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

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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thông tin quang / C2_2_ Suy hao tín hiệu trong sợi quangSuy hao tín hiệu trong sợi quang Attenuation in Optical Fibers 1Nguyên 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 3Công suất quang ở khoảng cách L: P(L ) = P(0 )e −α p LHệ 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 modesóng• Ví dụ: sợi quang uốn cong với đườngkính 32 mm sẽ gây ra suy hao 0.5 dBThay đổi chỉ số chiết xuất khúc xạ n có thểgiảm suy hao uốn cong, nhưng sẽ ảnh hưởngđến những tính chất khác của sợi quang.• Nguyên tắc cơ bản giảm thiểu suy haouốn cong là giảm thiểu bán kính uốn cong.Bán kính > 100xđường kính vỏ sợi (for shorttimes). Vd: 13mm for 125mm claddingBán kính > 150xđường kính vỏ sợi (for longtimes). Vd: 19mm for 125mm cladding 5Bend loss versus bend radius 6 Microbending lossesĐây là một đặc tính của sợi quang, dưới sự điều chỉnh của nhà sảnxuất, 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 modesMode 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 thụHấp thụ do lỗi nguyên tử trong cấu tạo thủy tinh (sự không hoàn hảocủa cấu trúc nguyên tử của vật liệu sợi: thiếu hụt phân tử, cụm nhómnguyên tử mật độ cao…)Hấp thụ bên ngoài do những nguyên tử không sạch trong vật liệu thủytinh (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/kmHấp thụ bên trong do cấu tạo nguyên tử cơ bản của vật liệu sợi. Bắtnguồn 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 11Hấp thụ do tạp chất 12 12 Hanoi University of TechnologySuy 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 ...