Thäng Tin V Âiãưu ÂäüTrong Hãû Thäúng Âiãûn
Khoa Âiãûn - Trỉåìng Âải hc K thût - Âải hc  Nàơng 39
Chỉång 5
GIÅÏI THIÃÛU HÃÛ THÄÚNG THÄNG TIN
SÅÜI QUANG

5.1. Cáúu trục chung ca mäüt HTTT såüi quang:
Hçnh v 5.1 thãø hiãûn cáúu trục chung ca mäüt hãû thäúng thäng tin quang.
Cạc tên hiãûu âiãûn tỉì cạc thiãút bë khạc nhau nhỉ: mạy âiãûn thoải, Fax, mạy
tênh, mạy phạt truưn hçnh, cạc thiãút bë âáưu cúi... âỉa âãún âỉåüc biãún âäøi
sang tên hiãûu quang qua mäüt bäü biãún âäøi âiãûn-quang (E/O) (cạc mỉïc tên
hiãûu âiãûn âỉåüc biãún âäøi thnh cỉåìng âäü quang, cạc tên hiãûu âiãûn "1" v "0"
âỉåüc biãún âäøi ra ạnh sạng dảng "CỌ" v "KHÄNG") v sau âọ âỉåüc gỉíi
vo såüi quang trong cạp quang. Tải âáưu thu qua bäü biãún âäøi quang-âiãûn
(O/E) tên hiãûu quang thu âỉåüc biãún âäøi thnh tên hiãûu âiãûn, khäi phủc lải
ngun dảng tên hiãûu ca mạy âiãûn thoải, Fax, dỉỵ liãûu... â âỉåüc gỉíi âi. Tên
hiãûu â khäi phủc âỉåüc truưn tåïi cạc thiãút bë âáưu cúi ca chàûng truưn
dáùn.











Hçnh 5.1. Cáúu trục HTTT såüi quang

Bäü biãún âäøi âiãûn quang thỉûc cháút l linh kiãûn phạt quang nhỉ l Laser
diode v bäü biãún âäøi quang-âiãûn thỉåìng l cạc Photo diode. Khi khong
cạch truưn dáùn låïn ngỉåìi ta âàût cạc trảm làûp trãn tuún cạp quang. Cạc
trảm làûp ny biãún âäøi tên hiãûu quang thu âỉåüc thnh tên hiãûu âiãûn âãø khúch
TV



Âiãûn thoải
Säú liãûu
Fax
<Tên hiãûu âiãûn>
E/O

O/E E/O



Âiãûn thoải
Säú liãûu
Fax
<Tên hiãûu âiãûn>
O/E
Trảm làûp
Såüi quang Såüi quang
Thäng tin v Âiãưu âäü trong Hãû Thäúng Âiãûn
40 Khoa Âiãûn - Trỉåìng Âải hc K thût - Âải hc  Nàơng
âải. Tên hiãûu â âỉåüc khúch âải âỉåüc biãún âäøi thnh tên hiãûu quang âãø tiãúp
tủc truưn trãn tuún cạp quang tiãúp theo.


5.2. Âàûc âiãøm ca HTTT såüi quang :
Hãû thäúng thäng tin såüi quang cọ mäüt säú ỉu âiãøm so våïi cạc hãû thäúng
sỉí dủng cạp âäưng cäø âiãøn do sỉí dủng cạc âàûc tênh ca såüi quang, linh kiãûn
thu quang v phạt quang.
Såüi quang cọ cạc âàûc âiãøm ch úu sau:
1. Sỉû suy hao tháúp ca tên hiãûu (cháút lỉåüng täút hån so våïi cạp song
hnh kim loải hay cạp âäưng trủc ...).
2. Cạp såüi quang cọ thãø truưn ti tên hiãûu cọ táưn säú cao hån ráút nhiãưu
so våïi cạp âäưng trủc.
3. Âỉåìng kênh såüi quang nh, trng lỉåüng nhẻ so våïi cạp âäưng. Mäüt
såüi cạp quang cọ cng âỉåìng kênh våïi cạp kim loải cọ thãø chỉïa mäüt säú
lỉåüng låïn li såüi quang hån säú lỉåüng li såüi kim loải cng kêch cåỵ. Cạc âàûc
âiãøm ny ca såüi quang cọ ỉu âiãøm ráút låïn khi làõp âàût cạp.
4. Såüi quang cọ âàûc tênh cạch âiãûn vç thy tinh khäng dáùn âiãûn. Do
váûy cạp såüi quang khäng chëu nh hỉåíng ca âiãûn tỉì trỉåìng bãn ngoi
(chàóng hản tỉì cạc âỉåìng dáy hay cạp âiãûn cao ạp, sọng vä tuún v truưn
hçnh v.v...). Trong ngnh âiãûn cạp quang cọ thãø âỉåüc âàût bãn trong dáy
chäúng sẹt trãn âỉåìng dáy truưn ti âiãûn.
5. Sỉí dủng cạp quang cho phẹp tiãút kiãûm ti ngun vç thảch anh l
ngun liãûu chênh âãø sn xút såüi quang. Ngưn ngun liãûu ny däưi do
hån nhiãưu so våïi kim loải v hån nỉỵa, chè cáưn mäüt lỉåüng nh ngun liãûu
thảch anh l cọ thãø chãú tảo âỉåüc mäüt âoản cạp quang tỉång âäúi di.
Hån nỉỵa, truưn dáùn såüi quang nhåì ghẹp kãnh dung lỉåüng låïn (ráút
nhiãưu tên hiãûu âỉåüc ghẹp lải våïi nhau thnh mäüt âỉåìng v âỉåüc truưn qua
tuún truưn dáùn) cho phẹp thỉûc hiãûn cạc dëch vủ truưn video âang cọ nhu
cáưu phạt triãøn låïn v s lm cho giạ truưn tin gim tháúp.
Thäng tin quang cng cho phẹp truưn dáùn âäưng thåìi cạc tên hiãûu cọ
bỉåïc sọng khạc nhau (ghẹp táưn säú). Âàûc tênh ny cng våïi kh nàng truưn
dáùn bàng räüng ca såüi quang sàơn cọ lm cho dung lỉåüng truưn dáùn ca
tuún tråí nãn ráút låïn.

Âỉåìng kênh nh, trng lỉåüng bẹ ca såüi quang lm gim khong
khäng trong quạ trçnh làõp âàût cạp. Âiãưu ny mäüt láưn nỉỵa ci thiãûn tênh kinh
tãú trong mảng lỉåïi viãùn thäng v lm thûn tiãûn, dãù dng trong khi làõp âàût
Thäng Tin V Âiãưu ÂäüTrong Hãû Thäúng Âiãûn
Khoa Âiãûn - Trỉåìng Âải hc K thût - Âải hc  Nàơng 41
v bo dỉåỵng. Ỉu âiãøm ca såüi quang l khäng dáùn âiãûn, nhỉ váûy khäng
cáưn thiãút phi tạch cạp thäng tin ra khi cạc thiãút bë gáy ra cm ỉïng âiãûn tỉì
trỉåìng, bo vãû an ton cho cäng nhán cng nhỉ äøn âënh cháút lỉåüng thäng
tin.

5.3. Såüi quang:
5.3.1. Cáúu trục såüi quang:
Såüi quang cọ thãø hiãøu l "såüi mnh dáùn ạnh sạng", bao gäưm hai cháút
âiãûn mäi trong sút khạc nhau (cháút âiãûn mäi nhỉ thy tinh hồûc nhỉûa) mäüt
pháưn cho ạnh sạng truưn trong âọ gi l li såüi, pháưn cn lải l låïp v bao
quanh li. Såüi quang âỉåüc cáúu tảo sao cho ạnh sạng âỉåüc truưn dáùn chè
trong li såüi bàòng phỉång phạp sỉí dủng hiãûn tỉåüng phn xả ton pháưn ạnh
sạng. Hiãûn tỉåüng ny âỉåüc tảo nãn do cáúu tảo ca såüi quang cọ chiãút sút
låïp v n
2
nh hån chiãút sút låïp li n
1
khong 0,2 hồûc 0,3% (n
1
> n
2
).







Hçnh 5.2. Cáúu trục såüi quang

Såüi quang cọ âỉåìng kênh ráút bẹ, âỉåìng kênh låïp v vo khong 0,1
mm. Li dáùn ạnh sạng ca såüi cọ âỉåìng kênh cn nh hån nhiãưu, âỉåìng
kênh ny cåỵ khong mäüt vi µm (1 µm = 10
-3
mm), so våïi bỉåïc sọng truưn
ti nọ låïn hån khong vi chủc láưn. Cạp quang bao gäưm nhiãưu såüi quang
bãn trong.

5.3.2. Quạ trçnh âỉa ạnh sạng vo såüi quang :
Ạnh sạng phạt ra tỉì ngưn phạt quang bë khúch tạn do nhiãùu xả.
Mún âỉa ạnh sạng vo li ca såüi cáưn phi táûp trung ạnh sạng. Tuy nhiãn
khäng phi táút c ạnh sạng âỉåüc táûp trung âãưu cọ thãø âỉa vo såüi m chè


n
1

n
2


n
2

Thäng tin v Âiãưu âäü trong Hãû Thäúng Âiãûn

42 Khoa Âiãûn - Trỉåìng Âải hc K thût - Âải hc  Nàơng
mäüt pháưn cọ gọc tåïi nàòm trong mäüt giåïi hản nháút âënh måïi cọ thãø âỉa âỉåüc
vo li såüi quang.
Nhỉ trçnh by trãn hçnh 5.3, tải âiãøm âỉa vo ca såüi quang chia thnh
ba mäi trỉåìng liãưn nhau cọ chiãút sút khục xả khạc nhau. Âọ l mäi trỉåìng
khäng khê, li v v ca såüi quang. Cho cạc giạ trë chiãút sút ny láưn lỉåüt
bàòng n
0
(=1), n
1
v n
2
. Ta cọ thãø ạp dủng cạc âënh lût khục xả v phn xả
tải cạc biãn tiãúp giạp giỉỵa khäng khê v li, giỉỵa li v v.
ÅÍ âáy gọc nháûn låïn nháút θ
max
l gọc måí âäúi våïi tia tåïi säú 2 cọ gọc tåïi
bàòng gọc tåïi hản nhỉ trãn hçnh 5.3.
Tải biãn ca khäng khê v li, li v v, ạp dủng âënh lût khục xả ạnh
sạng Snell ta cọ hai phỉång trçnh nhỉ sau :
n
0
sinθ
max
= n
1
sinθ
c

n

1
sin (90
0
- θ
c
) = n
2
sin 90
0
= n
2

hay:
n
0
sinθ
max
= n
1
sinθ
c

cosθ
c
= n
2
/ n
1

Gọc måí låïn nháút θ

max
âỉåüc tênh nhỉ sau :
sinθ
max
=
2
2
2
1
n - n
θ
max
= arcsin(
2
2
2
1
n - n )


Hçnh 5.3. Gọc nháûn ca såüi quang

Âải lỉåüng sinθ
max
âỉåüc gi l kháøu âäü säú NA (Numerical Aperture),
nọ cho ta biãút âiãưu kiãûn âỉa ạnh sạng vo såüi quang. Âáy l thäng säú cå bn
tạc âäüng âãún hiãûu sút ghẹp näúi giỉỵa ngưn sạng v såüi quang.
Li n
1


Thäng Tin V Âiãưu ÂäüTrong Hãû Thäúng Âiãûn
Khoa Âiãûn - Trỉåìng Âải hc K thût - Âải hc  Nàơng 43
Vê dủ, mäüt såüi quang cọ chiãút sút khục xả l n
1
= 1,475 v n
2
= 1,46
(âäü lãûch chiãút sút tỉång âäúi = 1%) s cọ NA = 0,21
Nãúu biãút âỉåüc âỉåìng kênh li v kháøu âäü säú NA ca såüi quang thç xạc
âënh âỉåüc lỉåüng ạnh sạng vo li såüi. Âỉåìng kênh li såüi cng låïn v NA
cng låïn s cho hiãûu sút ghẹp näúi cao.
Trong såüi quang, giao thoa giỉỵa ạnh sạng tåïi cọ gọc phn xả xạc âënh
våïi ạnh sạng phn xả gáy ra phán bäú cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng xạc âënh. Âỉåìng
truưn ca ạnh sạng bë giåïi hản trong såüi quang våïi gọc phn xả xạc âënh
cng nhỉ phán bäú cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng xạc âënh âỉåüc gi l mode lan
truưn.
Säú lỉåüng mode lan truưn ạnh sạng N l mäüt säú ngun låïn nháút tha
mn âiãưu kiãûn:
2a.sinθ
c
≥ N.λ/2
trong âọ θ
c
âỉåüc tênh nhỉ åí trãn nhỉ sau :
sinθ
c
= sinθ
max
/n
1

=
1
2
2
2
1
/nn - n

2a: âỉåìng kênh ca li såüi quang.
Tỉì âọ ta cọ N l säú ngun låïn nháút tha mn âiãưu kiãûn:
N ≤ (4a/λ).(
1
2
2
2
1
/nn - n )
Vç λ = λ
0
/n
1
,nãn
N ≤ (4a/λ
0
).
2
2
2
1
n - n


Vê dủ cho n
1
= 1,475, n
2
= 1,46, 2a = 50 µm v λ = 1,3 µm thç ta cọ säú
lỉåüng mode l N = 16.
Såüi quang cọ säú lỉåüng mode truưn lan nhiãưu nhỉ â nọi åí vê dủ trãn
âỉåüc gi l såüi âa mode (cọ N>1).
Nãúu n
1
=1.463, n
2
= 1,46, 2a = 10µm v bỉåïc sọng ạnh sạng λ=1,3µm ta cọ
N=1.
ÅÍ âáy N = 1 cọ nghéa l chè cọ thãø täưn tải mäüt mode truưn lan ạnh
sạng. Såüi quang chè cọ mäüt mode truưn lan nhỉ vê dủ ny thç âỉåüc gi l
såüi âån mode.
Vç säú lỉåüng mode truưn lan l hm säú ca bỉåïc sọng λ nãn nãúu såüi cọ
thãø âỉåüc sỉí dủng nhỉ såüi âån mode åí bỉåïc sọng ny thç âäúi våïi bỉåïc sọng
ngàõn hån khäng cn l såüi âån mode nỉỵa.
Bỉåïc sọng nh nháút m tải âọ, såüi quang lm viãûc nhỉ såüi âån mode
âỉåüc gi l bỉåïc sọng càõt.
Bỉåïc sọng càõt λ
c
cọ thãø âỉåüc tênh theo phỉång trçnh :
λ
c
= 4a
2

2
2
1
n - n