Home » Viễn Thông & Công Nghệ » Các nguyên nhân gây suy hao mạng cáp quang

Các nguyên nhân gây suy hao mạng cáp quang

Các nguyên nhân gây suy hao tín hiệu trên mạng cáp quang P1

Các nguyên nhân gây nên suy hao tín hiệu cáp quang là do công suất truyền trong sợi cáp quang bị thất thoát do sự hấp thụ của vật liệu, sự tán xạ ánh sáng và khúc xạ khi sợi cáp quang bị uốn cong..

1 Suy hao tín hiệu cáp quang do hấp thụ

+ Sự hấp thụ của các chất kim loại

Các tạp chất trong thuỷ tinh là một trong những nguồn hấp thụ , 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 tỷ gây ra suy hao khoảng 1-10 dB/km. Mật độ ion OH phải nhỏ hơn vài phần tỷ 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

2 Suy hao tín hiệu mạng cáp quang do tạp chất

Nhân tố hấp thụ nổi trội trong sợi quang là sự có mặt của tạp chấp có trong vật liệu sợi. Trong thủy tinh thông thường, các tạp chất như nước và các ion kim loại chuyển tiếp đã làm tăng đặc tính suy hao, đó là các ion kim loại sắt,crom, coban, đồng và ion OH (nước). Sự có mặt của tạp chất này làm cho suy hao đạt tới giá trị rất lớn, nếu sợi mà làm bằng thủy tinh như các lăng kính thông thường thì suy hao lên tới vài nghìn dB/km. Các sợi quang trước đây với lượng
tạp chất từ 1 đến 10 phần tỷ (ppb) có suy hao trong khoảng 1 đến 10 dB/km. Sự có mặt của các phân tử nước đã làm cho suy hao trội hẳn lên. Liên kết OH đã
hấp thụ ánh sáng ở bước sóng khoảng 2.7µm và cùng tác động qua lại của cộng hưởng Silic, nó tạo ra các đỉnh hấp thụ ở 1400, 950 và 750 nm. Giữa các đỉnh
này có các vùng suy hao thấp, đó là các cửa sổ truyền dẫn 850 nm, 1300 nm và 1550 nm mà các hệ thống thông tin đã sử dụng để truyền tín hiệu ánh sáng. Để giảm suy hao xuống thấp hơn 20 dB/km, sự có mặt của nước phải ít hơn vài phần tỷ. Giá trị này có thể đạt được nhờ chế tạo sợi bằng phương pháp MCVD.Các phương pháp chế tạo sợi khác cho phép làm giảm thấp hơn nữa hàm lượng nước là VAD, VPAD cho phép tạo ra sợi có sự tập trung ion dưới 0,8 ppb. Với mức tạp chất này, đường cong suy hao sẽ trơn lên và không còn tồn tại các đỉnh và khe suy hao nữa, kết quả này tạo ra suy hao sợi nhỏ hơn 0.2 dB/km tại bước sóng 1550 nm.

nguyên nhân suy háo tín hiệu mạng cáp quang
nguyên nhân suy háo tín hiệu mạng cáp quang

3.Suy hao tín hiệu trong sợi quang theo bước sóng

+ Hấp thụ vật liệu:
Có thể thấy rằng hoạt động ở bước sóng dài hơn sẽ cho suy hao nhỏ hơn, quan điểm này là hoàn toàn chính xác. Nhưng các liên kết nguyên tử lại có liên
quan tới vật liệu và sẽ hấp thụ ánh sáng có bước sóng dai, trường hợp này gọi là hấp thụ vật liệu. Mặc dù các bước sóng cơ bản của các liên kết hấp thụ nằm bên ngoài vùng bước sóng sử dụng. nhưng đuôi hấp thụ của nó vẫn có ảnh hưởng, và ở đây nó kéo cho tới vùng bước sóng 1550 nm làm cho vùng bước sóng này không giảm suy hao một cách đáng kể.

+ Hấp thụ cực tím

Trong vùng cực tím, ánh sáng bị hấp thụ là do các photon kích thích các điện tử trong nguyên tử lên một trạng thái năng lượng cóa hơn (mặc dù đây là một
dạng của hấp thu vật liệu, nhưng tác động tương tác xảy ra trong phạm vi nguyên tử, quan điểm này chính xác hơn là trong phạm vi phân tử). Lúc này bờ
cực tím của các dải hấp thụ điện tử của cả hai vật liệu khong kết tinh và kết tinh sẽ có quan hệ như sau:Α uv = CeE/E0
Gọi là luật UrBach, trong đó C và E0 là các hằng số rút ra từ kinh nghiệm và E là năng lượng photon. Vì E tỷ lệ nghịch với bước sóng λ, cho nên đặc tính
hấp thụ cực tím đi xuống theo bậc hàm mũ so với chiều tăng của bước sóng. Suy hao cực tím là nhỏ hơn so với suy hao do tán xạ trong vùng gần hồng ngoại. Đối với dioxit Silic, đỉnh hấp thụ của nó vào khoảng 0.14 µm, tuy nhiên đuôi của nó kéo dài tới khoảng 1µm, vì vậy cũng gây ra lượng suy hao nhỏ ở cửa sổ truyềndẫn.

4.Suy hao tín hiệu do tán xạ

suy hao do tán xạ trong sợi quang là do tính không đồng đều rất nhỏ trong lõi sợi gây ra. Đó là do có những thay đổi rất nhỏ của vật liệu, tính không đồng
đều về cấu trúc hoặc các khiếm khuyết trong quá trình chế tạo sợi. Như vậy trong cấu trúc lõi sợi sẽ bao gồm cả mật độ phân tử cao hơn và mật độ phân tử
thấp hơn mật độ trung bình. Ngoài ra, do thủy tinh được tạo ra từ vài loại oxitnhư SiO2, GeO2 và P2O5 cho nên sự thay đổi thành phần có thể xảy ra. Hai yếu tố này làm nảy sinh sự thay đổi chiết suất, chúng tạo ra tán xạ ánh sáng gọi là tán Reyleigh. Tán xạ Reyleigh chỉ có ý nghĩa khi bước sóng của ánh sáng cùngcấp với kích thước của cơ cấu tán xạ. Trong thực tế, suy hao này làm giảm đi một phần tư công suất của bước sóng, và vì thế hệ thống làm việc ở bước sóng dài sẽ được quan tâm ngày một nhiều. Việc diễn giải suy hao do tán xạ gây ra khá phức tạp do bản chất ngẫu nhiên của phân tử và các thành phần oxit khác nhau của thủy tinh. Đối với thủy tinh thuần khiết, suy hao do tán xạ tại bước sóng λ do sự bất ổn định về mật độ gây ra có thể được diễn giải như sau:
TfBscatTknβππα2243)1(38−=Hoặc TfBscatTkpnβππα284338=Trong đó:n là chỉ số chiết suất, kB là hằng số Boltzman, Tβlà hệ số nén đẳng nhiệt của vật liệu
Tf là nhiệt độ mà tại đó tính bất ổn định về mật độ bị đông lạithành thủy tinh P là hệ số quang đàn hồi

Share Button
Content Protection by DMCA.com

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *