HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
“Nghiên cứu về sợi quang plastic POF”

Người hướng dẫn : TH.S TRẦN THÚY BÌNH
Sinh viên thực hiện : LÝ THANH HÀ
Lớp : D08VT1
Khoá : 2008 - 2013
Hệ : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
Hà Nội, tháng 12/2012
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
“Nghiên cứu về sợi quang plastic POF”

Người hướng dẫn : TH.S TRẦN THÚY BÌNH
Sinh viên thực hiện : LÝ THANH HÀ
Lớp : D08VT1
Khoá : 2008 - 2013
Hệ : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
Hà Nội, tháng 12/2012
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Điểm hướng dẫn đồ án:
Hà Nội, ngày…… tháng … năm 2012
Giáo viên hướng dẫn
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Điểm: …… (Bằng chữ: …………….) Ngày tháng năm 2012
Giáo viên phản biện
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Mục lục
MỤC LỤC
MỤC LỤC i
LỜI CẢM ƠN iii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU viii
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỢI QUANG POF 3
1.1. Lịch sử ra đời của sợi quang POF 3
Hình 1.1: Một đầu sợi quang nhựa POF 4
1.2. Phân loại sợi quang POF 5
Hình 1.2: Cấu tạo của sợi quang POF PMMA Fluorinated 5
1.2.1. Phân loại theo chỉ số chiết suất 5
Hình 1.3 : Cấu trúc sợi quang SI-POF 5
Hình 1.4: Cấu trúc của sợi quang có phân bố chiết suất bậc kép 6
Hình 1.5: Cấu trúc của sợi phân bố chiết suất biến đổi 6
Hình 1.6: So sánh giữa phân bố chiết suất bậc và chiết suất biến đổi 7
Hình 1.7: Cấu trúc của sợi quang phân bố chiết suất đa bậc MSI-POF 7
Hình 1.8: Truyền ánh sáng trong sợi MSI-POF 8
1.2.2. Phân loại theo vật liệu chế tạo 8
1.2.2.a. Sợi quang PolyMetyMethaAcrilat PMMA 8
Hình 1.9: Cấu trúc phân tử của PMMA và PF Polymer 8
Hình 1.10: Suy hao của sợi PMMA POF theo bước sóng tương ứng 9
1.2.2.b. Sợi quang Polyme Perflourinate (PF Polymer) 9
Hình 1.11: Suy hao của sợi quang PF-POF 9
1.2.3. Tham số kỹ thuật của một số loại sợi quang trên thị trường hiện nay 9
1.3. Sợi quang nhựa POF và một số thông số kỹ thuật 10
1.3.1. Kích thước sợi quang POF 10

Hình 1.12: So sánh các thiết diện của các loại sợi quang khác nhau 11
1.3.2. Suy hao trong sợi quang POF 12
Hình 1.14: Suy hao cơ bản trong sợi quang PMMA-POF 12
Hình 1.15: Tỷ số SNR trong sợi quang SI-POF 12
1.3.3. Số lõi sợi và khẩu độ số NA trong sợi quang POF 12
Hình 1.16: Sợi quang mới MC-POF SMCK , đường kính lõi sợi 500 và 1000 13
Hình 1.17: Giá trị khẩu độ số NA tại băng thông và khoảng cách 13
truyền dẫn khác nhau 13
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 i
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Mục lục
1.3.4. Khả năng uốn cong trong sợi quang POF 13
Hình 1.18: Suy hao với sợi quang POF có đường kính lõi sợi lớn 14
Hình 1.19: Sợi quang uốn cong trong thử nghiệm truyền dẫn 10Gbit/s 15
1.3.5. Băng thông của sợi quang 15
Hình 1.21: Băng thông phụ thuộc vào khoảng cách trong sợi quang SI-PCS 16
đường kính 200 16
1.3.7. Một số kết nối quang POF 16
Hình 1.22 : Đường dây cáp quang POF 17
Hình 1.23: Đầu nối kiểu SMI cho POF và đấu nối RJ-45 cho UTP 17
Hình 1.24: Bộ chuyển đổi từ tín hiệu ánh sáng sang tín hiệu điện 17
1.3.8. Các tiêu chuẩn của sợi quang POF 17
Bảng 1.1: Các thông số của các sợi POF khác nhau 18
1.4 . Ưu nhược điểm của sợi quang nhựa POF 18
Bảng 1.2: So sánh các thông số kỹ thuật giữa cáp quang nhựa POF, cáp quang thủy tinh
và cáp đồng 20
1.5. Sự phát triển của sợi quang học POF 20
Hình 1.25: Sự phát triển của dung lượng truyền dẫn trong sợi quang SI-POF đường
kính 1mm 21
1.6. Kết luận 22
CHƯƠNG 2 : SUY HAO VÀ TÁN SẮC TRONG SỢI QUANG POF 24

2.1. Tán sắc trong sợi quang POF 25
2.1.1. Khái niệm tán sắc 25
2.3.Ảnh hưởng của suy hao và tán sắc lên quá trình truyền tín hiệu trong sợi quang POF. .27
2.3.1. Ảnh hưởng của suy hao 27
2.3.2. Ảnh hưởng của tán sắc 28
2.4. Kết luận 30
CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TRONG SỢI QUANG POF 32
3.1. Điều chế OFDM trong sợi quang GI-POF 32
Hình 3.2: Sơ đồ truyền tín hiệu QAM 34
Hình 3.8: SNR trên sóng mang con của tín hiệu DMT 38
Hình 3.9: Sơ đồ truyền tín hiệu UWB trên GI-POF 39
Hình 3.11: Dạng sóng của tín hiệu UWB trước và sau khi truyền qua sợi GI-POF 40
CHƯƠNG 4: NÂNG CAO HIỆU NĂNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG SỢI QUANG POF
41
4.1. Giải pháp nâng cao hiệu năng trong sợi quang học POF 41
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 ii
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Mục lục
4.1.1. LED Khoang cộng hưởng (Resonant Cavity LED) 41
Hình 4.1: Bề mặt nguồn bức xạ trong RC-LED luôn hướng về phía trước 42
Hình 4.2: Sơ đồ cấu trúc của laser khoang cộng hưởng RC-LED GaInP/AlGaInP/GaAs
phát xạ ở bước sóng 650nm 42
Hình 4.3: Quang phổ của LED thông thường và RC-LED ghép vào sợi quang POF 43
4.1.2. Laser điốt màu xanh dương 43
Hình 4.4: Giá trị SNR khi dùng laser xanh dương trong POF 44
4.3.3. Ứng dụng trong công nghiệp 52
4.4. Kết luận 53
TỔNG KẾT 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 55
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 iii
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Lời cảm

ơn
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên cho em xin được tỏ lòng
biết ơn sâu sắc đến cô giáo Ths. Trần Thủy Bình, người đã tận tình hướng dẫn em
trong suốt quá trình viết đồ án tốt nghiệp này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các quý Thầy , Cô giáo trong khoa Viễn thông
I, đặc biệt là các Thầy, Cô trong bộ môn Thông tin Quang, trường Học viện Bưu chính
viễn thông đã tận tình truyền đạt kiến thức trong 4 năm học tập vừa qua. Với vốn kiến
thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu
đồ án này mà còn là hành trang quý báu cho em bước vào đời một cách vững vàng và
tự tin nhất.
Cuối cùng, em xin gửi lời kính chúc tới các quý Thầy, Cô giáo và gia đình dồi
dào sức khỏe và luôn thành công trong sự nghiệp cao quý!
Sinh viên thực hiện
Lý Thanh Hà
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 iii
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Thuật ngữ viết
tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Từ đầy đủ Nghĩa tiếng Việt
ADSL Asymmetric Digital Subscriber
Line
Đường dây thuê bao số bất
đối xứng
DAI Digital Audio Interface Giao diện âm thanh số
DMT Discrete Multitone Điều chế đa tần rời rạc
ECOC European Conference on Optical
Communication
Hội nghị châu Âu về
truyền thông quang học

FEC Forward Error Corection Mã hóa sửa lỗi trước
GI-POF Grade Index -Plastic Optical Fiber Sợi quang chất dẻo chiết
suất biến đổi
ICTON International Conference on
Transparent Optical Networks
Hội nghị quốc tế về mạng
quang trong suốt
IEEE Institute of Electrical and
Electronic Engineers
Tổ chức tiêu chuẩn về
mạng LAN
IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức
Internet
LAN Local Area Network Mạng nội hạt
LED Light Emitting Diode Đèn Led
M- QAM M-Quadrature Ampliture
Modulation
Điều chế cầu phương biên
độ M mức
MC-POF Multi Core-Plastic Optical Fiber Sợi quang chất dẻo đa lõi
MMF Multi-mode Optical Fiber Cáp sợi quang đa mode
NA Numerical Aperture Khẩu độ số NA
OFDM Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo
tần số trực giao
PMMA Poly Metyl Metha Sợi quang PMMA
PROFIBUS Process Field Bus Tiêu chuẩn mạng vùng
PTFEMA Poly – 2,2,2 – TriFluoroEthyl
MethAcrylate

Sợi quang PTFEMA
RC-LED Resonat Cavity LED LED khoang cộng hưởng
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 vi
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Thuật ngữ viết
tắt
SI-POF Step Index- Plastic Optical Fiber Sợi quang chất dẻo chiết
suất bậc
SMF Single Mode Fiber Cáp sợi quang đơn mode
SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
UWB Ultra Ưide Band Công nghệ truyền dẫn băng
siêu rộng
VCSEL Vertical-cavity Surface-Emitting
Laser
Khoang dọc có bề mặt phát
tia laser
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 vii
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Danh mục hình
vẽ
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
MỤC LỤC i
LỜI CẢM ƠN iii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU viii
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỢI QUANG POF 3
1.1. Lịch sử ra đời của sợi quang POF 3
Hình 1.1: Một đầu sợi quang nhựa POF 4
1.2. Phân loại sợi quang POF 5
Hình 1.2: Cấu tạo của sợi quang POF PMMA Fluorinated 5

1.2.1. Phân loại theo chỉ số chiết suất 5
Hình 1.3 : Cấu trúc sợi quang SI-POF 5
Hình 1.4: Cấu trúc của sợi quang có phân bố chiết suất bậc kép 6
Hình 1.5: Cấu trúc của sợi phân bố chiết suất biến đổi 6
Hình 1.6: So sánh giữa phân bố chiết suất bậc và chiết suất biến đổi 7
Hình 1.7: Cấu trúc của sợi quang phân bố chiết suất đa bậc MSI-POF 7
Hình 1.8: Truyền ánh sáng trong sợi MSI-POF 8
1.2.2. Phân loại theo vật liệu chế tạo 8
1.2.2.a. Sợi quang PolyMetyMethaAcrilat PMMA 8
Hình 1.9: Cấu trúc phân tử của PMMA và PF Polymer 8
Hình 1.10: Suy hao của sợi PMMA POF theo bước sóng tương ứng 9
1.2.2.b. Sợi quang Polyme Perflourinate (PF Polymer) 9
Hình 1.11: Suy hao của sợi quang PF-POF 9
1.2.3. Tham số kỹ thuật của một số loại sợi quang trên thị trường hiện nay 9
1.3. Sợi quang nhựa POF và một số thông số kỹ thuật 10
1.3.1. Kích thước sợi quang POF 10
Hình 1.12: So sánh các thiết diện của các loại sợi quang khác nhau 11
1.3.2. Suy hao trong sợi quang POF 12
Hình 1.14: Suy hao cơ bản trong sợi quang PMMA-POF 12
Hình 1.15: Tỷ số SNR trong sợi quang SI-POF 12
1.3.3. Số lõi sợi và khẩu độ số NA trong sợi quang POF 12
Hình 1.16: Sợi quang mới MC-POF SMCK , đường kính lõi sợi 500 và 1000 13
Hình 1.17: Giá trị khẩu độ số NA tại băng thông và khoảng cách 13
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 viii
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Danh mục hình
vẽ
truyền dẫn khác nhau 13
1.3.4. Khả năng uốn cong trong sợi quang POF 13
Hình 1.18: Suy hao với sợi quang POF có đường kính lõi sợi lớn 14
Hình 1.19: Sợi quang uốn cong trong thử nghiệm truyền dẫn 10Gbit/s 15

1.3.5. Băng thông của sợi quang 15
Hình 1.21: Băng thông phụ thuộc vào khoảng cách trong sợi quang SI-PCS 16
đường kính 200 16
1.3.7. Một số kết nối quang POF 16
Hình 1.22 : Đường dây cáp quang POF 17
Hình 1.23: Đầu nối kiểu SMI cho POF và đấu nối RJ-45 cho UTP 17
Hình 1.24: Bộ chuyển đổi từ tín hiệu ánh sáng sang tín hiệu điện 17
1.3.8. Các tiêu chuẩn của sợi quang POF 17
Bảng 1.1: Các thông số của các sợi POF khác nhau 18
1.4 . Ưu nhược điểm của sợi quang nhựa POF 18
Bảng 1.2: So sánh các thông số kỹ thuật giữa cáp quang nhựa POF, cáp quang thủy tinh
và cáp đồng 20
1.5. Sự phát triển của sợi quang học POF 20
Hình 1.25: Sự phát triển của dung lượng truyền dẫn trong sợi quang SI-POF đường
kính 1mm 21
1.6. Kết luận 22
CHƯƠNG 2 : SUY HAO VÀ TÁN SẮC TRONG SỢI QUANG POF 24
2.1. Tán sắc trong sợi quang POF 25
2.1.1. Khái niệm tán sắc 25
2.3.Ảnh hưởng của suy hao và tán sắc lên quá trình truyền tín hiệu trong sợi quang POF. .27
2.3.1. Ảnh hưởng của suy hao 27
2.3.2. Ảnh hưởng của tán sắc 28
2.4. Kết luận 30
CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TRONG SỢI QUANG POF 32
3.1. Điều chế OFDM trong sợi quang GI-POF 32
Hình 3.2: Sơ đồ truyền tín hiệu QAM 34
Hình 3.8: SNR trên sóng mang con của tín hiệu DMT 38
Hình 3.9: Sơ đồ truyền tín hiệu UWB trên GI-POF 39
Hình 3.11: Dạng sóng của tín hiệu UWB trước và sau khi truyền qua sợi GI-POF 40
CHƯƠNG 4: NÂNG CAO HIỆU NĂNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG SỢI QUANG POF

41
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 ix
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Danh mục hình
vẽ
4.1. Giải pháp nâng cao hiệu năng trong sợi quang học POF 41
4.1.1. LED Khoang cộng hưởng (Resonant Cavity LED) 41
Hình 4.1: Bề mặt nguồn bức xạ trong RC-LED luôn hướng về phía trước 42
Hình 4.2: Sơ đồ cấu trúc của laser khoang cộng hưởng RC-LED GaInP/AlGaInP/GaAs
phát xạ ở bước sóng 650nm 42
Hình 4.3: Quang phổ của LED thông thường và RC-LED ghép vào sợi quang POF 43
4.1.2. Laser điốt màu xanh dương 43
Hình 4.4: Giá trị SNR khi dùng laser xanh dương trong POF 44
4.3.3. Ứng dụng trong công nghiệp 52
4.4. Kết luận 53
TỔNG KẾT 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 55
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 x
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Lời mở
đầu
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, khi khoa học công nghệ ngày càng phát triển cùng sự ra đời của
nhiều thành tựu mới trong các lĩnh vực, rất nhiều những ứng dụng và công nghệ đã
được ra đời, đáp ứng được phần nào cả nhu cầu về vật chất lẫn tinh thần của con
người. Một trong những ngành công nghiệp đang đi đầu hiện nay chính là công nghệ
thông tin, nhưng để đóng góp vào thành công chung cho những thành quả của ngành
công nghệ này, không thể không nhắc đến phương tiện truyền dẫn thông tin - làm cầu
nối truyền dẫn dữ liệu cho con người với con người, máy móc với con người, mang lại
hiệu quả và tiện ích rất lớn.
Thông tin quang chính là lĩnh vực được quan tâm rất nhiều hiện nay. Với nhiều
ứng dụng rộng rãi sử dụng trong viễn thông, truyền số liệu, truyền hình cáp…Từ các

sợi cáp đồng truyền thống cho tới các hệ thống thông tin liên lạc đơn giản đã được
phát triển mạnh mẽ và hoàn thiện thành các sợi cáp quang thủy tinh, cáp nhựa cùng
các hệ thống truyền tải mạng quang cho tốc độ truyền dẫn lên tới Gbit/s. Để cung cấp
những sản phẩm hoàn thiện hơn nữa, nâng cao cả về chất lượng dịch vụ mà vẫn giảm
được chi phí là điều mong muốn không chỉ của người dùng mà của cả những nhà sản
xuất. Chính vì vậy, các nhà khoa học đã nghiên cứu và cho ra nhiều các sản phẩm thực
sự có hiệu quả. Một trong số đó, chính là sợi quang nhựa ( Plastic Optical Fiber-POF).
Nhằm khắc phục những hạn chế của sợi quang thủy tinh thông thường, sợi
quang POF được đưa ra như một sản phẩm hoàn toàn mới với nhiều tính năng về tính
chất vật lý, cấu tạo, khả năng truyền dẫn hay hiệu quả chi phí. Hiện nay, loại sợi quang
này vẫn còn đang được nghiên cứu thêm nhưng những thành công bước đầu mà nó
mang lại đang mở ra một bước tiến mới trong ngành thông tin quang nói riêng và công
nghệ truyền dẫn nói chung.
Vậy thế nào là sợi quang POF, cấu tạo, tính chất của nó thế nào, những ứng
dụng mà nó mang lại ra sao? Đồ án của em xin đi “Nghiên cứu về sợi quang plastic
POF” nhằm trả lời những câu hỏi trên, đồng thời giúp người đọc có thể hiểu thêm
phần nào về loại sợi quang đầy tiềm năng này.
Đồ án “Nghiên cứu về sợi quang plastic POF” gồm 4 chương:
Chương 1: “Tổng quan về sợi quang POF”sẽ khải quát về lịch sử ra đời sợi
quang POF, phân loại sợi quang POF, đồng thời đưa ra một số các thông số kỹ thuật,
phân tích những lợi thế của sợi quang này và sự phát triển của nó trong tương lai.
Chương 2: “Suy hao và tán sắc trong sợi quang POF” đưa ra khái niệm về tán
sắc, suy hao trong sợi quang, từ đó phân tích những ảnh hưởng của nó trong sợi quang
POF.
Chương 3: “Kỹ thuật điều chế trong sợi quang POF” chủ yếu đưa ra một số kỹ
thuật điều chế được sử dụng trong sợi quang chiết suất biến đổi GI-POF như điều chế
OFDM, M-QAM, DMT, UWB.
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 1
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Lời mở
đầu

Chương 4: “Nâng cao hiệu năng và ứng dụng trong sợi quang POF” đưa ra 2
trong số nhiều giải pháp nâng cao hiệu năng trong sợi quang POF, tiếp đó là một số
công nghệ nổi bật của POF và những ứng dụng của nó trong mạng công nghiệp, văn
phòng, nhà ở, ô tô.
Tuy nhiên, do còn nhiều hạn chế về kiến thức, thời gian, cũng như tài liệu
nghiên cứu, do vậy đồ án này của em không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định.
Chính vì vậy em rất mong nhận được những ý kiến góp ý từ phía thầy cô giáo để đề tài
được hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 26 tháng 11 năm 2012
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 2
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Chương 1: Tổng quan về sợi quang POF
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỢI QUANG POF
Từ những năm 1970, với sự ra đời của sợi thủy tinh quang học đã tạo ra một kỷ
nguyên mới trong ngành công nghệ truyền dẫn thông tin. Mặc dù các sợi thủy tinh có
nhiều ưu điểm như suy hao thấp, dải thông rộng, trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ, thì
vẫn còn tồn tại nhiều nhược điểm như độ giòn dễ gãy, việc hàn nối khó khăn, đặc biệt
là chi phí lắp đặt và thiết bị đầu cuối cao hơn so với việc sử dụng cáp đồng. Chính vì
vậy, trong hơn 20 năm qua, các nhà khoa học đã không ngừng nghiên cứu để cho ra
đời những loại sợi quang tốt hơn, khắc phục được những ưu điểm của sợi quang cũ,
phần nào thích ứng kịp với sự phát triển nhanh chóng của ngành thông tin. Và sợi
quang học bằng nhựa POF đã ra đời với nhiều ưu điểm vượt trội, đặc biệt về mặt cơ
học như: uốn cong, chịu lực dẻo dai và giá thành rẻ, vì vậy nó đã chứng minh được
những tiềm năng thị trường khổng lồ của mình trong các ngành như công nghiệp ô tô,
hệ thống công nghiệp điện tử, máy tính cá nhân v…v.
1.1. Lịch sử ra đời của sợi quang POF
Sợi quang học nhựa được phát hiện vào những năm 1960, sau đó được phát
triển bởi Dupont vào cuối những năm 1960.
Sau nhiều năm nghiên cứu và phát triển Dupont đã quyết định bán lại công
nghệ cho Mitsubishi Rayon (Nhật Bản)vào năm 1978. Suy hao của POF khi đó vẫn

rất lớn là 1000 dB/km. Tiếp những năm sau đó Mítubishi Rayon đã có những cải tiến
mới và đưa suy hao của POF về mức giới hạn gần lý thuyết là 150 dB/km tại bước
sóng 650nm, và có thể truyền với băng thông 50Mhz khoảng cách là 100m.
Một số công ty lớn và các trường đại học của Nhật Bản bắt đầu đi nghiên cứu
về loại sợi quang học này vào đầu những năm 1980. GS.Koike và các đồng nghiệp của
ông tại đại học Keio đã phát triển một quá trình sản xuất sợi POF có chỉ số chiết suất
Gradien GI- POF bằng vật liệu PMMA. Sản phẩm của ông và các đồng nghiệp đã có
một kết quả thật tuyệt với: băng thông 3GHz với suy hao giới hạn là 150 dB/km. Sự
phát triển của Koike tuy đã giải quyết được vấn đề băng thông nhưng vẫn chưa giải
quyết được suy hao lớn 150 dB/km tại 650 nm. Sau đó bằng sự nghiên cứu và nỗ lực
của ông và các đồng nghiệp, độ suy hao của sợi quang học nhựa cũng được giảm
xuống 50 dB/km tại bước sóng từ 650 nm lên 1300nm.
Trong những năm gần đây, châu Âu, Nhật Bản và các nước khác đã đạt được
những tiến bộ quan trọng trong sự phát triển của sợi quang nhựa. Bằng việc giảm tiếp
độ suy hao xuống 25 ~ 9 dB/km, bước sóng của nó đã được mở rộng đến 870 nm, gần
với bước sóng thực tế của sợi thủy tinh. Tại Mỹ đã phát triển một loạt sợi quang nhựa
với tính năng nhẹ hơn so với thủy tinh, linh hoạt, tốt hơn, chi phí thấp, tốc độ đường
truyền lên tới 3Mb/s ở khoảng cách 100m.
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 3
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Chương 1: Tổng quan về sợi quang POF
Hình 1.1: Một đầu sợi quang nhựa POF
Cho tới nay, Nhật Bản là nước đi đầu trong công nghiệp nghiên cứu và sản xuất
sợi quang học bằng nhựa. Tuy nhiên, một số nước tại châu Âu lại là nơi thúc đẩy các
ứng dựng sợi quang nhựa và thiết lập nên các thử nghiệm quan trọng. Năm 2001 là
giai đoạn quan trọng trong sự phát triển ngành công nghiệp sợi quang nhựa ở châu Âu,
đặc biệt ứng dụng sợi quang nhựa lần đầu được đưa vào hệ thống xe bus, và sau đó
một số nhà sản xuất xe hơi của Đức đã đưa ứng dụng này vào sản phẩm của họ. Năm
2001 cũng được đánh dấu bằng Hội nghị chuyên đề sợi quang nhựa châu Âu và Hội
nghị truyền thông châu Âu cáp quang được tổ chức tại Amsterdam, Hà Lan. Điều này
đã chứng minh cho lĩnh vực nổi bật của sợi quang nhựa là sử dụng làm dây dẫn truyền

thông tin trong xe ô tô. Những năm trở lại đây, các dây dẫn quang SI-POF làm bằng
PMMA đã được lắp đặt trong 40 loại xe ô tô, chủ yếu các xe của châu Âu, bao gồm
BMW, Mercedes-Benz và Volvo. Vì vậy, POF hoàn toàn phù hợp với một số điều
kiện cần thiết đối với dây dẫn lắp đặt trong ô tô.
Năm 2007, Sebastian Randel, Giám đốc dự án của Siemens đã thử nghiệm khi
gửi tín hiệu IPTV 1Gb/s qua sợi quang nhựa dài 100m trong phòng thí nghiệm mà
không gặp lỗi nào. Qua nghiên cứu, họ cho rằng công nghệ POF này có ưu điểm là đàn
hồi, dễ kết nối, giá thành rẻ. Lõi trong cáp nhựa dày hơn so với cáp thủy tinh nên rất
dễ uốn cong ở những khúc quanh mà không sợ đứt gãy. Ngoài ra dây này có thể cắt
được bằng dao kim loại, trong khi sợi thủy tinh cần dao kim cương. Hạn chế của sợi
quang nhựa chính là dễ mất tín hiệu hơn chất liệu thủy tinh, tuy nhiên Siemens dùng
cơ chế khác: module điều biến biên độ cầu phương ( quadrature amplitude modulation
– QAM) thay vì dùng chế độ nhị phân sẽ có 256 trạng thái tín hiệu để mỗi xung có thể
mang thêm nhiều thông tin hơn. Công nghệ POF ngoài việc được dùng trong xe hơi,
tàu tốc độ cao và lĩnh vực audio, giúp giảm thiểu tiếng ồn, thì với tốc độ Gb/s vừa đạt
được, Siemens sẽ áp dụng sợi quang nhựa POF vào kết nối mạng trong nhà máy, bệnh
viện, LAN mạng gia đình và hỗ trợ IPTV độ phân giải cao.
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 4
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Chương 1: Tổng quan về sợi quang POF
1.2. Phân loại sợi quang POF
POF là ống dẫn sóng quang với lõi sợi làm bằng chất plastic trong suốt. Lõi sợi
(core) được bao bọc bởi một lớp phản xạ ánh sáng (cladding) với chỉ số khúc xạ thấp
hơn lõi. Dựa vào định luật phản xạ toàn phần, ánh sáng được truyền dẫn bên trong lõi
sợi quang. Ngoài ra, bên ngoài lớp cladding là lớp vỏ bảo vệ (primary coating) giúp
bảo vệ core và cladding không bị bụi, ẩm, trầy xước.
Hình 1.2: Cấu tạo của sợi quang POF PMMA Fluorinated
1.2.1. Phân loại theo chỉ số chiết suất
1.2.1.a. Sợi quang POF chỉ số chiết suất bậc SI-POF
Giống như sợi quang thủy tinh, các sợi POF lúc đầu cũng có phân bố chiết suất
bậc (SI). Điểu này có nghĩa là bao bọc cho phần lõi sợi đồng nhất bên trong chỉ có một

lớp vỏ duy nhất. Vì lí do trên mà trong cáp sợi quang sẽ được bổ sung thêm thành
phần bảo vệ. Hình 1.3 minh họa đường cong chiết suất SI của sợi.
Hình 1.3 : Cấu trúc sợi quang SI-POF
Đa số các sợi quang SI-POF ban đầu khi chế tạo có NA bằng 0.5. Ngày nay, sợi
SI-POF có giá trị NA gần với giá trị trên thường được gọi là sợi POF có khẩu độ số
chuẩn, hay đơn giản là sợi POF tiêu chuẩn. Băng thông cho các sợi quang này xấp xỉ
khoảng 40 MHz với một tuyến truyền dẫn cự ly 100 m ( hay băng thông – khoảng
cách là 40 MHz – 100m).
1.2.1.b. Sợi quang POF chỉ số chiết suất bậc kép
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 5
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Chương 1: Tổng quan về sợi quang POF
Sợi quang POF có chiết suất SI kép (DSI POF - Double SI POF) với đặc điểm
gồm hai lớp vỏ bao quanh lõi sợi, mỗi vỏ sẽ có chiết suất giảm. Khi thực hiện các
tuyến truyền thẳng, sự truyền ánh sáng có thể đạt được về cơ bản dựa trên hiện tượng
phản xạ toàn phần ở bề mặt phân cách giữa lõi và lớp vỏ phía trong của sợi. Chênh
lệch vể chiết suất thu được giá trị khẩu độ số NA vào khoảng 0.3, giống với giá trị của
sợi POF có khẩu độ số thấp trước đó.
Hình 1.4: Cấu trúc của sợi quang có phân bố chiết suất bậc kép
1.2.1.c. Sợi quang POF chỉ số chiết suất biến đổi GI-POF
Khi sử dụng phân bố chiết suất giảm dần (GI), băng thông thậm chí còn có thể
đạt được lớn hơn nhiều. Với những kiểu phân bố này, chiết suất từ trục sợi ra tới vỏ
liên tục giảm.
Hình 1.5: Cấu trúc của sợi phân bố chiết suất biến đổi
Vì chiết suất thay đổi liên tục, các tia sáng trong sợi GI không truyền theo
đường thằng mà thường sẽ bị khúc xạ hướng về trục sợi. Các tia sáng được chiếu vào
ở vị trí trung tâm sợi có góc tới bằng không hoàn toàn không bị rò ra khỏi diện tích lõi,
cũng như không gặp phải bất kỳ sự phản xạ nào ở bề mặt phân cách. Hình 1.6 mô tả
đơn giản dạng quỹ đạo truyền của tia sáng. Quỹ đạo hình học của những tia sáng đi
theo một trục song song ngắn hơn nhiều quỹ đạo của những tia sáng có góc tới lớn
hơn.

SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 6
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Chương 1: Tổng quan về sợi quang POF
Hình 1.6: So sánh giữa phân bố chiết suất bậc và chiết suất biến đổi
Tuy vậy, có thể thấy là chiết suất ở những vùng cách xa lõi sẽ nhỏ hơn. Đồng
nghĩa là tốc độ truyền ánh sáng cũng lớn hơn. Trong trường hợp kết hợp một cách lý
tưởng các tham số này, những độ dài đường truyền và những tốc độ truyền khác nhau
có thể triệt tiêu hoàn toàn lẫn nhau do đó không còn tán sắc mode. Song, nó có thể
tăng băng thông tối đa lên hai đến ba lần so với sợi quang SI.
1.2.1.d. Sợi quang POF phân bố chiết suất đa bậc (MSI-Multi Step Index)
Bên cạnh nhiều vấn đề về mặt công nghệ gặp phải trong quá trình sản xuất sợi
GI để có được phân bố chiết suất tối ưu luôn ổn định trong suốt quá trình sợi làm việc,
thì tiếp đó chính là nỗ lực nhằm tiến tới những đặc tính mong muốn với sợi quang
phân bố chiết suất đa bậc (MSI). Ở đây, phần lõi sẽ bao gồm nhiều lớp (bốn đến bảy)
mà từ đó dần tiệm cận với đường cong parabol yêu cầu trong một chuỗi bậc kế tiếp.
Trong quá trình sản xuất, việc có thể kết hợp các bậc chiết suất là một yêu cầu rất lớn.
Hình 1.7 biểu diễn đồ thị của cấu trúc sợi.
Ở đây, các tia sáng không truyền dọc theo những đường uốn cong liên tục như
với trường hợp sợi GI-POF, mà là trên nhiều đường do nhiễu xạ như trong hình 1.8.
Tuy nhiên, giả sử số lượng bậc đủ nhiều, chênh lệch với phân bố GI lý tưởng là tương
đối nhỏ, nên băng thông lớn vẫn được coi là chấp nhận được. Sợi MSI POF giới thiệu
vào năm 1999 bởi một viện khoa học của Nga.
Hình 1.7: Cấu trúc của sợi quang phân bố chiết suất đa bậc MSI-POF
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 7
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Chương 1: Tổng quan về sợi quang POF
Hình 1.8: Truyền ánh sáng trong sợi MSI-POF
1.2.2. Phân loại theo vật liệu chế tạo
1.2.2.a. Sợi quang PolyMetyMethaAcrilat PMMA
PMMA là chất dẻo đi từ dẫn xuất từ axit meta acrylic. Tính chất quan trọng
nhất của PolyMetyMethaAcrilat là trong suốt, không màu, đồng thời bền vững trước
tác dụng của thời tiết và khí hậu. Khi tạo màu cho plastic này thì độ sáng của màu

cũng sẽ giữ được trong thời gian dài. PMMA có chỉ số khúc xạ cao, cho lọt qua 92%
ánh sáng thường, đặc biệt có thể cho lọt qua 75-76% tia cực tím và phần lớn tia hồng
ngoại, chỉ đứng sau thủy tinh thạch anh. Thậm chí các tấm thủy tinh hữu cơ PMMA có
độ dày lớn thì độ thấu sáng vẫn tốt, khi chiều dày đến 6.3mm thì độ trong suốt cũng
giảm đi 50%. Vì vậy mà PMMA thường được ứng dụng để sản xuất các dụng cụ
quang học, trong đó phải kể đến sợi quang Poly MetyMethaAcrilat PMMA.
Hình 1.9: Cấu trúc phân tử của PMMA và PF Polymer
Lõi sợi PMMA được bọc bởi một lớp cladding (10
m
µ
). Do lõi của hầu hết các
sợi quang nhựa POF có bán trên thị trường đều được chế tạo từ
PolyMetylMethaAcrilat, cho nên một trong những lợi thế quan trọng là giá thành của
các nguyên liệu cực kỳ rẻ. Các giá trị suy hao thấp nhất xảy ra ở 520 nm (màu xanh),
560 nm (màu vàng), 650 nm (màu đỏ). Do hiện tượng tán xạ Rayleigh và sự hấp thụ
mạnh của các liên kết C-H, nên suy hao nhỏ nhất xấp xỉ là 100dB/km.
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 8
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Chương 1: Tổng quan về sợi quang POF
Hình 1.10: Suy hao của sợi PMMA POF theo bước sóng tương ứng
Với các loại sợi SI-POF, tốc độ bit giới hạn được đưa ra là 100Mbit/s ở khoảng
cách 100m (giá trị này tương ứng cao hơn cho các khoảng cách ngắn hơn). Nhiệt độ
hoạt động của sợi dao động từ +
0
70 C
tới +
0
85 C
tùy thuộc vào từng ứng dụng của sợi.
1.2.2.b. Sợi quang Polyme Perflourinate (PF Polymer)
Một loại sợi quang nhựa POF khác là loại sợi quang được chế tạo bằng một

chất Polyme Perflourinate hóa đặc biệt, vốn được phát triển cho mục đích tiếp tục
giảm bớt suy hao truyền dẫn, đặc biệt sợi quang chỉ số chiết suất biến đổi GI-POF với
suy hao thấp nhất thống kê được cho sợi PF-GI POF là bé hơn 10 dB/km.
Hình 1.11: Suy hao của sợi quang PF-POF
So với phổ suy hao của PMMA, sợi polymer perfluorinated có hai tính năng
đáng chú ý. Đó là phạm vi quang phổ từ 650 đến 1.300 nm và sự suy hao là ít hơn 50
dB/km đối với dải bước sóng này. Sự giảm suy hao này cho phép sợi được làm từ
polyme perfluorinated có khả năng truyền được ánh sáng trong phạm vi bước sóng
rộng hơn Như vậy,sợi perfluorinated đã khắc phục được những hạn chế về khoảng
cách của PMMA, và nó có thể hoạt động mà sử dụng các thành phần ít tốn kém hơn
cho những sợi thủy tinh quang học ở dải bước sóng từ 850 đến 1.300 nm.
1.2.3. Tham số kỹ thuật của một số loại sợi quang trên thị trường hiện nay
Chromis
GigaPOF50
SR
Chromis
GigaPOF120
SR
Lucina Optimedia Mitsubis
hi
Material Perflourinat
ed Graded
Index (GI-
Perflourinate
d Graded
Index (GI-
Perflourinat
ed Graded
Index (GI-
Polymethyl

Methacryla
te Graded
Poly
Methyl
Step
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 9
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Chương 1: Tổng quan về sợi quang POF
PF) PF) PF) Index (GI-
PMMA)
Index
(SI-
PMMA)
Numerical
Aperture
(NA)
0.19 +/-
0.015
0.185 +/-
0.015
0.185 +/-
0.01
0.23-0.3 0.5
Core/
Cladding
Diameter
( μm)
50/490 +/- 5 120/490 +/-
10/7
120/492 +/-
10/3

1000/2200
+/- 5%
980/1000
+/- 60
Attenuati
on
(dB/km)
@ 850 nm
<50 <60 <40 <200 <200
@
1300nm
<60 <60 <4000 <4000
Specified
Bandwidt
h
> 300MHz-
km@ 850nm
> 300MHz-
km @ 850nm
>940MHz x
200m
@850nm
Dependent
on NA

1.3. Sợi quang nhựa POF và một số thông số kỹ thuật
Sợi quang nhựa POF (Plastic Optical Fiber) là các sợi quang mà lõi và lớp đệm
của chúng được làm từ các loại chất dẻo, chẳng hạn như chất nhựa PMMA
(PolyMethylMethAcrylate) hoặc nhựa Acrylic, Polyme Perflourinate. Cũng giống như
sợi thủy tinh, sợi quang nhựa có tính chất truyền dẫn ánh sáng ở khoảng cách rất xa,

trọng lượng nhẹ, mỏng, chống bức xạ, truyền tải dung lượng cao, chi phí rẻ. Nhược
điểm lớn nhất của sợi quang nhựa là có đường kính lớn khoảng 1mm. Tuy vậy, nó lại
dễ dàng kết nối được với các thiết bị đầu cuối, các mối hàn, các máy tính cá nhân và
các thiết bị khác dễ dàng, đặc biệt chi phí lắp đặt cho các cáp quang nhựa là khá thấp.
1.3.1. Kích thước sợi quang POF
Thông thường đường kính của sợi quang nhựa có kích thước lớn hơn so với các
sợi quang khác, khoảng từ 0.5mm đến 1mm. Tuy nhiên, nó lại có tính chịu lực cũng
như khả năng chịu uốn cong rất tốt so với nhưng sợi quang học binh thường.
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 10
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Chương 1: Tổng quan về sợi quang POF
Hình 1.12: So sánh các thiết diện của các loại sợi quang khác nhau.
Với loại sợi quang học PMMA, lõi sợi quang nhựa chiết suất phân bậc SI-POF
có đường kính lõi khoảng 980/1000
m
µ
, trong khi lõi sợi quang nhựa chiết suất biến
đổi GI-POF có đường kính lõi vào khoảng 500/750
m
µ
. Loại sợi quang học
Perflourinate POF, đường kính lõi sợi SI-POF là 9/125
m
µ
, sợi quang GI-POF là
50/125
m
µ
.
Do có kích thước lớn như vậy nên POF rất dễ đấu nối, dễ xử lý cho việc truyền
số liệu cự ly ngắn và các giắc cắm nối của POF có giá thành hết sức rẻ. Vì vậy, POF

thường được dùng cho các giao diện âm thanh số (DAI- Digital Audio Interface).
Ngoài ra, các POF còn được dùng cho truyền dẫn số liệu bên trong thiết bị, truyền dẫn
tín hiệu điều khiển cho các công cụ máy tính điều khiển bằng chữ số và cho các toa xe
đường sắt,v.v…
Hình 1.13: Các đầu nối cho DAI (loại đầu tròn và vuông)
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 11
[Đồ án tốt nghiệp Đại học] Chương 1: Tổng quan về sợi quang POF
1.3.2. Suy hao trong sợi quang POF
Hình 1.14: Suy hao cơ bản trong sợi quang PMMA-POF
Sợi quang nhựa POF có thể cung cấp dễ dàng tốc độ truyền dẫn lên tới 1Gbit/s
tại khoảng cách 50m dựa trên thiết bị máy phát là LED với phương pháp kết nối dễ
dàng, giá thành rẻ. Điốt laser cũng có thể cấp tốc độ bit cao hơn với 10Gbit/s ở khoảng
cách 35m và 5Gbit/s ở khoảng cách 50m (theo dự án nghiên cứu của châu Âu về sợi
quang nhựa POF-PLUS). Suy hao trong sợi quang PMMA-POF sẽ thấp nhất ở giữa 2
bước sóng 450nm và 530nm và quanh bước sóng 570nm.
Hình 1.15: Tỷ số SNR trong sợi quang SI-POF
1.3.3. Số lõi sợi và khẩu độ số NA trong sợi quang POF
Các sợi quang đa lõi MC-POF được sản xuất đầu tiên vào giữa những năm 90.
Với ý tưởng đưa ra là làm giảm khẩu độ số NA (để làm tăng băng thông) mà không
làm mất đi bán kính uốn cong theo tiêu chuẩn về khẩu độ số NA của sợi quang POF.
Theo công bố, với khả năng truyền dữ liệu 500Mbit/s tại khoảng cách 50m (Sony
SVTH: Lý Thanh Hà – D08VT1 12