Đề tài Nghiên cứu tổng quan về hệ thống thông tin quang

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. . Phần I: Hệ Thống thông tin quang Chương I: Khái niệm chung về thông tin quang Định nghĩa: Thông tin quang là một hệ thống truyền tin thông qua sợi quang. Điều này có nghĩa là thông tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua sợi quang . Tại nơi nhận nó lại được biến đổi thành thông tin ban đầu 1.1 Sự phát triển của thông tin quang: Khởi đầu của thông tin quang là khả năng nhận biết của con người về chuyển động hình dáng và màu sắc thông qua đôi mắt . Tiếp đó một hệ thống thông tin, điều chế đơn giản xuất hiện bằng cách sử dụng các đèn hải đăng các đèn tín hiệu. Kế tiếp là sự ra đời của một máy điện báo quang. Thiết bị này sử dụng khí quyển như một môi trường truyền dẫn và do đó chịu ảnh hưởng của các điều kiện thời tiết để giải quyết vấn đề này người ta đã chế tạo ra máy điện báo vô tuyến dùng để liên lạc giữa hai người ở cách xa nhau. 1960 các nhà nghiên cứu đã chế tạo thành công ra laze và đến năm 1966 đã chế tạo ra sợi quang có dộ tổn thất thấp ( 1000dB/Km). Bốn năm sau Karpon đã chế tạo ra cáp sợi quang trong suốt có độ suy hao truyền dẫn khoảng 20dB/Km. Từ thành công rực rỡ này các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã bắt đầu tiến hành nghiên cứu, phát triển và kết quả là công nghệ mới về giảm suy hao truyền dẫn, về tăng dải thông về các laze bán dẫn đã được phát triển thành công vào những năm 70. Sau dó giảm độ tổn hao xuống còn 0,18 db/Km còn laze bán dẫn có khả năng thực hiện giao động liên tục ở nhiệt độ khai thác đã được chế tạo, tuổi thọ kéo dài hơn 100 năm. Dựa trên công nghệ sợi quang và các laze bán dẫn giờ đây có thể gửi một khối lượng lớn các tín hiệu âm thanh dữ liệu đến các địa chỉ cách xa hàng trăm Km bằng một sợi quang có độ dày như một sợi tóc, không cần các bộ tái tạo. Hiện nay các hoạt động nghiên cứu đang được tiến hành trong một lĩnh vực gọi là photon học là một lĩnh vực tối quan trọng trong thông tin quang, có khả năng phát hiện và sử lý trao đổi và truyền dẫn thông tin bằng các phương tiện ánh sáng. Photon học có khả năng sẽ được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử và viễn 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. 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 quang Lặp đường dây Bộ biến đổi quang điện <Tín hiệu điện> 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). Cáp quang: Là môi trường dùng để truyền dẫn tín hiệu là ánh sáng, được chế tạo bằng chất điện môi có khả năng truyền được ánh sáng như sợi thạch anh, sợi thuỷ tinh, sợi nhựa. Yêu cầu: Tổn hao năng lượng nhỏ, độ rộng băng tần lớn, không bị ảnh hưởng của nguồn sáng lạ ( không bị nhiễu) . Bộ biến đổi quang - điện ( O/E): Thu các tín hiệu quang bị suy hao và méo dạng trên đường truyền do bị tán xạ, tán sắc, suy hao bởi cự ly để biến đổi thành các tín hiệu điện và trở thành nguồn tin ban đầu. Yêu cầu: Độ nhậy máy thu cao, thời gian đáp ứng nhanh, nhiễu nhỏ tiêu thụ năng lượng điện ít. Các trạm lặp: Được sử dụng khi khoảng cách truyền dẫn lớn. Trạm lặp biến đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện để khuyếch đại. Tín hiệu đã được khuyếch đại được biến đổi thành tín hiệu quang để tiếp tục truyền trên tuyến cáp sợi quang. 1.3 Ưu, nhược điểm và các ứng dụng của thông tin quang: 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. 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 điện thoại, số liệu, máy tính và phát thanh, truyền hình ( dịch vụ băng rộng) và sẽ được sử dụng trong ISDN ( là mạng kết hợp giữa kỹ thuật chuyển mạch kênh với kỹ thuật chuyển mạch gói), trong điện lực các ứng dụng y tế quận sự và cũng như trong các thiết bị đo. Chương II: cáp sợi quang và những vấn đề liên quan 2.1 Bản chất của ánh sáng: Trong hệ thống thông tin quang, thông tin được truyền đi dưới dạng ánh sáng, một cách chung nhất, có thể coi ánh sáng là một chùm các phần tử hạt rất nhỏ bé được phát ra từ một nguồn sáng. Các phần tử này được hình dung như đang đi theo một đường thẳng và có thể thâm nhập vào môi trường trong suốt nhưng lại bị phản xạ khi gặp các môi trường đục. Quan điểm này mô tả được đầy đủ các hiệu ứng về quang học trong một phạm vi riêng nào đó ví dụ như các hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng, nhưng lại không đúng khi dùng thuyết này để giải thích về hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa, tuy nhiên hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa chỉ hãn hữu. Năm 1986, Maxwell đã chứng minh bằng lý thuyết rằng bản chất của sóng ánh sáng là sóng điện từ. Hơn nữa khi quan sát các hiệu ứng phân cực, người ta nhận thấy sự chuyển động của sóng ánh sáng luôn vuông góc với hướng mà sóng đi, điều đó chỉ ra rằng sóng ánh sáng là sóng ngang. Theo quan điểm sóng quang hay vật lý quang thì sóng điện từ được phát ra từ một nguồn nhỏ có thể được đặc trưng bởi một loại các mặt sóng hình cầu mà nguồn đặt ở trung tâm các mặt cầu này. Mặt sóng được xác định bởi các quĩ tích tất cả các điểm ở trong loại sóng cùng pha. 2.1.1 Các định luật cơ bản của ánh sáng: Các định luật cơ bản của ánh sáng có liên qua đến sự truyền ánh sáng trên sợi quang là hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng vận tốc của ánh sáng là: c = v.l v: Tần số ánh sáng l: Bước sóng Trong không gian tự do thì c = 3.108 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 n1 lớn hơn chiết suất n2 của môi trường thứ hai. f2 q2 f1 q1 Tia tới Tia phản xạ Tia khúc xạ Pháp tuyến n2 n1 n2<n1 Tia tới f1 f0 Tia khúc xạ Pháp tuyến f2 n2 n1 Hình 2.1: Hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng. * Theo định luật Snell ta có quan hệ: n1.sin f1 = n2.sinf2. f1: là góc tới góc hợp bởi pháp tuyến của mặt phân cách 2 môi trường với tia tới. f2: Là góc hợp bởi pháp tuyến của mặt phân cách hai môi trường với tia khúc xạ. Ta có thể viết như sau: n1.cosq1 = n2.cosq2. 2.1.2 Đặc tính tán xạ trong sợi quang: Khi truyền dẫn các tín hiệu số qua sợi quang, xuất hiện hiện tượng dãn rộng các xung ánh sáng ở đầu thu. Thậm chí trong vài trường hợp các xung lân cận còn đè lên nhau, dẫn đến không phân biệt được xung, gây méo tín hiệu khi tái tạo. Hiện tượng dãn xung được gọi là hiện tượng tán xạ. Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do ảnh hưởng của sợi quang mà các thời gian chạy khác nhau cho các thành phần ánh sáng phát đi đồng thời. Tán xạ có ảnh hưởng tới chất lượng truyền dẫn cụ thể là: Khi truyền tín hiệu số trong miền thời gian nó gây ra sự dãn rộng các xung ánh sáng. Khi truyền tín hiệu tương tự ở đầu thu biên độ tín hiệu bị giảm và gây ra hiện tượng dịch pha. Độ rộng băng truyền dẫn của sợi quang bị giới hạn, ảnh hưởng của tán xạ được mô tả như sau: 0 P t P Ts Tc t Hình b : Sụt biên độ Hình a : Dãn xung Hình 2.2: ảnh hưởng của tán xạ lên tín hiệu digital (a) và tín hiệu analog (b) S : chỉ tín hiệu phát E : chỉ tín hiệu thu. 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. 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. 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. Phần tử trung tâm làm bằng các plastic có rãnh vừa là chức năng gia cường vừa để đặt sợi theo hình xoắn ốc. Các ống đệm cũng bằng plastic. Các đặc tính cơ bản của plastic được dùng để sản xuất ống đệm hoặc phần tử gia cường (làm lõi của cáp quang) theo bảng sau: Vật liệu Sức chịu lực căng Kg/mm2 Độ giãn dài tại điểm % Modul đàn hồi Kg/mm2.102 Độ dãn nhiệt 10-5/0C Sợi quang Nylon PE mật độ cao PE mật độ thấp Polypropylene Polyvinilchlo Ride(PVC) Fluorocthlenepropylene(FEP) Polybuthylene Terephthalate 500 5,6-6,5 2,1-3,8 0.7-1,4 3.3-4.2 0.7-0.24 2-3,2 ~6 5 300 1,5-100 90-650 200-700 200-400 250-330 200 71 1,3-2,4 0,4-0,7 0,1-0,24 1,1-1,4 0,1 0,35 2,5 0,05 20 11-13 10-22 8-9,5 7-21 8,3-10,5 6-9 Bảng 2.1: Các đặc tính cơ học của phần tử làm lõi của cáp quang. 2.2.2 Vỏ cáp quang Để bảo vệ lõi cáp khỏi bị ảnh hưởng từ bên ngoài. Các vỏ plastic (một hoặc nhiều vỏ) để bao bọc lõi cáp. Vỏ ngoài cùng làm từ PVC, Polyethyleen và Polymethame-loại này có đặc tính cơ học tốt, chống cháy có độ ẩm cho phép cao. PE có tính cơ và hoá tốt, chống cháy kém, hệ số ma sát thấp thuận lợi cho khi kéo cáp vào cống. Vỏ trong cùng thường dùng Polymêthame vì nó mềm dẻo. Lớp chắn hơi ẩm thường là nhôm mỏng quấn kín lõi cáp và ở phía trong vỏ lớp ngoài cùng: Khi vỏ ngoài bị phồng lên thì lớp các lá nhôm này vẫn ôm chặt lớp phía trong như vậy ngăn được nước đang nằm trong lớp vỏ ngoài thấm vào trong. Vỏ bảo vệ bằng kim loại ( Armuor) bằng các sợi thép hoặc bằng thép có múi được dùng cho cáp chôn trực tiếp để bảo vệ các ứng suất xuyên tâm và chống gậm nhấm. 2.2.3 Phần tử gia cường. Phần tử gia cường được đặt trong lõi cáp quang để tạo ra sức chịu lực căng và sức chống co để đảm bảo cho cáp được ổn định khi lắp đặt cáp, khi nhiệt độ của môi trường thay đổi. Phần tử gia cường phải là vật liệu nhẹ, mềm dẻo có modul đàn hồi cao... Phần tử gia cường có thể là: + Kim loại: thường là các loại dây thép được đặt tại tâm hoặc vỏ của cáp khi dùng thép phải chú ý chống ăn mòn và chống điện áp cao do sét đánh. + 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: 2 3 2 1 3 1 32 2 1 Hình 2.3: Cách đặt phần tử gia cường. 1.Phần tử gia cường. 2. Lõi cáp. 3. ống đệm. b> Các đặc tính của phần tử gia cường: Vật liệu TrọngLượng riêng Modul đàn hồi kg/mm2 ứng suất điểm uốn kg/mm2 Độ co dãn điểm uốn % ứng suất tại điểm gẫy kg/mm2 Độ giãn tại điểm gãy % Dây thép 7,86 20.103 40-150 0,2-1,0 50-300 20-25 Sợi Cacbon 1,5 10-20.103 150-200 1,0-1,5 150-250 1,5 Dây thuỷ tinh Plastic 2,48 9.103 300 3 300 2,4 Sợi tơ (kevlar) 49 1,44 13.103 300 2 300 2 Sợi tơ (Kevlar) 29 1,44 6.103 70 1,2 300 4 Bảng 2.2: Các đặc tính của phần tử gia cường. 2.2.4 Các thành phần khác trong lõi cáp. 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. 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. 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. Một số bộ phận để bơm không khí khô để chống ẩm vào và chống nước. 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 Sợi quang bằng nhựa Phân loại theo mode truyền lan Sợi quang đơn mode Sợi quang đa mode Phân loại theo phân bố chiết suất khúc xạ Sợi quang chiết suất bậc Sợi quang chiết suất biến đổi đều Bảng 2.3: Phân loại sợi quang. 2.3.1 Phân loại theo vật liệu điện môi: Khi phân loại theo vật liệu điện môi thì tổng số có ba loại : Các sợi quang thạch anh không những chỉ chứa thạch anh nguyên chất (SiO2) mà còn có các tạp chất thêm vào như: Ge, B và P v.v...để làm thay đổi chiết suất khúc xạ. Sợi quang đa vật liệu có thành phần chủ yếu soda lime, thuỷ tinh hoặc thuỷ tinh boro- silicat... Sợi quang nhựa thường được sản xuất bằng PMMA (Polymethyl metharcylate). 2.3.2 Phân loại theo mode lan truyền: Theo mode lan truyền sợi quang được chia làm hai nhóm: Sợi quang đơn mode (được gọi tắt là SM): loại này chỉ cho một mode lan truyền. Sợi quang đa mode: cho phép nhiều mode lan truyền. 2.2.3 Phân loại theo phân bố chỉ số khúc xạ: Loại cáp quang phân loại theo phân bố chỉ số khúc xạ bao gồm: Sợi quang đa-model chiết suất phân bậc: Khi ánh sáng đi vào lõi của cáp quang theo một góc nào đó sẽ lan truyền trong lõi theo phương thức phản xạ hoàn toàn. Khi cáp quang bị uốn cong đột ngột thì góc giữa đường quang và mặt phẳng biên có thể lớn hơn góc tới hạn do vậy tổn hao sang mặt áo sẽ tăng lên. Trong kiểu sợi quang đa phương thức ánh sáng đi thẳng và ánh sáng phản xạ hoàn toàn với góc lớn sẽ có các góc khác nhau. Tỷ lệ với sự chênh lệch 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 chi số bước. Đường kính của lõi sợi quang chỉ số lớp này là 50mm và đường kính của áo sợi quang là 125 mm. 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, n1=const nên tốc độ của ánh sáng trong lõi là: c/n1=const. Vậy mọi tia sáng được truyền trong lõi sợi có vận tốc giống nhau. Tia nào có quãng đường đi ngắn thì thời gian truyền nhỏ sẽ đến sớm hơn và ngược lại. Các tia sáng đến cuối sợi cáp không đồng thời. Xung ánh sáng ở cuối sợi cáp là xung quang tổng hợp thành phần đến xung cuối sợi cáp bị dãn rộng và sụt đỉnh, xuất hiện giao thoa giữa các xung quang ( méo tín hiệu) . Vì những lý do trên mà sợi quang SI-MM chỉ sử dụng cho các đường truyền tốc độ thấp cỡ chục Mb/s trong các tuyến có cự ly ngắn, không dùng trong các tuyến đường trục. Hình 2.4: ánh sáng truyền qua sơi quang đa mode chiết suất bậc. 2.4.2 ánh sáng truyền qua sợi quang đa mode chiết xuất liên tục ( GI-MM): Hình 2.5: ánh sngs truyền qua sợi quang đa mode chiết suất liên tục. Sợi quang đa mode- Chiết suất giảm dần có đường kính lõi gần 50mm. Độ rộng băng tần đạt khoảng 1GHz.Km. Cấu tạo của lõi sợi quang coi như tạo bởi nhiều thấu kính hội tụ xếp đặt theo thứ tự nhất định. Có nhiều tia sáng được truyền trong lõi, n1 giảm theo bán kính nên vận tốc của tia sáng trong lõi là : c/n ạ const Vậy tia sáng nào gần tâm lõi thì vận tốc nhỏ xa lõi thì vận tốc lớn. Do chiết suất lõi giảm liên tục theo chiều tầng của bán kính nên tia sáng không truyền thẳng mà sẽ bị uốn cong đều có xu hướng quay trở lại lõi. Quỹ đạo của tia sáng gần giống như hình sin, có tia sáng chưa kịp tới bề mặt tiếp giáp giữa n1và n2 thì đã bị uốn cong quay trở lại lõi. Tia sáng nào có quãng đường đi dài thì có vận tốc lớn, tia sáng có quãng đường đi ngắn thì có vận tốc nhỏ. Các tia sáng đến cuối sợi cáp tương đối đồng thời nên xung quang ít sụt đỉnh ít bị giãn rộng. Vì vậy sợi GI- MM có khả năng truyền tốc độ cao hơn SI-MM. Thường được sử dụng ở các đường truyền có tốc độ hàng trăm Mb/s. 2.4.3 Sợi quang đơn mode chiết suất bậc: Hình 2.6: ánh sáng truyền qua sợi quang đơn mode chiết suất liên tục. Đường kính của sợi quang được làm thật bé chỉ có ánh sáng song song với trục được truyền đi như thế sự đa dạng và méo xung được khắc phục, đường kính của sợi bằng 5mm. Theo lý thuyết lượng thông tin truyền qua sợi quang đạt tới 100Gb/s. Độ rộng băng tần được coi là vô hạn. Nhưng điều này còn bị giới hạn bởi nguồn sáng chỉ còn 10GHz/Km. ánh sáng truyền trong sợi thì đạt được diều kiện chỉ còn mode cơ bản được truyền trong lõi sợi. Có hai cấu trúc cơ bản của sợi quang đơn mode. 2.5 Đặc tính suy hao của sợi quang ( Ký hiệu suy hao = AT ). Suy hao của sợi quang là một trong các thông số quan trọng để xác định khoảng cách thông tin trên mỗi khoảng lặp cực đại. Tính bằng dB/Km. Suy hao phụ thuộc vào bước sóng truyền qua sợi quang và phụ thuộc vào lõi sợi quang. Nhưng suy hao phải đủ nhỏ có thể truyền công suất quang từ đầu phát đến đầu thu đạt chỉ tiêu theo thiết kế. 2.5.1 Các yếu tố suy hao bên trong: Khi ánh sáng truyền trong sợi quang ánh sáng bị hấp thụ do bị cộng hưởng cực tím(UV)kết hợp với cấu trúc các nguyên tử tinh thể, đuôi cộng hưởng hồng ngoại kết hợp với các liên kết phân tử. Suy hao do tác động của ánh sáng vào các điện tử của nguyên tử (AT) mà đỉnh hấp thụ của nó nằm trong vùng cực tím(UV), còn đuôi của nó lan sang vùng gần hồng ngoại (IR)- là vùng bước sóng hoạt động của các sợi quang. Đối với loai sợi quang SiO2 suy hao này được tính gần đúng theo công thức: ATu = A0exp(l0/l) Trong đó: A0 = 1,108.10-3 dB/Km l0 = 4,582 mm Do tác động của ánh sáng với dao động của các phần tử (ATi) mà đỉnh hấp thụ nằm trong vùng hồng ngoại. Còn đuôi kéo dài nằm trong vùng gần hồng ngoại (IR). Ati = B0exp (-li/l). Trong đó : B0 = 4. 1011 dB/km. li = 4,8 mm. Do tán xạ Rayleigh do sự thay đổi bất thường thành phần của góc nhiệt động học trong vật liệu thuỷ tinh. Hai yếu tố đầu có thể ánh sáng một phần biến thành nhiệt, một phần bức xạ quang thoát ra ngoài song vẫn gây ra suy hao ống dẫn sóng (ATr) đây là yếu tố suy hao chủ yếu do sợi thuỷ tinh và được xác định bởi công thức sau: ATR = C0/l4. Trong đó: C0 ằ 0,7 dB/ km mm4. 2.5.2 Suy hao do công nghệ chế tạo sợi quang: Lượng hấp thụ ánh sáng do chất bẩn của thuỷ tinh đặc biệt có hại hơn là lẫn các ion kim loại vào sợi quang. Nhưng với kỹ thuật chế tạo sợi quang bây giờ yếu tố này có thể bị loại bỏ. Một loại chất bẩn nữa mà kỹ thuật hiện nay không thể loại bỏ được là gốc nước OH gây ra đỉnh hấp thụ ở bước sóng 1,38 mm có trị số suy hao 40 dB/Km khi trọng lượng chiếm một phần triệu. Công nghệ sản xuất sợi quang hiện nay cho phép suy hao gốc nước OH gây nên chỉ chiếm khoảng 0.3 dB/Km đến 2dB/Km. Ngoài ra còn các đỉnh hấp thụ OH gây ra ở các bước sóng 1,25 mm và 0.9 mm nhưng có trị số suy hao bé hơn. Những đỉnh này trước đây rất quan trọng đã ảnh hưởng đến các cửa sổ suy hao thấp. Cửa sổ suy hao thứ nhất gần 0,85mm. Cửa sổ suy hao thứ hai gần 1,3 mm. Cửa sổ suy hao thứ ba gần 1,55 mm Quá trình sản xuất các công đoạn chế tạo phôi thuỷ tinh, kéo sợi gây ra các khuyết tật và ứng suất làm suy hao khoảng 0,15 - 0,16 dB/Km đối với sợi đa mode tại cửa sổ thứ ba. 2.5.3 Suy hao bên ngoài do các nguên nhân sau: Khi lắp đặt và hàn nối sợi làm cho trục của lõi sợi bị biến dạng gây nên cho sợi cong và vi cong. Suy hao vi cong có thể do hai nguyên nhân sau: - Nhiệt độ và lực ép khi lắp đặt cáp. - Khi đặt sợi cáp trong quá trình sản xuất và chế tạo sợi cáp. Cong vi mô làm tăng suy hao tỷ lệ với: exp( -R/Rc). R: là bán kính cong. Rc:: là bán kính cong cho phép và Rc=a/A2 Trong đó: a: Là bán kính lõi sợi quang. A: là số góc mở. Suy hao do vi cong được xác định: ATf = Nh2 a4 /D6l3( Eb/Ef) 3/2. Trong đó : N: Là số lượng bướu cổ trên một đơn vị chiều dài cáp có độ cao trung bình là h. D: Là đường kính ngoài của sợi cáp. a: Là bán kính lõi cáp. Ef và Eb: Là modul đàn hồi của sợi và ống đệm. b> Khi lắp đặt lực ép vào các bề mặt gồ ghề của vỏ sợi hoặc do oằn sợi nằm trong vỏ cáp. c> Sự phụ thuộc vào nhiệt độ: Do vật liệu chất độn và vật liệu cáp có hệ số dãn nở khác nhau. Khi nhiệt độ thay đổi làm cho lực ép vào sợi quang cũng thay đổi từ đó sẽ tạo ra suy hao vi cong do biến đổi sợi. 2.5.4 Suy hao do hàn nối sợi: Các bộ nối để nối hai đầu của sợi quang với nhau trên panel hoặc các cổng “đuôi heo” của thiết bị. Đặc tính quan trọng của bộ nối là phải gắn với lõi với mức độ chính xác cao, cụ thể làm tâm của hai lõi không được lệch nhau quá phạm vi cho phép và khe hở hai đầu của sợi phải thật bé để phản xạ nhỏ nên suy hao phải thật bé. Suy hao khi nối hai sợi có lõi khác nhau. Suy hao do nối hai sợi có góc mở khác nhau. Suy hao do đặt lệch sợi và sợi không đồng tâm. Suy hao gây ra do mặt cắt của hệ số khúc xạ không đối xứng. Suy hao do khoảng cách giữa hai đằu của sợi đặt xa nhau. Suy hao do hai đầu của sợi có góc nghiêng. Suy hao do phản xạ Frenel. 2.5.5 Méo mode: Yếu tố cuối cùng sinh ra sự suy giảm tín hiệu là méo giữa các mode. Đây là hậu quả của của sự chênh lệch về trễ nhóm đối với từng mode riêng rẽ tại một tần số đơn thuần. 2.6 Các hình thức lắp đặt cáp. 2.6.1 Cáp treo: a> Cáp treo được phân loại có dây treo ngoài và có dây treo trong. Sợi cáp được nâng lên và gắn buộc vào dây treo với vỏ ngoài của cáp. Khi thi công chỉ cần nâng và gắn day treo đó vào cột. Cách lắp đặt loại này nhanh gọn, ít tốn kém hơn, nhưng ảnh hưởng đến các công trình khác, không đảm bảo mỹ quan thành phố hoặc điều hành giao thông. Đối với cáp có dây treo ngoài không đòi hỏi lực căng đặc biệt mà chỉ cần có khả năng chịu nhiệt tốt và đặc tính cơ học tốt. Loại này dùng cho những vùng có băng và gió mạnh hoặc có khoảng lặp quá dài. Laghing wire 20mm 12mm G – FAP Support member Meternal Strength Member Optical Unit Fiber Strength member Polyruethang sheath Slotted coer Kelat strength member Polyethylen Sheath With internal Sheangth member 12mm With internal streng member Hình 2.7: Các loại cáPhòng tự treo. Loại tự treo phải có ứng suất cơ và nhiệt cao trong quá trình khai thác, phải đảm bảo chịu được lực căng lớn. Loại có dây treo ngoài có thể sử dụng mọi loại cấu trúc nhưng loại tự treo chỉ dùng cấu trúc đệm lỏng để sợi không gian di chuyển tự do. 2.6.2 cáp cống: Đường cống đặt cáp làm bằng bê tông, ống sành hoặc ống nhựa được nối với nhau bằng các bể cáp (hầm cáp) sau đó cáp được luồn vào trong cống. Hình thức này xây dựng tốn kém. Kỹ thuật lắp đặt phức tạp, nhưng nó thích hợp với mạng lưới cố định, lâu dài và đảm bảo mỹ quan trong thành phố, không gây cản trở giao thông, quản lý mạng cáp tiện. Cáp cống không có dây bện để treo. Cáp cống phải chụi lực kéo và chống vặn cáp khi kéo vào cống. Cáp phải nhẹ để lắp đặt trong tuyến có cự ly dài và mềm mại tránh dủi do khi lắp đặt. Vỏ cáp chọn sao cho tự nó có khả năng giảm ma sát đến mức tối thiểu để kéo đặt trong cống dễ dàng thường là vỏ PE. 2.6.3 Cáp chôn trực tiếp: Là loại cáp được đặt dưới đất ở độ sâu cách mặt đất từ 0,5m đến 0,9m. Khi thi công phải đào rãnh để đặt cáp sau đó phủ đất lên. Loại cáp này cần có lớp vỏ sắt để bảo vệ đề phòng bị đào bới vào cáp. Lớp vỏ sắt ở ngoài gồm các vỏ thép hoặc các băng thép giống như cáp đồng thông thường. Ngoài cùng có lớp vỏ PE phủ lên lớp vỏ thép. 2.6.4 Cáp trong nhà và các vượt: Cáp trong nhà là loại cáp có ít sợi có cấu trúc chặt để cho đường kính của cáp nhỏ và mềm mại chống va đập, dễ nối. Có khả năng chống gậm nhấm và chống xây xát. Cáp vượt giữa các nhà cao tầng cũng là loại cáp trong nhà (có thể sử dụng loại cáp tự treo). Cáp trong nhà và cáp vượt đều phải dính sát tường nhà cao tầng vỏ cáp phải được chế tạo bằng chất không bắt lửa không tạo ra hơi độc và khói đen. 2,5mm Pvc sheath ARAMID FIBER STRENGTHMEMBER TIGHT JACKETED FIBER SINGLE FIBER CABLE STRENGTH MEMBER FIBERS PVC SHEATH FLAT UNDER CARPET CABLE Hình 2.8: Cáp trong nhà và cáp vượt. 2.6.5 Cáp thả dưới nước: Cáp thả dưới nước là loại cáp thả qua ao, hồ, sông ngòi và đồng ruộng hoang có nước sâu. Loại cáp này phải đáp ứng được các yêu cầu sau: Vỏ cáp này phải được gia cường chịu được sức kéo đứt do dòng nước chẩy, chống ăn mòn vỏ cáp và khi kéo lắp đặt. Chống ẩm và chống thấm nước tại vùng có áp xuất cực đại, chống thấm dọc cáp. Chụi lực ép tĩnh cao, chịu đựng sự va chạm 2.6.6 Cáp thả biển: Cáp quang thả biển phải có suy hao bé, băng tần rộng để đạt được đoạn lặp cực đại. Vì vậy phải sử dụng sợi đơn mode. Tuyến cáp quang thả biển phải có độ tin cậy cao, các đặc tính cơ học và truyền dẫn phải ổn định trong một thời gian không ít hơn 25 năm. Cáp quang thả biển phải có cấu trúc cơ bản như hình vẽ dưới đây. Hai lớp dây sắt ở gần tâm đóng vai trò phần tử gia cường để chống lại lực kéo và lực ép của nước. Các ống kim loại bằng đồng và bằng nhôm ở phía trong và phía ngoài để ngăn nước và làm dây dẫn cấp nguồn cho cáp trạm lặp. Điện trở một chiều của ống dẫn khoảng 0,7W/Km. METAL RIBBON SLOTTED CORE (METALLIC OR NOT) PLASTIC SHEATH ARMOURING PLASTIC SHEATH POLYETHYLENE INSULATING SHEATH TIGHT FIBER CENTRAL WIRE WATER BLOCKING COMPOUMD METALLIC TUBE FIBER METALLIC TUBE STRENGTH MEMBER STEEL WIRES 26mm Hình 2.9: Cáp thả biển. Vỏ bọc bên ngoài cũng bằng PE phải vững chắc để bảo vệ cáp và có khả năng cách điện cao khi có cấp nguồn cao áp. Đối với cáp cần bảo vệ đặc biệt thì các sợi thép của vỏ sắt phải có thêm lớp vỏ plastic. Các sợi quang có tới 12 sợi đơn mode. Hai giải pháp được sử dụng: các sợi được bọc và soắn xung quanh sợi gia cường trung tâm và đặt trong chất độn plastic hoặc cao su silicon, còn nếu sợi lỏng thì đặt trong lõi có khe được làm đầy bằng dầu thích hợp. + Cáp thả biển phải đáp ứng được những yêu cầu sau: Có đủ sức chụi đựng lực căng đảm bảo cho sợi bị kéo căng ít nhất khi lắp đặt hoặc khi nằm dưới đáy biển sâu hoặc khi bị cá mập tấn công trong vùng nước nóng. Trong trường hợp thứ hai cáp phải có vỏ sắt lực căng thông thường của cáp không có vỏ sắt là 10.000 kg. Chống lại áp suất của nước tại độ sâu đã quy định. Hầu hết cáp thả biển được thiết kế để đặt ở độ sâu cực đại là 8.000m. Trọng lượng trong nước: Tham số này ảnh hưởng đến độ căng của cáp khi lắp đặt. Cáp không có vỏ sắt thì trọng lượng khoảng 0,5 kg/m bằng khoảng một nửa trọng lượng trong không khí. 2.7 Cấu tạo các loại cáp quang. 2.7.1 Cáp xoắn có các sợi đệm chặt: Các loại cáPhòng có sợi đệm chặt hình 2.10. Hình 2.10: Cáp xoắn có các sợi đệm chặt. Các loại cáp có sợi đệm chặt: Ưu điểm lớn nhất của loại cáp này là đường kính lõi cáp bé kể cả khi số lượng cáp rất nhiều vẫn dễ dàng phân biệt được các sợi. Trong loại cáp này phải thiết kế phần tử gia cường cẩn thận để bảo đảm cho sợi chịu lực khi kéo cáp đột ngột để lắp đặt. Sợi bên trong cáp được mã mầu thích hợp để rễ nhận biết. Thường thì mỗi sợi trong trong khối hoặc có mã mầu khác nhau hoặc có thể mã mầu theo phương pháp chỉ nhuộm màu hai sợi (đỏ hoặc xanh) để đánh dấu sợi thứ nhất hoặc sợi cuối cùng trong một lớp. Các sợi còn lại có mầu tự nhiên. 2.7.1 Cáp xoắn có các ống đệm lỏng: Có hai loại cáp xoắn chứa các ống đệm lỏng hình 2.11. fiber Strength member fiber Strength member Strength member or fiber unit Hình a : Loại một sợi Hình b : Loại nhóm sợi Hình 2.11: Cáp xoắn có các sợi đệm lỏng. ống đệm lỏng 1 sợi như hình vẽ. Đường kính ngoài của cáp đệm lỏng một sợi sẽ lớn hơn so với cấu trúc khác của cáp khi có sợi bằng nhau. ống đệm lỏng một nhóm sợi: Loại này khi bảo vệ ở mức độ cao thì các sợi phải đặt trong lõi có rãnh. Ưu điểm của đệm lỏng là các sợi quang di chuyển tự do trong ống đệm. Vì vậy cáp ít nguy hiểm hơn loại đệm chặt khi cáp bị kéo căng. 2.7.3 Cáp có lõi dưới dạng rãnh hình chữ V: Cáp có rãnh chứa các sợi chỉ có vỏ bảo vệ thứ nhất là một lớp vỏ mỏng được tạo thành ngay sau khi kếo sợi – loại này chia thành hai nhóm: Nhóm 1: Là cáp có một sợi trong một rãnh. Nhóm 2: Cáp có nhiều sợi trong trong 1 rãnh. Plastic tape fiber Strength member or optical unit Slotted core Strength member Strength member or optical unit Strength member Slotted core Fibers (up to 12) Plastic tape Hình 2.12: Cáp có lõi dưới dạng rãnh hình chữ V. Việc sản xuất cáp lõi có rãnh dễ dàng hơn cáp ống đệm lỏng vì sợi chỉ cần lớp vỏ thứ nhất. Trong các lõi rãnh, các sợi được nhận biết qua nhuộm màu khác nhau của lớp vỏ. Các rãnh cũng đấnh dấu mầu khác nhau. 2.7.4 Cáp có lõi băng dẹt: Có ba loại cấu trúc hình 2.13. Loại 1: Mỗi băng có 12 sợi quang trong cáp có 12 băng chồng lên nhau thành một khối đặt trong ống đệm lỏng và khối được xoắn theo bước xoắn thích hợp. Loại 2: Các băng được đặt trong ống đệm để tạo thành cáp có mật độ cao Loại 3: Cáp băng đặt trong khe. Cáp này có ưu điểm hàn nối cùng một lúc nhiều sợi và có số sợi quang dặt trong cáp là lớn nhất. POSIBLE SECOND TUBE LAYER STRENGTH MEMBER 5 FIBER RIBBON 12 FIBER RIBBON STRENGTH MEMBER 5 FIBER RIBBON Hình 2.13: Cáp có lõi băng dẹt. 2.7.5 Cáp khối buộc lỏng: STRENGTH MEMBER FIBERS STRENGTH MEMBER OR OPTICAL UNIT Loại có cấu trúc cơ bản như cáPhòng do hãng AT và thiết kế gọi cà cáPhòng có lõi buộc nhẹ hình 2.14. Hình 2.14: Cáp xoắn có ống đệm lỏng một nhóm sợi (đa sợi). Bó có từ 4 đến 12 sợi được đánh dấu mầu khác nhau. Ngoài mỗi bó lgiải mầu quấn quanh. Các bó đặt trong ống plastic một cách lỏng lẻo để hình thành lõi cáp chứa tới 8 bó (56 sợi). Hình 2.15. 6-8 mm COLOR CODE BINDER UNCN OF PRIMARY FIBERS (USUALLY 12) FILLING COMFOUN TUBE Hình 2.15: Các khối buộc lỏng. 2.8 Hàn sợi quang. 2.8.1 Nhận xét: Nhìn ở bên ngoài sợi quang ta không thể phân biệt được sợi đa mode hay đơn mode. Vì đường kính vỏ của hai loại đều như nhau, chỉ có đường kính của lõi sợi đa mode là lớn hơn sợi đơn mode. Bởi vậy kỹ thuật hàn sợi đơn mode phải cao hơn. Suy hao mỗi mối hàn sẽ phụ thuộc vào kỹ thuật hàn. Trước khi hàn phải chuẩn bị đầu sợi để hàn như sau: Bóc hết các lớp vỏ giấy chống ẩm, sợi tơ thuỷ tinh vv...chỉ để lại các ống đệm có sợi quang và dây dẫn cấp điện nguồn (nếu có) và các sợi gia cường với độ dài khoảng thích hợp. Lấy kìm tuốt vỏ nhựa của sợi quang (ống đệm). Khi kéo vỏ nhựa ra khỏi sơi dây phải đặt sợi dây thẳng và tay phải kéo nhẹ kìm để sợi dây không bị đứt. Tiếp theo dùng kìm và dao tuốt vỏ bảo vệ sợi dây là lớp vỏ đầu tiên của sợi dây bọc bằng silicol. Sau đó dùng bông hoặc giấy mềm khô để lau lần cuối cùng. Khi sợi đã sạch lúc đó dùng dao cơ khí hoặc điện để cắt sợi dây: cắt bỏ một đoạn dài khoảng 2-3cm. Làm ống báo vệ mối hàn vào một sợi để sau khi hàn song đậy ống này lên mối hàn bảo vệ mối hàn an toàn. 2.8.2 Phương pháp hàn cơ học: Hàn cơ học là dùng các thiết bị cơ học đặt các đầu sợi cần hàn đúng một vị trí cần hàn cố định. Hàn cơ học bằng ống mao dẫn: HOLE GLASS OR CERAMIC CAPILLARY OPTICAL FIBER Hình 2.16: Hàn cơ học bằng ống mao. ống mao dẫn làm bằng vật liệu thuỷ tinh hoặc dùng vật liệu gồm có lỗ khoan trong lõi, với lỗ đường kính lớn hơn đường kính sợi quang một ít sao cho chỉ đưa khít được sợi quang vào mà thôi. Sau đó gài sợi quang vào bên trong và bịt kín cố định. Có một lỗ khoan ở giữa thanh ống để bỏ keo dán vào trong lỗ khoan để giữ cho sợi quang ổn định cơ học và làm phù hợp chỉ số khúc xạ, tránh sự phản xạ. b> Hàn cơ học bằng măng xông cơ nhiệt: Một trong hai đầu sợi được gài vào măng xông có điểm nóng chảy thấp hơn silicol sau đó đốt nóng cho măng xông co lại và áp xuất vào sợi. Đưa chất keo dán bảo vệ cho sợi từ một đầu của măng xông. Sợi thứ hai được gài vào nửa còn lại của măng xông và được giữ chặt nhờ keo dán Epoxy đổ đầy vào trong ống. COLLAPSED SLEEVE OPTICAL FIBER EPOXY GLUE Hình 2.17: Hàn cơ học bằng măng xông cơ nhiệt. Hàn bằng ống có tiết diện vuông : ống có tiết diện vuông là thiết bị đơn giản: Khi đó hai sợi chỉ cần đặt vào một góc của ống bằng cách uốn cong sợi theo cùng một hướng và định vị nhờ keo dán Epoxy đổ đầy vào trong ống. Kỹ thuật hàn sử dụng tấm để có rãnh: Sợi được đặt vào rãnh V, uốn sợi hơi cong, để hai đầu sợi tiếp xúc với nhau, dùng keo dán có chỉ số khíc xạ phù hợp gán chặt sợi vào tấm đế. Phương pháp hàn nối rãnh và hàn dùng ba thanh. Gồm hai thanh hình trụ gắn với nhau đóng vai trò hệ thống định vị sợi và một phần tử đàn hồi để chỉnh hai đầu sợi thẳng hàng. Kích thước của hình trụ được lựa chọn sao cho mép trên của sợi quang cao hơn hình trụ và giữ chặt nhờ lẫy. Phần tử đàn hồi có thể được thay bằng một hình trụ thứ ba có khả năng đàn hồi để ép chặt sợi. Ưu điểm của phương pháp này là các thanh dễ sản suất và rẻ. Hàn bằng hộp sáu cạnh: Gồm hai miếng vật liệu đàn hồi úp vào nhau tạo thành một miếng sáu cạnh (một miếng có ba cạnh có rãnh chữ V). Khi sợi đã cài vào trong rãnh thì hai lắp được úp lại với nhau nhờ có sự đàn hồi mà hai sợi đồng tâm với nhau. 2.8.3 Hàn nung nóng. a> Nhận xét: Phương pháp hàn nung nóng hai đầu sợi quang đến điểm nóng chảy rồi tự gắn chặt với nhau. Sau khi hàn mối hàn tạo ra tính chất liên tục của môi trường truyền dẫn được tạo ra và không có phản xạ Fresnel. Nguồn nhiệt dùng để hàn thường sử dụng tia lazer CO2. Máy hàn nóng chảy và quá trình hàn: Nếu là máy hàn tự động thì hiệu chỉnh ban đầu được kiểm tra qua kính hiển vi. Sau đó phóng tia hồ quang vào vùng hàn để đốt nóng sơ bộ nhằm hạn chế biến dạng của đầu sợi hoặc không hoà hảo khi sơi chuẩn bị căng ra và tự điều chỉnh sau khi hàn hai lõi sợi nối liền với nhau để bảo đảm được chỉ tiêu suy hao định mức như: Khi hàn sợi đa mode thường dựa vào mặt ngoài vỏ sợi để điều chỉnh hai đầu sợi. Khi hàn sợi đơn mode dùng vỏ làm tham chiếu độ tin cậy đảm bảo suy hao mối hàn thấp. Muốn đạt được suy hao mối hàn thấp và mối hàn có chất lượng cao phải điều chỉnh hai trục lõi cho thẳng hàng cũng có thể nhận dạng lõi sợi quang của sợi đơn mode bằng cách sử dụng kính hiển vi và camara TV để quan sát ảnh lõi sợi khi chiếu vào lõi sợi tia sáng chuẩn trực. Hai lõi được sắp đặt thẳng hàng qua sự phân tích của ảnh lõi sợi. Bộ nối cáp quang. Yêu cầu: + Các bộ nối cáp quang là để nối các sợi quang với nhau nhưng lại có thể tháo lắp được dễ dàng. + Các bộ phận được sử dụng ở các trường hợp sau: ở vị trí kết cuối tuyến. ở Vị trí giao diện của máy phát và máy thu. + Hệ số ghép của bộ nối phải lớn và có suy hao không lớn hơn 0.3 dB. Để bảo đẩm yêu cầu này thì phải bảo đẩm độ chênh lệch giữa hai đầu sợi: Loại sợi đa mode không quá 5mm. Loại sợi đơn mode không quá 5mm. Cấu trúc và cách điều chỉnh bộ nối quang: Bộ nối quang có cấu trúc chung như sau: Hình 2.18. ADAPTER PLUG PLUG PERRULE BLOCKING NUT FIBER END FACE FIBER CORD Hình 2.18: Các bộ phận chủ yếu của bộ nối quang. Các cách hiệu chỉnh của bộ nối quang: Cách 1: Hiệu chỉnh trực tiếp theo bề mặt ngoài của sợi, hiệu chỉnh theo bề mặt tham chiếu hoặc theo mở rộng tia: Hai đầu sợi đã được bóc vỏ nhựa, được hiệu chỉnh bên trong bộ tiếp hợp theo rãnh hình V. Hình 2.19. FIGER ALIGNMENT BARE FIBER Hình 2.19. Cách 2: Dùng các thấu kính để tạo ra tia chuẩn trực và dựa vào tia chuẩn trực để hiệu chỉnh vị ttrí của sợi cho phù hợp. Hình 2.20. LENS COLLIMATED BEAM Hình 2.20. Cách 3: Là thông dụng nhất, vị trí của sợi được hiệu chỉnh theo mặt tham chiếu của hai phích cắm của bộ nối. Hai phích cắm này thường là hình hoặc là hình côn và đồng tâm với lõi sợi. Lúc đó độ rộng đồng tâm của lõi sợi và bề mặt tham chiếu được thực hiện theo nhiều cách khác nhau. Hình 2.21. REFERENCE SURFACE FIBER Hình 2.21. Cách đơn giản nhất là khoan lỗ chính xác và đặt sợi vào tâm của mặt tham chiếu hình trụ hoặc hình côn và được cố định nhờ keo dán. Nếu bề mặt tham chiếu bị lệch một chút thì phải gọt bớt. CLADDING CORE FERULER CLADDING CORE FERULER AXIS OF ROTATION TOOL Hình 2.22: Vị trí khoan lỗ trong mặt tham chiếu. Các bộ nối quang: a> Bộ nối hình trụ: Bộ nối này có lõi gốm có, có đặc tính cơ, nhiệt, hoá tốt. Sợi được cố định bằng keo dán. Đầu sợi được mài bóng. Độ nghiêng của đoạn sợi nằm trong lõi của bộ nối phải bé hơn 0,50. METAL CERAMIC CAPN.LARY FIBER ADHESIVE Hình 2.23: Bộ nối hình trụ. b>Bộ nối hình côn: Loại này không cần kiểm tra kỹ đường kính ngoài của phích cắm bộ nối, chỉ cần đồng tâm chính xác giữa lõi sợi và trục, côn ít bị hao mòn. Hai phích cắm hình côn và bộ tiếp hợp được chế tạo bằng phương pháp đúc, sử dụng plastic chịu nhiệt, điển hình là silicol và được gắn với nhau bằng nhựa Epoxy. Các phích cắm hình côn nối chặt vào một sợi quang hình thành một đuôi heo. SLEEVE PLUG PLUG FIBER FIBER Hình 2.24. Bộ nối hình côn. Bộ nối lắp vào quả cầu: Đầu phích cắm có dạng hình côn lõm, sợi quang được đặt trong một cái ống có lõi thò ra ngoài. Hai đầu ống cắm vào quả cầu cho đến khi các bề mặt của côn và hình cầu tiếp xúc vào nhau. PIERCED BALL PLUG FERRULE CONICAL SURFACE Hình 2.25: Bộ nối ghép vào quả cầu. Kết luận Mạng viễn thông hiện nay đang ngày càng phát triển cùng với các công nghệ hiện đại. Hệ thống truyền dẫn quang là phương tiện truyền dần chủ yếu của các tuyến thông tin nội tỉnh, liên tỉnh và xuyên quốc gia. Các tuyến truyền dẫn cáp quang đã và đang được triển khai rất mạnh mẽ ở nước ta trong những năm gần đây do nó có ưu điểm nổi bật đáp ứng được nhu cầu sử dụng hiện tại và tương lai. Cùng với cáp sợi quang, kỹ thuật SDH đang được triển khai rộng rãi. SDH có thể truyền dẫn tất cả các tín hiệu của hệ thống hiện có nhằm đảm bảo tính truyền dẫn thông suốt ở các mạng lưới khác nhau. Với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ điện tử viễn thông, công nghệ quang và công nghệ quang đã phát triển không ngừng, giá thành giảm xuống tạo điều kiện cho việc sử dụng ngày càng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực thông tin. Tuy nhiên hệ thống thông tin cáp sợi quang là hệ thống phức tạp. Việc thiết kế và lắp đặt tuyến truyền dẫn trên sợi dẫn quang đòi hỏi có độ chính xác cao. Chính vì vậy sử dụng cáp quang trong hệ thống thông tin đòi hỏi phải có độ ngũ cán bộ có trình độ, hiệu biết sâu về kỹ thuật trong mội lĩnh vực của nghành điện tử viễn thông. Trong phần báo cáo thực tập này đã nêu được những điểm nổi bật của cáp sợi quang. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Đức Thọ đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình làm báo cáo. Hà nội, tháng3 năm 2005 Sinh viên. Hoàng Tiến Tuyến. Mục lục Phần i: Hệ thống thông tin quang. Chương i: Khái niệm chung về thông tin quang. Sự phát triển của thông tin quang. Cấu trúc hệ thống thông tin quang. Ưu, nhược điểm và ứng dụng của hệ thống thông tin quang. 1.3.1Ưu diểm. 1.3.2 Nhược điểm. 1.3.3 ứng dụng. Chương ii: Cáp quang và những vấn đề liên quan. 2.1 Bản chất của ánh sáng. 2.1.1 Các định luật cơ bản của ánh sáng. 2.1.2 Đặc tính tán xạ trong sợi quang. 2.2 Cấu tạo sợi quang. 2.2.1 Lõi sợi quang. 2.2.2 Vỏ của cáp quang. 2.2.3 Phần tử gia cường. 2.2.4 Các thành phần khác trong lõi cáp. 2.3 Phân loại sợi quang. 2.3.1 Phân loại theo vật liệu điện môi. 2.3.2 Phân lọai theo mode truyền lan. 2.3.3 Phân loại theo phân bố chiết suất khúc xạ. 2.4 Các nguyên tắc lan truyền ánh sáng của sợi quang. 2.4.1 ánh sáng truyền qua sợi quang đa mode chiết xuất bậc. 2.4.2 ánh sáng truyền qua sợi quang đa mode chiết suất liên tục. 2.4.3 ánh sáng truyền qua sợi quang đơn mode chiết suất bậc. 2.5 Các đặc tính suy hao của sợi quang. 2.5.1 Suy hao bên trong. 2.5.2 Suy hao do công nghệ chế tạo sợi quang. 2.5.3 Suy hao bên trong. 2.5.4 Suy hao do hàn sợi. 2.5.5 Suy hao do méo mode. 2.6 Các hình thức lắp đặt cáp 2.6.1 Cáp treo. 2.6.2 Cáp cống. 2.6.3 Cáp chôn trực tiếp. 2.6.4 Cáp trong nhà và cáp vượt. 2.6.5 Cáp thả dưới nước. 2.6.6 Cáp thả biển. 2.7 Cấu tạo của các loại cáp quang. 2.7.1 Cáp xoắn có các sợi đệm chặt. 2.7.2 Cápxoắn có các sợi đệm lỏng. 2.7.3 Cáp có lõi dưới dạng rãnh hình chữ V. 2.7.4 Cáp có lõi băng dẹt. 2.7.5 Cáp có khối buộc lỏng. 2.8 Hàn sượi quang. 2.8.1 Nhận xét. 2.8.2 Hàn cơ học. 2.8.3 Hàn nung nóng. 2.9 Bộ nối cáp quang. 2.9.1 Yêu cầu. 2.9.2 Cấu trúc và cách điều chỉnh bộ nối quang. 2.9.3 Các bộ nối quang.