI QUANG GI (Graded-Index Fiber) r α3 > α2 > α1= 0o b a n2 0 a n(r) n1 α3 α2 3 2 1 b r Sợi GI: sợi quang có chiết suất giảm dần Chiết suất lõi sợi quang có dạng hình parabol 2 ⎡ ⎛r⎞ ⎤ n1 ⎢1 − Δ ⎜ ⎟ ⎥ n( r ) = ⎢ ⎝a⎠ ⎥ ⎣ ⎦ n2 r ≤a r ≥a Các tia sáng truyền theo đường cong Tại sao? SI SƠI QUANG GI (Graded-Index Fiber) r α3... tia sáng chiếu tới đầu sợi quang với góc tới φ có thể truyền được trong lõi sợi quang? φ3 < φ1=φc < φ2 φ1 φ3 φ2 3 θ2 α = 90o - θc θ1 θ3 > θ1=θc > θ2 θ3 Lõi (n1) Lớp bọc (n2) 1 2 KHAU KHẨU ĐỘ SO NA SỐ (NUMERICAL APERTURE) Kết luận: − Sự phản xạ toàn phần chỉ xảy ra đối với những tia sáng cóù góùc tớùi ởû đ àu sợi quang nhỏû h góùc tớùi h n φmax đầ h hơn hạ − sin φmax được gọi là khẩu độ số NA của sợi quang . QUANG
NỘI DUNG
Cơ sở quang học
Ca
á
utaosơiquang
Cau
ta
ï
o
sơ
ï
i
quang
Nguyên lý truyền ánh sáng qua sợi quang
Khẩu đo
ä
số NA
(
Numerical A
p
erture
)
ä(.
μm
0,5
μm
1550
850
1550
nm
850
nm
Vùng ánh sáng khả kiến
Ánh sáng dùng trong thông tin quang
CƠ SỞ QUANG HỌC
Băng tần Tần số (f)
Bước sóng (λ)
Ngày đăng: 26/01/2014, 02:20
Xem thêm: Tài liệu Kỹ thuật thông tin quang - Bài: Nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi quang pdf, Tài liệu Kỹ thuật thông tin quang - Bài: Nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi quang pdf