Thông tin quang / C2_2_ Suy hao tín hiệu trong sợi quang pps
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (405.71 KB, 15 trang )
1
Suy hao tín hiệu trong sợi quang
Attenuation in Optical Fibers
2
Nguyên nhân gây suy hao
2
Hanoi University of Technology
3
• Suy hao tín hiệu củasợi quang:
Suy hao = Suy hao uốn cong + Hấpthụ + Suy hao Tán xạ
(attenuation = bending loss + absorption + scattering loss)
• Hệ số suy hao:
L
P(0)
P(L)
Sợiquang
P(0): công suất quang tạikhoảng cách L=0
P(L): công suất quang tạikhoảng cách L
4
Công suấtquangở khoảng cách L:
()
(
)
L
p
ePLP
α
−
= 0
Hệ số suy hao theo đơnvị 1/km:
(
)
(
)
()
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
LP
P
L
km
p
0
ln
1
1
α
Hệ số suy hao theo đơnvị dB/km:
()
(
)
()
(
)
km
LP
P
L
km
dB
p
1
343,4
0
log
10
αα
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
dBm refers to a ratio with respect to a signal of 1 mW
5
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 sợ
i (for long
times). Vd: 19mm for 125mm cladding
6
Bend loss versus bend radius
7
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.
8
Bending Loss in Single Mode Fiber
Mode Field distributions in straight
and bent fibers
Bending loss for
lowest order modes
Microbending Loss Sensitivity vs wavelength
9
Graded-index Fiber
()
α
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∆−=
a
r
nrn 21
1
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:
()
42
2
2
1
V
aknM ≈∆
+
=
α
α
10
Số mode sẽ giảm do suy hao uốn cong
⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
∆
+
−=
3/2
2
2
32
2
2
1
kRnR
a
NN
straightbent
α
α
11
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
12
Hấp thụ do tạp chất
12
Hanoi University of Technology
13
Suy hao do tán xạ Rayleigh (~95%)
Tán xạ Rayleigh là hiệntượng ánh sáng bị tán xạ theo
các hướng khác nhau khi gặptạpnhỏ trong lõi sợi.
Các bước sóng ngắnbị tán xạ nhiềuhơncácbước
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 hấpthụ hồng ngoại, có suy
hao lớnnêncũng không dùng trong TTQ.
13
Hanoi University of Technology
14
Hệ số suy hao do tán xạ Reyleigh α
R
C
R
: 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
↓↑⇒⇒
⋅=
R
RR
C
αλ
λ
α
4
1
15
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 λ<1µm: Tán xạ Rayleigh là nguồn suy hao chính trong sợi
• Với λ>1µm: Hấp thụ hồng ngoại chiếm ưu thế trong suy hao tín hiệu quang
