Bài giảng Cơ sở kỹ thuật thông tin quang: Chương 2 - TS. Nguyễn Đức Nhân

Bài giảng Cơ sở kỹ thuật thông tin quang - Chương 2: Sợi quang, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Cấu tạo và phân loại sợi quang; truyền sóng ánh sáng; suy hao trong sợi quang; tán sắc trong sợi quang;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cơ sở kỹ thuật thông tin quang: Chương 2 - TS. Nguyễn Đức Nhân TS. Nguyễn Đức Nhân6/02/2014 21 • Cấu tạo: – Cấu tạo: hình trụ gồm lõi và vỏ, được chế tạo từ vật liệu trong suốt – Nguyên lý truyền tín hiệu quang: phản xạ nội toàn phần  n1 > n2 – Phân loại sợi quang: • Phân bố mặt cắt chiết suất: chiết suất bậc (SI), chiết suất biến đổi (GI) • Số lượng mode truyền: sợi đa mode (MM) và sợi đơn mode (SM). • Vật liệu chế tạo: Sợi thủy tinh, sợi nhựa (plastic)6/02/2014 22Nguyễn Đức Nhân • Phân loại: Sợi đơn mode (SM) Sợi đa mode chiết suất bậc (MM-SI) Sợi đa mode chiết suất biến đổi (MM-GI)6/02/2014 23Nguyễn Đức Nhân • Một số loại sợi quang khác:6/02/2014 24Nguyễn Đức Nhân • Cơ sở truyền sóng: – Trong môi trường đồng nhất, ánh sáng truyền thẳng – Khi gặp bề mặt phân cách giữa hai môi trường: một phần phản xạ, còn một phần khúc xạ6/02/2014 25Nguyễn Đức Nhân • Cơ sở truyền sóng: – Phản xạ toàn phần  Cơ sở truyền ánh sáng trong sợi quang6/02/2014 26Nguyễn Đức Nhân • Một số khái niệm cơ bản: – Khẩu độ số NA: Xác định góc tiếp nhận ánh sáng cực đại của sợi quang6/02/2014 27Nguyễn Đức Nhân • Một số khái niệm cơ bản: – Mode truyền: • Mỗi mode là một họ tia sáng ứng với một góc lan truyền cho phép xác định (Theo lý thuyết tia) • Mỗi mode là một nghiệm của phương trình sóng (xác định từ phương trình Maxwell) xác định kiểu phân bố trường điện từ lan truyền trong sợi quang (Theo lý thuyết truyền sóng)6/02/2014 28Nguyễn Đức Nhân • Sợi đa mode chiết suất bậc (MM-SI): – Sợi truyền nhiều mode (hoặc tia sáng) – Quỹ đạo các tia lan truyền có dạng zigzac, gồm 2 loại tia: tia kinh tuyến và tia nghiêng hoặc tia xoắn – Số lượng mode truyền: – Tán sắc mode lớn  giới hạn băng tần truyền dẫn của sợi6/02/2014 29Nguyễn Đức Nhân • Sợi đa mode chiết biến đổi (MM-GI): – Mặt cắt chiết suất:  n1 1  (r / a) ; n( r )    ra  n1 (1  )  n2 ra  – hệ số mặt cắt chiết suất, thường   2 – Khẩu độ số: NA(r)  n 2 (r)  n 2  NAmax 1  (r / a ) 2 NAmax  n1 2 – Sợi truyền nhiều mode (hoặc tia sáng), cũng gồm 2 loại tia: tia kinh tuyến và tia nghiêng hoặc tia xoắn6/02/2014 30Nguyễn Đức Nhân • Sợi đa mode chiết biến đổi (MM-GI): – Quỹ đạo các tia lan truyền có dạng đường cong hình sin do bị đổi hướng liên tục, d 2 r 1 dn  dz 2 n dr p = (2/a2)1/2 – Số lượng mode truyền: – Tán sắc mode nhỏ hơn  tăng băng tần truyền dẫn của sợi6/02/2014 31Nguyễn Đức Nhân • Lý thuyết truyền sóng: – Hệ phương trình Maxwell: (2.1) (2.2) (2.3) (2.4) . Mật độ thông lượng quan hệ với các vectơ trường (2.5) (2.6) . P và M là các phân cực điện và từ tương ứng, ở sợi quang M = 0 . Quan hệ giữa P và E:  - độ cảm ứng (2.7)6/02/2014 32Nguyễn Đức Nhân • Lý thuyết truyền sóng: – Hệ phương trình Maxwell: . Lấy curl ptr (2.1) và sử dụng ptr (2.2), (2.5), (2.6) thu được phương trình sóng (2.8) . Lấy khai triển Fourier (2.9) . Trong miền tần số ptr (2.8) có dạng (2.10) . Hằng số điện môi phụ thuộc tần số (2.11) . Quan hệ giữa hằng số điện môi với chiết suất và hệ số suy hao (2.12)6/02/2014 (2.1 33Nguyễn Đức Nhân 2) • Lý thuyết truyền sóng: – Hệ phương trình Maxwell: . Sử dụng hệ thức (2. ...