Suy hao quang đóng một vai trò rất quan trọng trong việc thiết kế hệ thống, là tham số xác định khoảng cách giữa phía phát và phía thu. Trên một tuyến thông tin quang, các suy hao ghép nối giữa nguồn quang với sợi quang, giữa sợi quang với sợi quang giữa sợi quang với đầu thu quang và sợi quang với các thiết bị khác trên tuyến như khuếch đại quang … đều có thể coi là suy hao trên tuyến cáp quang.
Bên cạnh đó quá trình sợi bị uốn cong quá giới hạn cho phép cũng tạo ra suy hao quang. Các suy hao này là suy hao ngoài bản chất của sợi, do đó có thể làm giảm chúng bằng nhiều cách khác nhau.
Phụ lục bài viết
Suy hao quang là gì?
Suy hao quang là một đặc tính quan trọng của sợi cáp quang nó ảnh hưởng tới thiết kế hệ thống thông tin quang vì nó xác định khoảng cách truyền dẫn tối đa giữa bộ phát quang và bộ thu quang hoặc bộ khuyếch đại quang trên đường truyền.
Đáng chú ý hơn là suy hao do bản chất bên trong của sợi. Trong quá trình truyền dẫn tín hiệu ánh sang, bản than sợi dẫn quang cũng bị suy hao, làm cho cường độ tín hiệu bị yếu đi khi qua một cự ly lan truyền ánh sang nào đó.Nguyên nhân suy hao cơ bản trong sợi quang là suy hao do hấp thụ, suy hao do tán sắc và các suy hao do bức xạ ánh sáng.
Trong các suy hao trên, suy hao do hấp thụ có liên quan tới vật liệu chế tạo sợi trong đó bao gồm hấp thụ do tạp chất, hấp thụ vật liệu và hấp thụ điện tử. Suy hao do tán xạ có liên quan tới cả vật liệu sợi và tính không hoàn hảo về cấu trúc sợi. Cuối cùng, suy hao bức xạ do tính xáo trộn về hình học của sợi gây ra.
Một số nguyên nhân chính gây suy hao quang
Quá trình tán xạ
Tán xạ Rayleigh là một cơ chế suy hao cơ bản sinh ra từ sự thăng giáng về mật độ mức vi mô. Do thủy tinh chế tạo sợi ở dạng vô định hình nên các phân tử SiO2 kết nối với nhau theo dạng ngẫu nhiên, kết quả dẫn đến có sự thăng giáng về mật độ. Thêm nữa còn có sự thăng giáng về thành phần trong thủy tinh do có sự pha tạp để thay đổi chiết suất thủy tinh.
Những thăng giáng này đều dẫn đến sự biến đổi ngẫu nhiên về chiết suất ở cỡ nhỏ hơn bước sóng. Ngoài ra còn có tán xạ Mie do những khuyết tật về cấu trúc dẫn đến sự không đồng đều về chiết suất ở cỡ dài hơn bước sóng. Tuy nhiên mức đóng góp do tán xạ Mie nhỏ không đáng kể khi quá trình chế tạo sợi được giám sát và điều khiển chặt chẽ.
Quá trình hấp thụ
Quá trình hấp thụ trong sợi quang được phân thành hai loại chính. Suy hao quang do hấp thụ thuần tương ứng với sự hấp thụ của thủy tinh tinh khiết (vật liệu chế tạo sợi), còn suy hao quang do hấp thụ ngoài gây ra do các tạp chất bên trong thủy tinh.
Do uốn cong
Suy hao bức xạ xảy ra khi sợi quang bị uốn cong. Có hai kiểu suy hao do uốn cong trong sợi quang: do uốn cong vĩ mô hay uốn cong lớn có bán kính uốn cong lớn so với đường kính sợi, và do các uốn cong vi mô hay vi uốn cong thường liên quan đến quá trình chế tạo cáp.
Suy hao tín hiệu đường truyền 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. Sự có mặt của tạp chất 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 quang 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.
Suy hao đường truyền do tín hiệu trong sợi quang bị suy hao 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 dài, trường hợp này gọi là hấp thụ vật liệu
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 cao 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).
Các phương pháp kiểm tra suy hao quang
Cách tốt nhất để đo tổng suy hao quang là đưa cường độ của ánh sáng vào một đầu và đo mức tín hiệu đi ra từ đầu khác. Sự khác nhau của 2 cường độ được đo trong đơn vị decibel (dB) đó là suy hao end-to-end (thỉnh thoảng gọi là suy hao chèn). Cách chính xác nhất để đo theo phương pháp này là sử dụng thiết bị thu phát công suất quang. Nhưng cách này không chỉ ra nếu suy hao cao trong toàn bộ sợi hoặc tại nơi có suy hao bất thường, hoặc do quá trình sản xuất hay thi công .
Theo một cách khác, OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) có thể cung cấp giản đồ của chiều dài đối lập với mức độ tín hiệu trong sợi, thông tin này cực kỳ hữu ích để tìm ra vấn đề trong sợi quang.
Quan trọng nhất để kiểm tra sợi quang là đo chính xác suy hao quang. Nhưng cách khác có thể cần cho hệ thống sợi quang dài và tốc độ cao. Phương pháp đo tán sắc làm thế nào khả năng thông tin được mang bởi do tốc độ của ánh sáng trong sợi khác nhau. Đó là một phần của ánh sáng mà được truyền nhanh hơn phần khác. Trong sợi đa mode, nó được gọi là đo băng thông, tán sắc và đo băng thông không được thực hiện với một OTDR
OTDR là thiết bị đo quang điện tử được sử dụng để mô tả đặc điểm sợi quang. Nó xác định lỗi, sai hỏng và khoảng suy hao tín hiệu tại bất cứ điểm nào trên sợi quang, OTDR chỉ cần cắm vào một đầu sợi để xác định; khoảng cách điểm dữ liệu được đo tại mức thấp 5cm (2inch). Tất cả điểm được hiển thị trên màn hình từ trái qua phải với chiều dài khoảng cách theo thang đo dọc và mức chênh lệch tín hiệu theo thang đo ngang và bằng cách chọn 02 điểm dữ liệu , bạn có thể đọc khoảng cách và sự khác nhau mức độ tín hiệu giữa chúng.
Nguyên lý hoạt động của máy đo OTDR
So sánh với các nguồn sáng và máy đo công suất quang đo trực tiếp suy hao quang, OTDR lại hoạt động gián tiếp. Bằng cách nhân bản bộ phát và bộ thu của liên kết truyền dẫn cáp quang, nguồn và đồng hồ đo làm cho phép đo tương quan tốt với suy hao hệ thống thực tế.
Tuy nhiên, OTDR sử dụng hiện tượng quang học độc đáo “ánh sáng tán xạ ngược” để thực hiện các phép đo cùng với ánh sáng phản xạ từ các đầu nối hoặc đầu sợi quang bị phân cắt, do đó để đo suy hao gián tiếp.
Trong quá trình kiểm tra OTDR, thiết bị sẽ đưa xung nguồn sáng laser hoặc sợi quang công suất cao hơn vào một sợi quang từ một đầu của cáp quang, với cổng OTDR để nhận thông tin trả về. Khi xung quang được truyền qua sợi quang, một phần của phản xạ phân tán sẽ quay trở lại OTDR.
Chỉ những thông tin hữu ích trả về mới có thể được đo bằng máy dò OTDR hoạt động như thời gian hoặc các đoạn đường cong của sợi tại các vị trí khác nhau. Bằng cách ghi lại thời gian cho tín hiệu từ khi truyền đến khi trở lại và tốc độ truyền trong sợi, do đó có thể tính được khoảng cách. Hình ảnh sau đây cho thấy chính xác cách hoạt động của OTDR để kiểm tra cáp quang.
Địa chỉ phân phối thiết bị đo suy hao quang uy tín
Lidinco là công ty cung cấp các loại thiết bị đo cáp quang uy tín nhập khẩu trực tiếp từ các hãng hàng đầu Mỹ, Nhật, Hàn, Đài Loan với giá cạnh tranh. Các sản phẩm đều được bảo hành theo chính sách hãng, tư vấn kỹ thuật tận tình.
Ngoài ra, Lidinco còn cung cấp các loại thiết bị phân tích, đo lường viễn thông, vật tư nhà máy, công nghiệp, thiết bị giáo dục, thiết bị SMT và các loại thiết bị chuyên dụng khác.
Công Ty TNHH Đầu Tư Phát Triển Cuộc Sống
Địa chỉ: 487 Cộng Hòa, Phường 15, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam
Điện thoại: 028 3977 8269 / 028 3601 6797
Di động: 0906 988 447
Email: sales@lidinco.com
Xem thêm: SMT là gì? Tìm hiểu về dây chuyền SMT
