ÑAÏI HOÏC KHOA HOÏC TÖÏ NHIEÂNÑAÏI HOÏC KHOA HOÏC TÖÏ NHIEÂNKHOA VAÄT LYÙKHOA VAÄT LYÙ

BOÄ MOÂN VAÄT LYÙ ÖÙNG DUÏNGBOÄ MOÂN VAÄT LYÙ ÖÙNG DUÏNG

SEMINAR:SEMINAR: SÔÏI QUANG HOÏCSÔÏI QUANG HOÏC

(FIBER OPTICS)(FIBER OPTICS)

Địa chỉ bạn đã tải:http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.htmlĐịa chỉ bạn đã tải:http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html

Nơi bạn có thể thảo luận:http://myyagy.com/mientay/Nơi bạn có thể thảo luận:http://myyagy.com/mientay/

Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí:http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.htmlDịch tài liệu trực tuyến miễn phí:http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html

Dự án dịch học liệu mở:http://mientayvn.com/OCW/MIT/Co.htmlDự án dịch học liệu mở:http://mientayvn.com/OCW/MIT/Co.html

Liên hệ với người quản lí trang web:Yahoo: thanhlam1910_2006@yahoo.comGmail: frbwrthes@gmail.com

Liên hệ với người quản lí trang web:Yahoo: thanhlam1910_2006@yahoo.comGmail: frbwrthes@gmail.com

I - I - GIÔÙI THIEÄU SÔÏI QUANGGIÔÙI THIEÄU SÔÏI QUANG

I I - CAÁU TAÏO SÔÏI QUANGI I - CAÁU TAÏO SÔÏI QUANG

III - PHAÂN LOAÏI SÔÏI QUANGIII - PHAÂN LOAÏI SÔÏI QUANG

IV - NGUYEÂN TAÉC HOAÏT ÑOÄNGIV - NGUYEÂN TAÉC HOAÏT ÑOÄNG

V - V - ĐỘ TAÙN SẮC

VI - ÖÙNG DUÏNG CUÛA SÔÏI QUANGVI - ÖÙNG DUÏNG CUÛA SÔÏI QUANG

VII - ÖU – NHÖÔÏC ÑIEÅM CUÛA SÔÏI VII - ÖU – NHÖÔÏC ÑIEÅM CUÛA SÔÏI QUANGQUANG

I – I – GIÔÙI THIEÄUGIÔÙI THIEÄU Ngaøy nay chuùng ta bieát sôïi quang laø teân Ngaøy nay chuùng ta bieát sôïi quang laø teân

goïi cuûa nhöõng daây laøm baèng thuûy tinh goïi cuûa nhöõng daây laøm baèng thuûy tinh söû duïng hieän töôïng phaûn xaï toaøn phaàn söû duïng hieän töôïng phaûn xaï toaøn phaàn ñeå truyeàn thoâng tin ñi vôùi toác ñoä aùnh ñeå truyeàn thoâng tin ñi vôùi toác ñoä aùnh saùng. Coù yù kieán cho raèng, aùnh saùng coù saùng. Coù yù kieán cho raèng, aùnh saùng coù theå truyeàn ñi theo daây thuûy tinh thöïc ra theå truyeàn ñi theo daây thuûy tinh thöïc ra ñaõ ñaõ coù töø naêm 1840 khi hai nhaø vaät lyù laø coù töø naêm 1840 khi hai nhaø vaät lyù laø Collodon vaø Babinet trình dieãn moät thí Collodon vaø Babinet trình dieãn moät thí nghieäm söû duïng hieän töôïng phaûn xaï toaøn nghieäm söû duïng hieän töôïng phaûn xaï toaøn phaàn ñeå truyeàn nhöõng tia saùng ñi theo phaàn ñeå truyeàn nhöõng tia saùng ñi theo nhöõng tia nöôùc cong phun ra töø moät suoái nhöõng tia nöôùc cong phun ra töø moät suoái nöôùc phun. Ngöôøi ñaàu tieân trình dieãn thí nöôùc phun. Ngöôøi ñaàu tieân trình dieãn thí nghieäm göûi moät hình aûnh ñi theo moät boù nghieäm göûi moät hình aûnh ñi theo moät boù sôïi quang hoïc laø moät sinh vieân y khoa sôïi quang hoïc laø moät sinh vieân y khoa ngöôøi Ñöùc teân laø Lamm khi anh duøng sôïi ngöôøi Ñöùc teân laø Lamm khi anh duøng sôïi quang hoïc ñeå chieáu roïi hình aûnh cuûa moät quang hoïc ñeå chieáu roïi hình aûnh cuûa moät boùng ñeøn ñieän ñang thaép saùng leân moät boùng ñeøn ñieän ñang thaép saùng leân moät maøn aûnh .. maøn aûnh ..

Trong nghieân cöùu cuûa mình Lamm öu tieân Trong nghieân cöùu cuûa mình Lamm öu tieân duøng sôïi quang ñeå quan saùt vaø kieåm tra duøng sôïi quang ñeå quan saùt vaø kieåm tra caùc boä phaän beân trong cô theå ngöôøi beänh caùc boä phaän beân trong cô theå ngöôøi beänh maø maø khoâng caàn phaûi moå raïch da thòt maø maø khoâng caàn phaûi moå raïch da thòt ngöôøi ñoù. Sau khi khoa hoïc khaùm phaù ra ngöôøi ñoù. Sau khi khoa hoïc khaùm phaù ra Laser, caùc nhaø nghieân cöùu veà sôïi quang Laser, caùc nhaø nghieân cöùu veà sôïi quang ñöôïc xuùc tieán maïnh meõ hôn vaø coâng ñöôïc xuùc tieán maïnh meõ hôn vaø coâng ngheä sôïi quang ngaøy caøng trôû thaønh moät ngheä sôïi quang ngaøy caøng trôû thaønh moät lónh vöïc coâng ngheä hieän ñaïi vaø quan troïng, lónh vöïc coâng ngheä hieän ñaïi vaø quan troïng, gaén lieàn vôùi caùc ngaønh coâng ngheä khaùc.gaén lieàn vôùi caùc ngaønh coâng ngheä khaùc.

Sôïi quang laø nhöõng daây nhoû vaø deûo Sôïi quang laø nhöõng daây nhoû vaø deûo truyeàn caùc aùnh saùng nhìn thaáy ñuôïc vaø truyeàn caùc aùnh saùng nhìn thaáy ñuôïc vaø caùc tia hoàng ngoaïicaùc tia hoàng ngoaïi

II- II- CAÁU TAÏO SÔÏI QUANGCAÁU TAÏO SÔÏI QUANG

Sôïi quang goàm 2 phaàn: phaàn loõi (core) coù chieát suaát n1

phaàn voû (cladding) coù chieát suaát n2 < n1

rx Fiber axis

y

Cladding

Core

nn2n1

y

Sôïi quang coù loõi ôû giöõa vaø phaàn bao boïc Sôïi quang coù loõi ôû giöõa vaø phaàn bao boïc xung quanh loõi. Ñeå aùnh saùng coù theå xung quanh loõi. Ñeå aùnh saùng coù theå phaûn xaï moät caùch hoaøn toaøn trong loõi thì phaûn xaï moät caùch hoaøn toaøn trong loõi thì chieát suaát cuûa loõi phaûi lôùn hôn chieát chieát suaát cuûa loõi phaûi lôùn hôn chieát suaát cuûa aùo moät chuùt.suaát cuûa aùo moät chuùt.

Voû bao boïc beân ngoaøi aùo baûo veä sôïi Voû bao boïc beân ngoaøi aùo baûo veä sôïi quang khoûi bò aåm öôùt vaø aên moøn, ñoàng quang khoûi bò aåm öôùt vaø aên moøn, ñoàng thôøi choáng xuyeân aâm vôùi caùc loaïi sôïi ñi thôøi choáng xuyeân aâm vôùi caùc loaïi sôïi ñi beân caïnh vaø laøm cho sôïi quang deã xöû lyù.beân caïnh vaø laøm cho sôïi quang deã xöû lyù.

Loõi vaø aùo ñöïôc laøm baèng thuûy tinh hay Loõi vaø aùo ñöïôc laøm baèng thuûy tinh hay chaát deûo Silica, kim loaïi, fluor, sôïi quang keát chaát deûo Silica, kim loaïi, fluor, sôïi quang keát tinh.tinh.

Chieát suaát cuûa lôùp loõi coù hai daïng: Chieát suaát cuûa lôùp loõi coù hai daïng: daïng khoâng ñoåi vaø daïng coù phaân boá daïng khoâng ñoåi vaø daïng coù phaân boá

giaûm daàn töø trong ra ngoaøi.giaûm daàn töø trong ra ngoaøi.

Fiber axis

12

3

4 5

12

3

4

5

.

Chieát suaát phaân boá giaûm daàn töø trong ra ngoaøi

III – III – PHAÂN LOAÏIPHAÂN LOAÏI

Sôïi quang ñöôïc phaân loaïi theo caáu taïo nghóa laø theo söï phaân boá chieát suaát quang hoïc trong loõi ñoái vôùi chieát suaát quang hoïc cuûa lôùp voû.

Ta goïi sôïi quang coù chieát suaát khoâng ñoåi laø sôïi quang chieát suaát baäc (step – index), coøn daïng coù chieát suaát thay ñoåi giaûm daàn töø trong ra ngoaøi laø sôïi quang chieát suaát lieân tuïc (graded index).

Tuøy vaøo kích thöôùc cuûa loõi, sôïi quang chieát suaát baäc coù theå chæ daãn truyeàn moät mode goïi laø sôïi quang ñôn mode. Coøn khi noù coù theå truyeàn nhieàu mode, ñöôøng kính loõi lôùn thì ta goïi laø sôïi quang chieát suaát baäc ña mode.

n2

n1

n321o

Sôïi quang chieát suaát baäc ña mode

Ñoái vôùi sôïi quang chieát suaát lieân tuïc, thöôøng daãn truyeàn nhieàumode goïi laø sôïi quang chieát suaát lieân tuïc ña mode.

nn1

OO’ O’’

12121

Sôïi quang lieân tuïc ña mode

n2

* * Sôïi quang ña mode:Sôïi quang ña mode:

a)a)Sôïi quang ña mode coù chieát suaát thay ñoåi Sôïi quang ña mode coù chieát suaát thay ñoåi töøng baäc (multimode step-index fibers): Laø töøng baäc (multimode step-index fibers): Laø sôïi quang coù chieát suaát loõi nsôïi quang coù chieát suaát loõi n11 giaûm moät giaûm moät caùch ñoät ngoät tôùi chieát suaát ncaùch ñoät ngoät tôùi chieát suaát n2 2 trong voû. trong voû. Ñoä thay ñoåi chieát suaát thöôøng raát nhoû töø Ñoä thay ñoåi chieát suaát thöôøng raát nhoû töø 0,001 ñeán 0,02.0,001 ñeán 0,02.

Nhöõng tia saùng naøo taïo vôùi truïc cuûa sôïi quang moät goùc lôùn hôngoùc tôùi haïn thì seõ bò phaûn xaï noäi toaøn phaàn taïi bieân cuûa voû vaø loõi, ñöôïc daãn ñi trong loõi.

=n1

Goùc trong sôïi töông töï nhö goùc cuûa chuøm tia tôùi töø khoâng khí vaøo sôïi.

c a

a 1 22 2Sin = NA = n1(2 )1/2

maxi nn

goïi laø khaåu ñoä soá (Numerical Aperture_NA). Trong ñoù laø goùc tôùi cuûa tia saùng ñaëc tröng cho hieän töôïng phaûn xaï toaøn phaàn giöõa loõi vaø voû cuûa sôïi quang, ñoù laø goùc tôùi lôùn nhaát ñeå tia khuùc xaï vaøo loõi coøn gaây neân hieän töôïng phaûn xaï toaøn phaàn ôû ranh giôùi giöõa loõi vaø voû.

a

nn

c1

21

sin

nn

cc1

21

cos2

Acceptance cone

Unguided ray

Guided ray

acc

Khaûo saùt söï truyeàn aùnh saùng ñôn saéc söû duïng lyù thuyeát ñieän töø,söï daãn soùng thoûa maõn phöông trình Maxwell vaø ñieàu kieän bieân taïi loõi vaø voû:

U + n2koU = 022

Vôùi n = n1 (r<a) vaø n = n2 (r>a), ko =

2

o

Trong heä toïa ñoä truï, phöông trình coù daïng:

U

2

2 2

r2+ 1

rU UUr

+r21

+2

z2+ n2koU = 0

U(r, ,z) = u(r) eHeä soá lan truyeàn:

n1ko [1 - ]qM

Vôùi M: soá mode q = 0, 1, 2,…M

Soùng ñöôïc daãn neáu heä soá lan truyeàn nhoû hôn böôùc soùng trong loõi < n1ko vaø lôùn hôn böôùc soùng trong voû > n2ko

Soá mode daãn M ñöôïc ñaëc tröng bôûi thoâng soá V:V = 2 ( ) NA

ao

trong ñoù laø tæ soá giöõa baùn kính loõi vaø oo

a

-j l e-j z l = 0, 1, 2,…

M M

p V2

p+2 2

p laø tham soá (grade profile parameter ) xaùc ñònh ñoä saâu cuûa profile

p=1

r

n2

n12n2

2

a0

Trong sôïi coù chieát suaát thay ñoåi töøng baäc thì p = , do ñoù soá mode M

V2

2vaän toác nhoùm: vmax c1 co / n1

vmin c1 (1 - ) = c1 (n2 / n1)

Cladding

core

Baùn kính loõi ñieån hình laø 100 – 1500 Baùn kính loõi ñieån hình laø 100 – 1500 mm, , thích hôïp trong caùc öùng duïng ñoøi hoûi maät thích hôïp trong caùc öùng duïng ñoøi hoûi maät ñoä coâng suaát cao.ñoä coâng suaát cao.

b) Sôïi quang ña mode coù chieát suaát thay ñoåi b) Sôïi quang ña mode coù chieát suaát thay ñoåi daàn daàn hay coøn goïi laø sôïi quang lieân tuïc daàn daàn hay coøn goïi laø sôïi quang lieân tuïc (multimode graded – index fiber)(multimode graded – index fiber)

cladding

Graded index core

Inci

dent

rays

Loõi cuûa moät sôïi quang coù chieát suaát cao Loõi cuûa moät sôïi quang coù chieát suaát cao nhaát ôû taâm vaø giaûm daàn ñeán giaù trò nhaát ôû taâm vaø giaûm daàn ñeán giaù trò thaáp nhaát ôû voû. Vaän toác pha cuûa aùnh thaáp nhaát ôû voû. Vaän toác pha cuûa aùnh saùng ñaït cöïc tieåu taïi taâm vaø taêng daàn saùng ñaït cöïc tieåu taïi taâm vaø taêng daàn khi baùn kính taêng.khi baùn kính taêng.

Ñoä thay ñoåi chieát suaát Ñoä thay ñoåi chieát suaát = [( n= [( n1 1 - n - n2 2 ) / n) / n11] ] << 1<< 1

Tia ôû truïc (axial) truyeàn vôùi khoaûng caùch ngaén nhaát vôùi vaän toác pha nhoû nhaát (chieát suaát lôùn nhaát), traùi laïi nhöõng tia xieân (oblique)thì truyeàn zig-zag ôû goùc lôùn hôn, vôùi khoaûng caùch daøi hôn vaø vaän toác pha cao hôn.

Heä soá lan truyeàn: n1ko[ 1 - ] ( )q

M

p / (p+2)

Trong tröôøng hôïp p = 2 thì theo coâng thöùc M pp+2

V2

2soá mode M V2

4

**Sôïi quang ñôn mode (single mode fibers)Sôïi quang ñôn mode (single mode fibers)

Khi baùn kính loõi a vaø NA cuûa sôïi quang coù Khi baùn kính loõi a vaø NA cuûa sôïi quang coù chieát suaát baäc ñuû nhoû ñeå V < 2.405 khi chieát suaát baäc ñuû nhoû ñeå V < 2.405 khi ñoù chæ coù mode ñôn ñöôïc pheùp truyeàn. Sôïi ñoù chæ coù mode ñôn ñöôïc pheùp truyeàn. Sôïi quang ñôn mode coù baùn kính loõi nhoû, khaåu quang ñôn mode coù baùn kính loõi nhoû, khaåu ñoä soá nhoû vaø söû duïng böôùc soùng ñuû ñoä soá nhoû vaø söû duïng böôùc soùng ñuû daøi.daøi.

IV – IV – NGUYEÂN TAÉC HOAÏT NGUYEÂN TAÉC HOAÏT ÑOÄNGÑOÄNG

Xeùt söï lan truyeàn soùng nhö söï lan truyeàn soùng Xeùt söï lan truyeàn soùng nhö söï lan truyeàn soùng ñieän töø, ñöôïc bieåu dieãn nhö lôøi giaûi cuûa phöông ñieän töø, ñöôïc bieåu dieãn nhö lôøi giaûi cuûa phöông trình Maxwell vôùi caùc ñieàu kieän bieân treân maët trình Maxwell vôùi caùc ñieàu kieän bieân treân maët phaân caùch cuûa linh kieän daãn soùng.phaân caùch cuûa linh kieän daãn soùng.

ÔÛ ñaây ta xeùt söï lan truyeàn aùnh saùng theo ÔÛ ñaây ta xeùt söï lan truyeàn aùnh saùng theo phöông phaùp ñôn giaûn hôn ñoù laø phöông phaùp phöông phaùp ñôn giaûn hôn ñoù laø phöông phaùp quang hoïc tia (ray optics). Trong phöông phaùp naøy, quang hoïc tia (ray optics). Trong phöông phaùp naøy, aùnh saùng lan truyeàn theo truïc z ñöôïc xem nhö taïo aùnh saùng lan truyeàn theo truïc z ñöôïc xem nhö taïo neân bôûi söï lan truyeàn cuûa caùc soùng baûn phaúng neân bôûi söï lan truyeàn cuûa caùc soùng baûn phaúng theo ñöôøng zig-zag trong maët phaúng x-y.theo ñöôøng zig-zag trong maët phaúng x-y.

Ñeå aùnh saùng truyeàn ñi trong sôïi, noù phaûi thoûa Ñeå aùnh saùng truyeàn ñi trong sôïi, noù phaûi thoûa ñieàu kieän phaûn xaï toaøn phaàn:ñieàu kieän phaûn xaï toaøn phaàn:

c 1

2n

narcsin

Söï truyeàn tia theo ñöôøng zig-zag trong sôïi Söï truyeàn tia theo ñöôøng zig-zag trong sôïi quang:quang:

Jacket

Cladding

Core

Cladding

Jacket

Angle of Incidence

Angle of Reflection

Light and less than critical angle is absorbed in jacket

Light is propagated by total internal refection

Hay moät cHay moät caùch khaùc, moät nguoàn saùng nhö aùch khaùc, moät nguoàn saùng nhö moät laser hay moät ñioát quang (LED) ñöôïc moät laser hay moät ñioát quang (LED) ñöôïc ñaët gaàn loõi cuûa sôïi quang. Nguoàn saùng ñaët gaàn loõi cuûa sôïi quang. Nguoàn saùng böùc xaï moät “hình noùn” aùnh saùng ñöôïc böùc xaï moät “hình noùn” aùnh saùng ñöôïc lieân keát trong loõi cuûa sôïi quang.lieân keát trong loõi cuûa sôïi quang.

Nguoàn saùng ñieåm

n1

n2

Tröôøng hôïp cuï theå: xeùt tia saùng lan truyeàn trong moät Tröôøng hôïp cuï theå: xeùt tia saùng lan truyeàn trong moät linh kieän daãn soùng 3 lôùp linh kieän daãn soùng 3 lôùp

n1

n2

n3

a b c

2

11

3 3

2 2 2

3

Hình a öùng vôùi mode böùc xaïHình b öùng vôùi mode ñeáHình c öùng vôùi mode ñöôïc daãn truyeàn

Caùc goùc tôùi, goùc khuùc xaï ñöôïc ñònh nghóa Caùc goùc tôùi, goùc khuùc xaï ñöôïc ñònh nghóa giöõa tia saùng vaø phaùp tuyeán cuûa maët giöõa tia saùng vaø phaùp tuyeán cuûa maët phaân caùch tuaân theo ñònh luaät Snell:phaân caùch tuaân theo ñònh luaät Snell:

sinsin

sinsin

n2

n1

n3

n2

;1

3

2

2

Ñieàu kieän duy trì mode trong thieát bò daãn soùng:-Khi nhoû, tia saùng seõ ñi xuyeân qua caû hai maët phaân caùch, chæ xaûy ra hieän töôïng khuùc xaï ôû caùc maët phaân caùch ñoù. Tröôøng hôïp naøy öùng vôùi mode böùc xaï (radiation mode).-Khi taêng leân ñeå cho ñaït ñeán goùc tôùi haïn cuûa hieän töôïng phaûn xaï toaøn phaàn beân trong ôû maët phaân caùch n2 – n1 thì tia saùng bò nhoát laïi moät phaàn. Tröôøng hôïp naøy öùng vôùi mode ñeá (subtrate mode). Ñieàu kieän phaûn xaï toaøn phaàn beân trong laø:

3

3 2

2 arcsin n1

n23 arcsinn1

n3

(1) (2)

(3)

Khi tieáp tuïc taêng leân ñeå ñaït ñeán Khi tieáp tuïc taêng leân ñeå ñaït ñeán

goùc tôùi haïn cuûa hieän töôïng phaûn xaï toaøn goùc tôùi haïn cuûa hieän töôïng phaûn xaï toaøn phaàn ôû maët phaân caùch nphaàn ôû maët phaân caùch n22 – n – n3 3 thì tia saùng thì tia saùng bò nhoát laïi hoaøn toaøn öùng vôùi mode bò nhoát laïi hoaøn toaøn öùng vôùi mode truyeàn daãn (guided mode). Trong tröôøng hôïp truyeàn daãn (guided mode). Trong tröôøng hôïp naøy , goùc tôùi haïn ñöôïc xaùc ñònh bôûi naøy , goùc tôùi haïn ñöôïc xaùc ñònh bôûi ñieàu kieän :ñieàu kieän :

arcsin

2n3

n2(4)

3 2

Töø (2) vaø (4) ta coù:

3 Arcsin(1) =

90o ,3 90o (5)

2

Moät mode vôùi heä soá lan truyeàn theo truïc z Moät mode vôùi heä soá lan truyeàn theo truïc z laø vaø heä soá lan truyeàn theo truïc x laø laø vaø heä soá lan truyeàn theo truïc x laø hh, coù theå bieåu dieãn baèng moät soùng baûn , coù theå bieåu dieãn baèng moät soùng baûn phaúng lan truyeàn theo phöông laøm thaønh phaúng lan truyeàn theo phöông laøm thaønh goùc vôùi truïc z, coù heä soá lan goùc vôùi truïc z, coù heä soá lan truyeàn kntruyeàn kn22 nhö hình veõ: nhö hình veõ:

m

m= arctg(h/m ))

kn2

m

m

m

Töø hình beân ta thaáy: sin =

kn22

Nhö vaäy neáu kn1 thì:

sin2 kn1

kn2

=n1

n2

Cuõng töông töï nhö theá, neáu kn1 < < kn3 thì coù theå duy trì mode ñeá. Chæ khi naøo kn3 thì môùi coù theå duy trì mode truyeàn daãn. Ñieàu kieän naøy töông ñöông:

sin = 2kn2

kn3

kn2=

n3

n2

: ñöôïc goïi laø heä soá lan truyeàn

h

Ñieàu kieän ñeå caùc mode daãn truyeàn sôïi Ñieàu kieän ñeå caùc mode daãn truyeàn sôïi quang:quang:

ÔÛ ñaây coù söï choàng chaát caùc soùng tôùi vaø ÔÛ ñaây coù söï choàng chaát caùc soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï töø maët phaân caùch khi chuùng lan soùng phaûn xaï töø maët phaân caùch khi chuùng lan truyeàn theo tia zig-zag. Ñeå traùnh söï trieät tieâu truyeàn theo tia zig-zag. Ñeå traùnh söï trieät tieâu naêng löôïng do söï giao thoa cuûa caùc soùng leäch naêng löôïng do söï giao thoa cuûa caùc soùng leäch pha, khi chuùng lan truyeàn trong linh kieän daãn soùng pha, khi chuùng lan truyeàn trong linh kieän daãn soùng thì caàn thoûa maõn ñieàu kieän sau: ñoä leäch pha thì caàn thoûa maõn ñieàu kieän sau: ñoä leäch pha toång coäng giöõa hai ñieåm treân maët soùng sau hai toång coäng giöõa hai ñieåm treân maët soùng sau hai laàn lan truyeàn vaø phaûn xaï qua laïi treân maët phaân laàn lan truyeàn vaø phaûn xaï qua laïi treân maët phaân caùch ncaùch n11-n-n22 vaø maët phaân caùch n vaø maët phaân caùch n22-n-n33 phaûi baèng phaûi baèng moät soá nguyeân laàn moät soá nguyeân laàn 22 . Ñaây ñöôïc coi laø ñieàu . Ñaây ñöôïc coi laø ñieàu kieän giao thoa. Taát nhieân ñieàu kieän phaûn xaï toaøn kieän giao thoa. Taát nhieân ñieàu kieän phaûn xaï toaøn phaàn cuõng phaûi ñöôïc thoûa maõn ngay töø ban ñaàu.phaàn cuõng phaûi ñöôïc thoûa maõn ngay töø ban ñaàu.

V- V- ÑOÄ TAÙN SAÉCÑOÄ TAÙN SAÉC Caáu taïo cuûa sôïi quang coøn quyeát ñònh giaù

trò cuûa moät thoâng soá quan troïng cuûa noù laø khaåu ñoä soá NA, khaåu ñoä soá ñaëc tröng cho söï gheùp noái hieäu quaû giöõa nguoàn Laser vaø sôïi quang, nhöng neáu NA quaù lôùn seõ laøm taêng hieän töôïng khoâng coù lôïi cho söï truyeàn tín hieäu moät caùch trung thöïc, ñoù laø hieän töôïng taùn saéc, do ñoù caàn choïn giaù trò ñoä cheânh chieát suaát toái öu. Trong tröôøng hôïp xung aùnh saùng vaøo moät ñaàu sôïi quang vaø ra khoûi sôïi laø moät xung yeáu hôn vaø môû roäng hôn thì ta goïi hieän töôïng naøy laø söï phaân taùn xung hay söï môû roäng xung, hieän töôïng naøy do caùc nguyeân nhaân:

a) Ñoä taùn saéc mode (Modal dispersion)

AÙnh saùng coù nhieàu mode, nhöõng mode khaùc nhau phaûn xaï nhöõng goùc khaùc nhau, nhöõng mode truyeàn phöùc taïp hôn seõ maát thôøi gian laâu hôn vaø ñoøi hoûi moät ñöôøng truyeàn roäng hôn mode ñôn giaûn (mode cô baûn). Baùn kính loõi caøng lôùn thì nhöõng mode truyeàn khaùc nhau caøng nhieàu vaø hieäu öùng modal dispersion caøng theå hieän roõ, giaûi phaùp laø sôïi quang ñôn mode.

Nguoàn goác cuûa hieän töôïng taùn saéc giöõa

caùc mode trong sôïi quang chieát suaát baäc laø vieäc naêng löôïng cuûa moät xung quang (trong tín hieäu nhò phaân) ñöôïc mang bôûi nhieàu mode soùng lan truyeàn theo nhöõng quang loä zig – zag coù chieàu daøi khaùc nhau nhöng coù cuøng vaän toác.

Ñeå khaéc phuïc ta söû duïng nhöõng loõi coù baùn Ñeå khaéc phuïc ta söû duïng nhöõng loõi coù baùn kính ñuû nhoû ñeå coù theå khoùa taát caû tröø kính ñuû nhoû ñeå coù theå khoùa taát caû tröø nhöõng mode cô baûn, goïi ñoù laø sôïi quang nhöõng mode cô baûn, goïi ñoù laø sôïi quang

ñôn mode, do ñoù loaïi tröø söï môû roäng xung do ñôn mode, do ñoù loaïi tröø söï môû roäng xung do hieäu öùng modal dispersion vaø ñoä roäng daûi hieäu öùng modal dispersion vaø ñoä roäng daûi thoâng cao hôn nhieàu so vôùi sôïi ña mode nghóa thoâng cao hôn nhieàu so vôùi sôïi ña mode nghóa laø nhöõng xung coù thôøi gian truyeàn gaàn nhau laø nhöõng xung coù thôøi gian truyeàn gaàn nhau nhieàu hôn vaø choàng laáp leân nhau.nhieàu hôn vaø choàng laáp leân nhau.

Trong sôïi quang ña mode, chieát suaát baäc, söï Trong sôïi quang ña mode, chieát suaát baäc, söï taùn saéc chuû yeáu laø do taùn saéc mode, khi taùn saéc chuû yeáu laø do taùn saéc mode, khi aùnh saùng truyeàn trong moät khoaûng caùch L aùnh saùng truyeàn trong moät khoaûng caùch L trong sôïi quang thì noù coù thôøi gian treã traûi trong sôïi quang thì noù coù thôøi gian treã traûi roäng treân khoaûng thôøi gian laø roäng treân khoaûng thôøi gian laø

2 = - 2 = -

TLc1(1 - ) L

c1(1)

Keát quaû laø coù moät xung vôùi ñoä roäng laø:Keát quaû laø coù moät xung vôùi ñoä roäng laø:

T

L2c1

Hieän töôïng taùn saéc mode trong sôïi quang ña mode chieát suaát lieân tuïc thì nhoû hôn do mode soùng coù quang loä daøi seõ chuyeån ñoäng vôùi vaän toác cao hôn caùc mode coù quang loä ngaén.

T

f1

2

(2)

(3)

Ñoä roäng daûi thoâng:

T L 4 c1

2

(4)

Ñoä roäng daûi thoâng ño löôøng khaû naêng mang döõ Ñoä roäng daûi thoâng ño löôøng khaû naêng mang döõ lieäu cuûa moät sôïi quang ( ví duï moät sôïi quang coù lieäu cuûa moät sôïi quang ( ví duï moät sôïi quang coù ñoä roäng daûi thoâng laø ñoä roäng daûi thoâng laø

400 MHz – km coù theå truyeàn 400 MHz ôû khoaûng 400 MHz – km coù theå truyeàn 400 MHz ôû khoaûng caùch 1km hoaëc coù theå truyeàn 20 MHz ôû khoaûng caùch 1km hoaëc coù theå truyeàn 20 MHz ôû khoaûng caùch 20 km). caùch 20 km).

Do môû roäng tín hieäu xung maø laøm cho caùc xung Do môû roäng tín hieäu xung maø laøm cho caùc xung chaäp nhau, do ñoù phaûi laøm roäng khoaûng caùch chaäp nhau, do ñoù phaûi laøm roäng khoaûng caùch giöõa caùc xung, nghóa laø toác ñoä truyeàn phaûi giöõa caùc xung, nghóa laø toác ñoä truyeàn phaûi giaûm xuoáng, coù nghóa laø ñoä roäng daûi thoâng giaûm xuoáng, coù nghóa laø ñoä roäng daûi thoâng giaûm xuoáng. Muoán taêng thì phaûi giaûm , seõ giaûm xuoáng. Muoán taêng thì phaûi giaûm , seõ laøm giaûm khaåu ñoä soá cuûa sôïi quang vaø vieäc laøm giaûm khaåu ñoä soá cuûa sôïi quang vaø vieäc giaûm xuoáng döôùi 1% seõ raát khoù khaên veà giaûm xuoáng döôùi 1% seõ raát khoù khaên veà coâng ngheä. Ñeå giaûm söï taùn saéc giöõa caùc mode, coâng ngheä. Ñeå giaûm söï taùn saéc giöõa caùc mode, naâng cao ñoä roäng daûi thoâng thì cheá taïo sôïi naâng cao ñoä roäng daûi thoâng thì cheá taïo sôïi quang lieân tuïc ña mode. quang lieân tuïc ña mode.

f

b) b) Ñoä taùn saéc truyeàn soùng ( Waveguide Ñoä taùn saéc truyeàn soùng ( Waveguide dispersion ) vaø ñoä taùn saéc vaät lieäu ( Material dispersion ) vaø ñoä taùn saéc vaät lieäu ( Material dispersion) dispersion) Söï môû roäng xung xuaát hieän do xung nguoàn Söï môû roäng xung xuaát hieän do xung nguoàn

(xung ñaàu tieân) coù moät ñoä roäng phoå xaùc (xung ñaàu tieân) coù moät ñoä roäng phoå xaùc ñònh vaø vaän toác nhoùm phuï thuoäc vaøo böôùc ñònh vaø vaän toác nhoùm phuï thuoäc vaøo böôùc soùng, hieäu öùng naøy goïi laø Waveguide dispersion soùng, hieäu öùng naøy goïi laø Waveguide dispersion vaø Material dispersion, trong ñoù hieäu öùng vaø Material dispersion, trong ñoù hieäu öùng Material dispersion thöôøng lôùn hôn Waveguide Material dispersion thöôøng lôùn hôn Waveguide dispersion.dispersion.

- Ñoä taùn saéc truyeàn soùng: nhöõng böôùc soùng - Ñoä taùn saéc truyeàn soùng: nhöõng böôùc soùng khaùc nhau truyeàn vôùi vaän toác khaùc nhau, giaûi khaùc nhau truyeàn vôùi vaän toác khaùc nhau, giaûi phaùp laø söû duïng nguoàn saùng laø LED hoaëc phaùp laø söû duïng nguoàn saùng laø LED hoaëc Laser ñeå taát caû caùc tia saùng truyeàn trong sôïi Laser ñeå taát caû caùc tia saùng truyeàn trong sôïi ñeàu coù böôùc soùng gaàn nhö nhau.ñeàu coù böôùc soùng gaàn nhö nhau.

T =D L (5)vôùi laø ñoä roäng phoå cuûa nguoàn D laø heä soá khueách taùn

D = -0c0 0d 2

d2n (6)

Taïi böôùc soùng Taïi böôùc soùng = 1.312 m , D = 0= 1.312 m , D = 0 taùn taùn saéc bieán maátsaéc bieán maát

o

D1

0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

-200

-160

-120

-80

-40

0

40

Wavelength ( m )o

Dis

pers

ion c

oeffi

cien

D (

ps/

km –

nm

)

Ñoä taùn saéc vaät lieäu : laø keát quaû cuûa söï Ñoä taùn saéc vaät lieäu : laø keát quaû cuûa söï phuï thuoäc cuûa vaän toác nhoùm cuûa moãi phuï thuoäc cuûa vaän toác nhoùm cuûa moãi mode vôùi tæ soá giöõa baùn kính loõi vaø böôùc mode vôùi tæ soá giöõa baùn kính loõi vaø böôùc soùng.soùng.

T = LDw (7)

Dw = - W 0

ddw

1v( )= -( )V21

2 co

d2dV2

(8)

VI - VI - ÖÙNG DUÏNGÖÙNG DUÏNG Lónh vöïc öùng duïng ñaàu tieân cuûa sôïi quang laø y hoïc Lónh vöïc öùng duïng ñaàu tieân cuûa sôïi quang laø y hoïc

vaø coù theå noùi chuùng ñaõ ñaët vaøo tay caùc baùc só vaø coù theå noùi chuùng ñaõ ñaët vaøo tay caùc baùc só y khoa moät coâng cuï coù tính chaát caùch maïng ñeå y khoa moät coâng cuï coù tính chaát caùch maïng ñeå hieån thò hình aûnh, chaån ñoaùn vaø chöõa beänh. hieån thò hình aûnh, chaån ñoaùn vaø chöõa beänh. Nhöõng sôïi quang meàm maïi vaø nhoû beù coù theå Nhöõng sôïi quang meàm maïi vaø nhoû beù coù theå luoàn saâu vaøo nhieàu boä phaän beân trong cô theå con luoàn saâu vaøo nhieàu boä phaän beân trong cô theå con ngöôøi maø baùc só khoâng theå thaâm nhaäp baèng caùc ngöôøi maø baùc só khoâng theå thaâm nhaäp baèng caùc phöông phaùp khaùc. Caùc baùc só coù theå höôùng moät phöông phaùp khaùc. Caùc baùc só coù theå höôùng moät nguoàn saùng tôùi moät boù sôïi quang vaø quan saùt nguoàn saùng tôùi moät boù sôïi quang vaø quan saùt aùnh saùng phaûn xaï töø caùc cô quan noäi taïng, caùc aùnh saùng phaûn xaï töø caùc cô quan noäi taïng, caùc maïch maùu cuûa ngöôøi beänh ñeå tìm hieåu nhöõng chi maïch maùu cuûa ngöôøi beänh ñeå tìm hieåu nhöõng chi tieát nhoû nhaát taïi ñaây. Baèng caùch phoái hôïp vôùi tieát nhoû nhaát taïi ñaây. Baèng caùch phoái hôïp vôùi nhöõng kó thuaät chaån ñoaùn khaùc , caùc sôïi quang coù nhöõng kó thuaät chaån ñoaùn khaùc , caùc sôïi quang coù theå giuùp phaân tích thaønh phaàn cuûa maùu, ño ñöôïc theå giuùp phaân tích thaønh phaàn cuûa maùu, ño ñöôïc toác ñoä löu chuyeån cuûa maùu, tính ñöôïc aùp suaát toác ñoä löu chuyeån cuûa maùu, tính ñöôïc aùp suaát maùu vaø aùp suaát thaåm thaáu cuûa maøng teá baøo, maùu vaø aùp suaát thaåm thaáu cuûa maøng teá baøo, kieåm tra ñöôïc noàng ñoä toàn taïi cuûa caùc ñoäc toá, kieåm tra ñöôïc noàng ñoä toàn taïi cuûa caùc ñoäc toá, caùc hormon vaø caùc loaïi thuoác chöõa beänh beân caùc hormon vaø caùc loaïi thuoác chöõa beänh beân trong cô theå nguôøi.trong cô theå nguôøi.

Sôïi quang cuõng ñöôïc duøng trong phaãu thuaät vaø chöõa Sôïi quang cuõng ñöôïc duøng trong phaãu thuaät vaø chöõa beänh baèng laser.beänh baèng laser.

Ngaønh thoâng tin lieân laïc coù leõ ñöôïc öùng Ngaønh thoâng tin lieân laïc coù leõ ñöôïc öùng duïng nhieàu nhaát. Caùc heä thoáng beân trong duïng nhieàu nhaát. Caùc heä thoáng beân trong maïng maùy tính söû duïng caùc sôïi caùp quang maïng maùy tính söû duïng caùc sôïi caùp quang ñeå taêng nhanh thôøi gian chuyeån thoâng tin ñeå taêng nhanh thôøi gian chuyeån thoâng tin duøng cho vieäc vaän haønh vaø saép xeáp caùc duøng cho vieäc vaän haønh vaø saép xeáp caùc teäp tin. AÙnh saùng truyeàn ñi trong sôïi caùp teäp tin. AÙnh saùng truyeàn ñi trong sôïi caùp quang coù theå vöôït qua haøng traêm km tröôùc quang coù theå vöôït qua haøng traêm km tröôùc khi moät ñieän aùp boå sung caàn thieát phaûi khi moät ñieän aùp boå sung caàn thieát phaûi ñöôïc ñöa vaøo tín hieäu, vaø ñoù laø moät caûi ñöôïc ñöa vaøo tín hieäu, vaø ñoù laø moät caûi thieän vöôït troäi raát coù yù nghóa so vôùi heä thieän vöôït troäi raát coù yù nghóa so vôùi heä thoáng quy öôùc truyeàn tin nhôø doøng ñieän. thoáng quy öôùc truyeàn tin nhôø doøng ñieän.

Truyeàn thoâng tin nhôø aùnh saùng theo caùp Truyeàn thoâng tin nhôø aùnh saùng theo caùp quang khoâng toån hao hoaëc toån hao raát ít vì quang khoâng toån hao hoaëc toån hao raát ít vì nhieät so vôùi duøng caùc maïch ñieän, do ñoù nhieät so vôùi duøng caùc maïch ñieän, do ñoù khoâng caàn ñeán heä thoáng laøm nguoäi coàng khoâng caàn ñeán heä thoáng laøm nguoäi coàng keành. Duøng aùnh saùng cuõng khoâng bò hieän keành. Duøng aùnh saùng cuõng khoâng bò hieän töông giao thoa soùng ñieän laøm meùo tín hieäu töông giao thoa soùng ñieän laøm meùo tín hieäu nhö thöôøng xaûy ra trong chuyeån thoâng tin nhö thöôøng xaûy ra trong chuyeån thoâng tin baèng ñieän.baèng ñieän.

Sôïi caùp quang raát meàm, deã uoán cong coøn Sôïi caùp quang raát meàm, deã uoán cong coøn daây ñoàng thì taêng ñieän trôû khi bò uoán. daây ñoàng thì taêng ñieän trôû khi bò uoán. Ngoaøi ra caùp sôï quang coù giaù thaønh reû hôn Ngoaøi ra caùp sôï quang coù giaù thaønh reû hôn daây ñoàng nhieàu laàn. Quan troïng hôn laø sôïi daây ñoàng nhieàu laàn. Quan troïng hôn laø sôïi quang coù theå mang nhieàu thoâng tin ñi hôn quang coù theå mang nhieàu thoâng tin ñi hôn daây ñoàng. Moät sôïi caùp quang keøm theo söï daây ñoàng. Moät sôïi caùp quang keøm theo söï giuùp ñôõ cuûa laser ñieàu bieán coù theå giuùp ñôõ cuûa laser ñieàu bieán coù theå chuyeån ñöôïc caùc cuoäc goïi ñieän thoaïi vaø chuyeån ñöôïc caùc cuoäc goïi ñieän thoaïi vaø caùc chöông trình truyeàn hình. caùc chöông trình truyeàn hình.

Trong caùp sôïi quang thoâng tin ñuôïc chuyeån Trong caùp sôïi quang thoâng tin ñuôïc chuyeån thaønh xung aùnh saùng, xung naøy ñuôïc thaønh xung aùnh saùng, xung naøy ñuôïc truyeàn ñeán moät khoaûng caùch naøo ñoù nhôø truyeàn ñeán moät khoaûng caùch naøo ñoù nhôø sôïi quang, sau ñoù ñuôïc chuyeån thaønh thoâng sôïi quang, sau ñoù ñuôïc chuyeån thaønh thoâng tin.tin.

Moät soá hình aûnh veà vieäc söû duïng sôïi Moät soá hình aûnh veà vieäc söû duïng sôïi quangquang

VII - VII - ÖU ÑIEÅM VAØ NHÖÔÏC ÖU ÑIEÅM VAØ NHÖÔÏC ÑIEÅMÑIEÅM

ÖU ÑIEÅMÖU ÑIEÅM

An toaøn trong truyeàn tin.An toaøn trong truyeàn tin.

Traùnh nghe troämTraùnh nghe troäm

Toån hao nhoûToån hao nhoû

Daûi thoâng roängDaûi thoâng roäng

Khaû naêng phöùc hôïp caoKhaû naêng phöùc hôïp cao

Kích thöôùc nhoû vaø troïng löôïng nheïKích thöôùc nhoû vaø troïng löôïng nheï

Giaù vaät lieäu cheá taïo sôïi quang reû.Giaù vaät lieäu cheá taïo sôïi quang reû.

NHÖÔÏC ÑIEÅMNHÖÔÏC ÑIEÅM

Toån hao do cô caáu bao goàmToån hao do cô caáu bao goàm

- Do uoán cong sôïi quang- Do uoán cong sôïi quang

- Do khôùp noái- Do khôùp noái

- Do haøn noái- Do haøn noái

Toån hao do vaät lieäu:Toån hao do vaät lieäu:

- Haáp thuï böùc xaï hoàng ngoaïi- Haáp thuï böùc xaï hoàng ngoaïi

-Taùn xaï cuûa böùc xaï ñieän töø: taùn xaï -Taùn xaï cuûa böùc xaï ñieän töø: taùn xaï tuyeán tính vaø phi tuyeán.tuyeán tính vaø phi tuyeán.

THANK YOU FOR ATTENTION !