Bài giảng Cáp soi Quang

Chia sẻ: Hà Ngọc Quang | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

90
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

1790 : CLAU DE CHAPPE , kĩ sư người Pháp, đã xây dựng một hệ thống điện báo gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiêu trên đó . Tin tức vượt qua chặng đường 200km trong vòng 15 phút . -1870 : JOHN TYNDALL nhà vật lý người Anh đã chứng tỏ ánh sáng có thể dẫn được theo vòi nước uốn cong với nguyên lý phản xạ toàn phần . Điều vẫn được áp dụng trong thông tin quang hiện nay . -1880 : ALEXANDER GRAHAM BELL , người Mỹ giới thiệu hệ thống thông tin Photophone....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cáp soi Quang

Lịch sử phát triển -1790 : CLAU DE CHAPPE , kĩ sư người Pháp, đã xây dựng một hệ thống đi ện báo gồm một chuỗi các tháp với các đèn báo hiêu trên đó . Tin t ức v ượt qua ch ặng đ ường 200km trong vòng 15 phút . -1870 : JOHN TYNDALL nhà vật lý người Anh đã chứng tỏ ánh sáng có th ể d ẫn đ ược theo vòi nước uốn cong với nguyên lý phản xạ toàn phần . Đi ều v ẫn được áp d ụng trong thông tin quang hiện nay . -1880 : ALEXANDER GRAHAM BELL , người Mỹ giới thiệu hệ thống thông tin Photophone. Tiếng nói được truyền đi bằng ánh sáng trong môi tr ường không khí . Nhưng chưa được áp dụng trong thực tế vì quá nhiều nguồn nhiễu. - 1934: NORMAN R.FRENCH, người Mỹ, nhận bằng sáng chế hệ thống thông tin quang. Sử dụng các thanh thuỷ tinh để truyền dẫn. - 1958: ARTHUR SCHAWLOUR và CHARLES H TOUNES, xây dựng và phát triển Laser - 1960: THEODOR H MAIMAN đưa laser vào hoạt động thành công. - 1962: Laser bán dẫn và Photodiode bán dẫn được thừa nhận vấn đề còn lại là phải tìm môi trường truyền dẫn quang thích hợp. - 1966: CHARLES H KAO và GEORCE A HOCKHAM, hai kĩ sư phòng thí nghi ệm Stanrdard Telecommunications của Anh , đề xuất dùng sợi thu ỷ tinh d ẫn ánh sáng. Nhưng do công nghệ chế tạo sợi quang thời đó còn hạn chế nên suy hao quá l ớn ( ỏ khoảng 1000dB/Km) - 1970: Hãng Corning Glass Work chế ttoạ thành công sợi quang lo ại SI có suy hao nh ỏ hơn 20 [dB/km] ở bước sóng 1310nm. - 1972: Loại sợi GI được chế tạo với độ suy hao 4 [dB/km]. - 1983: Sợi đơn mode(SM) được xuất xưởng tại Mỹ.
Phổ của sóng điện từ C¸c bøc x¹ ® iÖn tõ nãi chung cã cïng b¶n chÊt tù nhiªn vµ cã thÓ xem nh sãng hoÆc h¹t (photon). TÝnh chÊt sãng hoÆc h¹t næi bËt trong tõng vïng. §Æc tr chÊt ng c¬b¶n cña c¸c nguån bøc x¹ ® iÖn tõ lµ d¶i phæ bøc ng x¹ cña nã, tøc lµ mét d¶i tÇn sè cña c¸c dao ® éng ® iÖn tõ hay cßn gäi lµ sãng ® iÖn tõ ® sinh ra, hoÆc lµ d¶i îc bíc sãng t¬ øng. Hai ® lîng tÇn sè vµ bíc sãng tû ng ¹i lÖ víi nhau theo c«ng thøc: lÖ λ C(m/s)= (m).f(Hz) hoÆc E(ev) =h.f C(m/s)= Trong ® :ã C lµ vËn tèc ¸nh s¸ng trong ch© kh«ng [ C= n 3.108 lµ m/s ] m/s H lµ h»ng sè Planck [ h= 6,25.10-34J /s ] lµ 2
¸nh s¸ng dïng trong th«ng tin quang trong vïng cËn hång ngo¹i víi bíc sãng tõ 800nm ® 1600nm. §Æc biÖt cã Õn ba bíc sãng th«ng dông lµ 850nm, 1300nm vµ 1550nm. Tia v« Tia Tia Tia Tia tö Tia hång nghen Gamma Vò trô ngo¹i R¬ tuyÕn ngo¹i µ 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 900 800 700 600 500 400 m ¸ TÝm §á ¸ C¸c bíc s ãng trong th«ng tin quang C ¸c 3
CHIẾT SUẤT CỦA MÔI TRƯỜNG ChiÕt suÊt cña m«i trêng ® x¸c ® îc Þnh bëi tû sè cña vËn tèc ¸nh s¸ng trong ch© kh«ng vµ vËn tèc ¸nh s¸ng n trong m«i trêng Êy. trong trong ® : ã n : ChiÕt suÊt cña m«i trêng V : VËn tèc ¸nh s¸ng trong m«i trêng VËn Mµ C ≥ V nªn n ≥ 1. ChiÕt suÊt cña m«i trêng phô thuéc vµo bíc sãng cña ¸nh s¸ng truyÒn cho nã. ¸nh 4
HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN Cho mét tia s¸ng ® n s¾c ® tõ m«i trêng cã chiÕt ¬ i  suÊt n1 sang m«i trêng thø hai cã chiÕt suÊt n2 (n1< nh h× vÏ sau n2) nh a) (b) P PP 2 β P β 1 n2 n2 n2 n 2 n1 n1 2 α :n1 n1 α 22 α αT 2 αT 1 αT 2 T 1 Vïng ph¶n x¹ to µn p hÇn a) (b) HiÖn tîng ph¶n x¹ ¸nh s ¸ng toµn phÇn 5
Do ® Æc ®iÓm cÊu t¹o cña sîi quang ® cã ® · iÒu kiÖn lµ n1  iÒu kiÖn lµ gãc tíi αt ph¶i lín h¬ gãc tíi >n2. VËy chØ cßn ® n ph¶i h¹n αth (αt > th). Nªn ngêi ta ® ra kh¸i niÖm gäi lµ α th). a khÈu ® sè NA (Numerical Aperture) nghÜa lµ kh¶ n¨ng é ghÐp luång bøc x¹ quang vµo sîi. ghÐp n 2 α αt t n0 n0 β αth β αth n1n1 ¸p dông c«ng thøc : Snelious ® tÝnh N: Ó ¸p n0Sinαth=n1.Sinβ. (n0= : chiÕt suÊt cña kh«ng khÝ) 1 n0Sin ⇒ 1.Sinαth= n1.Sinβ=n1Cosα1. 1.Sin (Sinβ= (Sin Sin(900-αt)= Cosαt) n2 Cos t = 1 − Sin2 αt = 1 − α 2 2 n1 n2 ⇒ Sinαth = n1 . 1 − = n 2 − n1 2 2 2 2 n1 ⇒ NA = Sin th = α n 2 − n1 = n1 . 2∆ 2 2 6
n −n 2 2 ∆= 2 1 2 Víi gäi lµ ® lÖch chiÕt suÊt t¬ ® é ng èi 2.n1 VËy ®iÒu kiÖn ®Ó ®¹t ®îc hiÖn tîng p h¶n x¹ to µn p hÇn ë tro ng lâi lµ khi ®a ng uån s ¸ng v µo lâi c ¸p p h¶i n»m tro ng m é t h×nh nãn c ã g ãc m ë . α th = arcsinn1 . 2∆ 7
Cáp quang Sợi quang - Khái niệm: Sợi quang: là những dây nhỏ và truyền các ánh sáng nhìn thấy được Chúng có lõi ở giữa và phần vỏ bao bọc ở ngoài. Chiêt suất lõi lớn hơn chiết suất vỏ.
-Cấu tạo bên trong của sợi quang  • Lõi - Core : lõi được làm bằng những sợi nhỏ mỏng thuỷ tinh hoặc nhựa , micra, ở đó ánh sáng được truyền qua . đường kính của lõi càng lớn thì càng có nhiều ánh sáng được truyền dẫn . • Lớp sơn phủ - Clading : lớp này ngay sát lõi có chỉ số khúc xạ thấp hơn chỉ số khúc xạ của lõi . • Đệm nhựa : lớp này để bảo vệ sợi quang từ những tác động va đập và độ cong quá mức . • Vỏ ngoài : vỏ ngoài phủ lên sợi quang.
-Phân loại sợi quang Gồm hai loại chính:  - Multimode (đa mode) - Single mode (đơn mode) Hai loại này đại diện cho kiểu ánh sáng truyền trong lõi sợi quang
+ Multimode (đa mode):có 2 loại • +Multimode graded index (chiết xuất liên tục): • + Multimode stepped index (chiết xuất bước): - MM có các bước sóng chuẩn là: 780, 850 và 1300. Hiện nay các thi ết b ị ít dùng bước sóng 780. a. Multimode graded index (chiết xuất liên tục): -Multimode graded index (chiết xuất liên tục): Lõi có ch ỉ s ố khúc x ạ gi ảm d ần t ừ trong ra ngoài cladding. Các tia gần trục truy ền chậm hơn các tia g ần cladding
b. Multimode stepped index (chiết xuất bước):  • Multimode stepp ed index (chiết xuất bước): Lõi lớn (100 micron), các tia tạo xung ánh sáng có thể đi theo nhiều đường khác nhau trong lõi: thẳng, zig-zag… tại điểm đến sẽ nhận các chùm tia riêng lẻ, vì vậy xung dễ bị méo dạng
Single mode (đơn mode) chỉ truyền được một mode sóng do đường kính lõi rất nhỏ - (khoảng 10 micromet). - do chỉ truyền một mode sóng nên SM không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng tán sắc và thực tế SM thường được sử dụng hơn so với MM. - SM có các bước sóng: 1310, 1550, 1627. Hiện nay các thiết bị SM dùng công nghệ WDM thì còn có thể sử dụng nhiều bước sóng khác nữa. - Các tia truyền theo phương song song trục. - tín hiệu ít méo dạng. -
Sự truyền ánh sáng trong sợi quang  • - Sợi quang là vật liệu truyền thông tin dựa trên định luật phản xạ toàn phần ánh sáng. • - Tia sáng khi đi từ môi trường có chiết suất cao qua môi trường chiết suất thấp thì không đi thẳng (hay còn gọi là tán xạ) mà sẽ phản xạ lại.
a.Single mode:  • - Trong Single mode, ánh sáng đi theo gần như một đường thẳng trùng với trục cáp. • Single mode chỉ có thể truyền 1 ánh sáng với 1 bước sóng nhất định. b.Multi Mode:  • - Trong Multi Mode, ánh sáng đi theo một chùm tia sáng có dạng sơ đồ hình Sin đồng trục • -Multi mode có thể truyền cùng lúc nhiều ánh sáng với góc anpha khác nhau.
Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang:  n2 n1 n2 Hình 1. Ánh sáng truyền trong sợi quang MM-SI n2 n1 n2 1 Hình 2 .Ánh sáng truyền trong sợi quang MM-GI n2 n1 n2 Hình 3 .Ánh sáng truyền trong sợi quang SM
Suy hao trong sợi quang:  Suy hao (Attenuation): mức suy giảm công suất quang trong suốt quá trình truyền dẫn trên một khoảng cách xác định. Ký hiệu dB/km • Các loại suy hao thương gặp: Suy hao tín hiệu do điện tử hấp thụ .  Suy hao do tán xạ rayleigh .  Suy hao tín hiệu do vật liệu hấp thụ  Suy hao do uốn cong sợi.  Suy hao lớp vỏ và lõi 
Suy hao tín hiệu trong sợi quang theo bước sóng
Ứng Dụng: Multimode  • Sử dụng cho truyền tải tín hiệu trong khoảng cách ngắn, bao gồm: • Step index: dùng cho khoảng cách ngắn, phổ biến trong các đèn soi trong. • Graded index: thường dùng trong các mạng LAN Single mode • • Dùng cho khoảng cách xa hàng nghìn km, phổ biến trong các mạng điện thoại, mạng truyền hình cáp.