Thông tin quang / C2_2_ Suy hao tín hiệu trong sợi quang

Chia sẻ: ̶ɥ̶̶u̶̶ı̶̶ɯ̶ ̶u̶̶ɐ̶̶ʌ̶ ̶ƃ̶̶u̶̶o̶̶n̶̶ɥ̶̶d̶ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

699
lượt xem 194
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thay đổi chỉ số chiết xuất khúc xạ n có thể giảm suy hao uốn cong, nhưng sẽ ảnh hưởng đến những tính chất khác của sợi quang.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thông tin quang / C2_2_ Suy hao tín hiệu trong sợi quang

Suy hao tín hiệu trong sợi quang Attenuation in Optical Fibers 1
Nguyên nhân gây suy hao 2 Hanoi University of Technology
• Suy hao tín hiệu của sợi quang: Suy hao = Suy hao uốn cong + Hấp thụ + Suy hao Tán xạ (attenuation = bending loss + absorption + scattering loss) • Hệ số suy hao: L P(0) P(L) Sợi quang P(0): công suất quang tại khoảng cách L=0 P(L): công suất quang tại khoảng cách L 3
Công suất quang ở khoảng cách L: P(L ) = P(0 )e −α p L Hệ số suy hao theo đơn vị 1/km: 1 ⎡ P(0 ) ⎤ () αp 1 = ln ⎢ km L ⎣ P(L ) ⎥ ⎦ Hệ số suy hao theo đơn vị dB/km: ⎡ P(0 ) ⎤ ( ) () 10 = 4,343α p 1 α dB = log ⎢ ⎥ P (L ) ⎦ km L km ⎣ dBm refers to a ratio with respect to a signal of 1 mW 4
Bending Loss - Suy hao uốn cong • Đây là loại suy hao phụ thuộc vào mode sóng • Ví dụ: sợi quang uốn cong với đường kính 32 mm sẽ gây ra suy hao 0.5 dB Thay đổi chỉ số chiết xuất khúc xạ n có thể giảm suy hao uốn cong, nhưng sẽ ảnh hưởng đến những tính chất khác của sợi quang. • Nguyên tắc cơ bản giảm thiểu suy hao uốn cong là giảm thiểu bán kính uốn cong. Bán kính > 100xđường kính vỏ sợi (for short times). Vd: 13mm for 125mm cladding Bán kính > 150xđường kính vỏ sợi (for long times). Vd: 19mm for 125mm cladding 5
Bend loss versus bend radius 6
Microbending losses Đây là một đặc tính của sợi quang, dưới sự điều chỉnh của nhà sản xuất, có giá trị rất nhỏ, thường đã được tính vào suy hao tổng. 7
Bending Loss in Single Mode Fiber Bending loss for lowest order modes Mode Field distributions in straight and bent fibers Microbending Loss Sensitivity vs wavelength 8
Graded-index Fiber α ⎛r⎞ n(r ) = n1 1 − 2∆⎜ ⎟ ⎝a⎠ Với r nằm trong khoảng (0,a) và α = 2 (Nếu α = ∞, công thức trên dùng cho sợi SI) Số mode được tính theo công thức: α V2 (akn1 ) ∆ ≈ 2 M= α +2 4 9
Số mode sẽ giảm do suy hao uốn cong ⎧ α + 2 ⎡ 2a ⎛ 3 ⎞ 2 / 3 ⎤ ⎫ ⎪ ⎪ ⎢ +⎜ ⎟ ⎥⎬ = N straight ⎨1 − N bent 2α∆ ⎢ R ⎜ 2n2 kR ⎟ ⎥ ⎪ ⎝ ⎠ ⎦⎭ ⎪ ⎣ ⎩ 10
Absorption - Suy hao do hấp thụ Hấp thụ do lỗi nguyên tử trong cấu tạo thủy tinh (sự không hoàn hảo của cấu trúc nguyên tử của vật liệu sợi: thiếu hụt phân tử, cụm nhóm nguyên tử mật độ cao…) Hấp thụ bên ngoài do những nguyên tử không sạch trong vật liệu thủy tinh (ion chuyển tiếp kim loại như đồng, sắt, hay ion OH). Ví dụ: ion kim loại mật độ 1 đến vài phần tỉ gây ra suy hao khoảng 1- 10dB/km mật độ ion OH phải nhỏ hơn vài phần tỉ để có được suy hao nhỏ hơn 20dB/km Hấp thụ bên trong do cấu tạo nguyên tử cơ bản của vật liệu sợi. Bắt nguồn từ: Dải hấp thụ điện tử trong vùng cực tím: Hấp thụ cực tím giảm theo hàm mũ khi bước sóng tăng Dải dao động nguyên tử trong vùng gần hồng ngoại 11
Hấp thụ do tạp chất 12 12 Hanoi University of Technology
Suy hao do tán xạ Rayleigh (~95%) Tán xạ Rayleigh là hiện tượng ánh sáng bị tán xạ theo các hướng khác nhau khi gặp tạp nhỏ trong lõi sợi. Các bước sóng ngắn bị tán xạ nhiều hơn các bước sóng dài. Các bước sóng λ ≤ 800 nm có suy hao tán xạ Rayleigh cao nên không dùng trong TTQ. Các bước sóng λ ≥ 1700 nm hấp thụ hồng ngoại, có suy hao lớn nên cũng không dùng trong TTQ. 13 13 Hanoi University of Technology
Hệ số suy hao do tán xạ Reyleigh αR 1 α R = CR ⋅ λ 4 ⇒ λ ↑⇒ α R ↓ CR: hệ số tán xạ Reyleigh Ví Dụ: 850 nm có tổn hao phân tán là α 1300 nm có tổn hao phân tán là 18%α 1550 nm có tổn hao phân tán là 9%α 14
Phổ suy hao của sợi quang Silica SMF Spectral loss of Single and Multi-mode silica fiber Intrinsic and extrinsic loss components for silica fiber • Với λ1µm: Hấp thụ hồng ngoại chiếm ưu thế trong suy hao tín hiệu quang 15