Chương 7 Cáp quang - Fiber optical cable

9/28/20131 HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Telecommunication System GV. HÀ VĂN KHA LY Mobile: 0919090901 29/28/2013 39/28/2013 CHƯƠNG 7 CÁP QUANG - FIBER OPTICAL CABLE 41 CHƯƠNG 7 CÁP QUANG 2 3 4 Cấu trúc và phân loại sợi quang Nguyên lý hoạt động hệ thống thông tin quang Suy hao sợi quang Ứng dụng của sợi quang trong viễn thông 5 Thi công và quy trình hàn nối cáp quang Sợi quang là sợi làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu. Professor Charles Kao phát minh ra sợi quang, nhận giải thưởng IEE từ Pro. John Midwinter. (1998 at IEE Savoy Place, London, UK) 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang a) Giới thiệu 9/28/2013 6  Sợi quang là một môi trường thông tin đặc biệt  Có dãi thông cao ít nhất 2.5 THz trở lên  Suy hao thấp, cho phép truyền tín hiệu ở khoảng cách dài với tốc độ cao  Với hai đặc tính suy hao thấp và dải thông cao nên hệ thống thông tin sợi quang đã được sử dụng rộng rãi ngày nay 1 a) Giới thiệu Cấu trúc và phân loại sợi quang b) Cấu trúc sợi quang Sợi quang cơ bản gồm có 2 lớp: - Lõi (core): hình trụ, bán kính a, chiết suất n1 - Lớp bọc (cladding): hình trụ, bao quanh lõi, bán kính b (b>a), Chiết suất n2 (n1> n2) 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang Ngoài 2 lớp cơ bản, sợi quang còn được bảo vệ bởi hai lớp bên ngoài : - Lớp phủ (primary coating) - Lớp vỏ (secondary coating) 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang c) Phân loại sợi quang Phân loại theo vật liệu chế tạo: - Sợi thủy tinh (All-glass fiber): lõi và lớp bọc bằng thuỷ tinh - Sợi plastic (All-plastic fiber): lõi và lớp bọc đều bằng plastic - Sợi PCS (Plastic-Cladded Silica): lõi bằng thủy tinh, lớp bọc làm bằng nhựa 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang 9/28/2013 10 Phân loại theo dạng chiết suất của lõi: Sợi quang có chiết suất nhảy bậc SI Sợi quang có chiết suất giảm dần GI c) Phân loại sợi quang 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang 119/28/2013 • Sợi quang SI (stepped index ) Multimode stepped index (chiết suất bước): các tia tạo xung ánh sáng có thể đi theo nhiều đường khác nhau trong lõi: thẳng, zig-zag…tại điểm đến sẽ nhận các chùm tia riêng lẻ, vì vậy xung dễ bị méo dạng. •Sợi quang GI (graded index ) •Multimode graded index (chiết suất liên tục): Lõi có chỉ số khúc xạ giảm dần từ trong ra ngoài cladding. Các tia gần trục truyền chậm hơn các tia gần cladding. Các tia theo đường cong thay vì zig-zag. Các chùm tia tại điểm hội tụ, vì vậy xung ít bị méo dạng. 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang  Phân loại theo số mode truyền trong sợi quang Sợi đa mode MM (Multi-mode) (50/125μm), (62.5/125μm), (100/140μm) Sợi đơn mode SMF (Single-Mode Fiber) (9/125 μm) c) Phân loại sợi quang 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang 139/28/2013 Multimode: Sử dụng cho truyền tải tín hiệu trong khoảng cách ngắn,SI: dùng cho khoảng cách ngắn, phổ biến trong các đèn soi trong ,GI: thường dùng trong các mạng LAN Single mode: Dùng cho khoảng cách xa hàng nghìn km, phổ biến trong các mạng điện thoại, mạng truyền hình cáp. 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang c) Phân loại sợi quang 149/28/2013 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang 9/28/2013 15 d) Truyền sóng ánh sáng trong sợi quang Khẩu độ số NA (Numerical Aperture): Söï phaûn xaï toaøn phaàn chæ xaûy ra ñoái vôùi nhöõng tia saùng coù goùc tôùi ôû ñaàu sôïi quang nhoû hôn goùc tôùi haïn max . sin max ñöôïc goïi laø khaåu ñoä soá NA cuûa sôïi quang 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang 9/28/2013 16 d) Truyền sóng ánh sáng trong sợi quang 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang 9/28/2013 17 Bài tập: Cho sợi quang SI có chiết suất lõi là n1=1,5 và chiết suất lớp bọc là n2= 1,485. Xác định Khẩu độ số NA của sợi quang và góc tới cực đại và góc tiếp nhận ánh sáng của sợi quang. d) Truyền sóng ánh sáng trong sợi quang 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang 9/28/2013 18  Bài tập: Cho sợi quang SI có chiết suất lõi là n1=1,5 và chiết suất lớp bọc là n2= 1,485. Xác định Khẩu độ số NA của sợi quang và góc tới cực đại và góc tiếp nhận ánh sáng của sợi quang. Đáp án : NA=0,21, θmax = 120  2xθmax = 240 d) Truyền sóng ánh sáng trong sợi quang 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang 9/28/2013 19  Bài tập: Cho sợi quang SI có chiết suất lõi là NA=0,12 và n1= 1,45. Xác định chiết suất lớp bọc của sợi quang. Đáp án : n2 = 1,445 d) Truyền sóng ánh sáng trong sợi quang 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang 9/28/2013 20 Bài tập: Độ chênh lệch chiết suất của sợi quang là Δ=1%. Chiết suất lớp lõi là n1= 1.46. Xác định a) Khẩu độ số NA của sợi quang b) Góc tới hạn tại giao tiếp lớp lõi và lớp bọc θc. Đáp án NA=0.21, θc = 81.9o d) Truyền sóng ánh sáng trong sợi quang 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang 219/28/2013 229/28/2013 239/28/2013 Sợi quang được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và được sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách xa. e) Cáp sợi quang 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang 249/28/2013 19 259/28/2013 Cáp quang dạng treo - Dây treo kim loại e) Cáp sợi quang 1 Cấu trúc và phân loại sợi quang 269/28/2013 E/O Fiber optic cable Optical connector O/E Optical connectorTx Rx Các bộ chuyển đổi điện quang thông thường là LED, diode Laser (LD) Các bộ chuyển đổi quang điện thông thường là photodiode PIN , photodiode thác lũ APD ( Avalanche photodiode ) 2 Nguyên lý hoạt động hệ thống thông tin quang 9/28/2013 27  Các nguyên nhân gây suy hao Suy hao do hấp thụ Suy hao do tán xạ Suy hao do bị uốn cong 3 Suy hao sợi quang 289/28/2013 Suy hao A = 10log10P1/P2 (dB) Khuếch đại G = 10 log10P2/P1 (dB) 3 Suy hao sợi quang 9/28/2013 29 9/28/2013 30 Mạng đường thẳng A B D EC 4 Ứng dụng của sợi quang trong viễn thông 9/28/2013 31 Mạng vòng A B D E C 4 Ứng dụng của sợi quang trong viễn thông 9/28/2013 32  . Mạng hình sao A Coupler sao C D B 4 Ứng dụng của sợi quang trong viễn thông 339/28/2013 4 Ứng dụng của sợi quang trong viễn thông 349/28/2013 4 Ứng dụng của sợi quang trong viễn thông 9/28/2013 35 Mạng truyền tải WDM 4 Ứng dụng của sợi quang trong viễn thông 9/28/2013 36  Cáp thả dưới nước, thả biển 4 Ứng dụng của sợi quang trong viễn thông 379/28/2013 South East Asia–Middle East–Western Europe 4 (SEA-ME-WE 4) Singapore, Malaysia, Thailand, Bangladesh, India, Sri Lanka, Pakistan, United Arab Emirates, Saudi Arabia, Sudan, Egypt, Italy, Tunisia, Algeria and France: 4 Ứng dụng của sợi quang trong viễn thông 9/28/2013 38 5 Thi công và quy trình hàn nối quang Thi công tuyến cáp quang Hình: Cáp quang cuộn 9/28/2013 39 5 Thi công và quy trình hàn nối quang Thi công tuyến cáp quang Hình: Thi công cáp quang ngầm 9/28/2013 40 5 Thi công tuyến cáp quang Hình: tiêu chuẩn rãnh cáp – cáp quang chôn ngầm Thi công và quy trình hàn nối quang 9/28/2013 41 5 Thi công tuyến cáp quang Hình: Ống cáp chôn ngầm và ông chung bên ngoài Thi công và quy trình hàn nối quang 9/28/2013 42 5 Thi công tuyến cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang 9/28/2013 43 5 Thi công tuyến cáp quang Hình: Thi công cáp treo Thi công và quy trình hàn nối quang 9/28/2013 44 5 Thi công tuyến cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang 9/28/2013 45 5 Thi công tuyến cáp quang Hình: ODF Thi công và quy trình hàn nối quang 9/28/2013 46 5 Thi công tuyến cáp quang Hình: sơ đồ bố trí cáp trong khay Thi công và quy trình hàn nối quang 9/28/2013 47 5 Thi công tuyến cáp quang Hình: sơ đồ bố trí cáp trong khay Thi công và quy trình hàn nối quang 9/28/2013 48 5 Thi công tuyến cáp quang Hình: sơ đồ bố trí cáp trong khay Thi công và quy trình hàn nối quang 9/28/2013 49 5 Thi công tuyến cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang 9/28/2013 50 5 Thi công tuyến cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang 9/28/2013 51 5 Thi công hàn nối cáp quang Chuẩn bị - Tuốt sợi quang ra khỏi lớp bảo vệ, tuốt ống lổng, tuốt lớp cladding - Làm sạch sợi quang - Dùng dao, máy cắt cắt sợi quang trước khi hàn - Xỏ ống co nhiệt trước khi hàn - Khởi động máy hàn và đặt sợi quang vào, đậy nắp máy hàn Hàn - Nhấn nút Start bắt đầu hàn, máy tự động cân chỉnh và hàn sợi quang, - Hàn xong máy báo 0.0 dB là kết quả tốt. - Mở nắp máy hàn lấy sợi cáp ra rồi đưa ống co nhiệt vào khay nung, đóng nắp khay nung lại bảo vệ mối hàn. Thi công và quy trình hàn nối quang 9/28/2013 52 5 Thi công hàn nối cáp quang Hình: máy hàn sợi cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang Tuốt sợi quang ra khỏi lớp bảo vệ 9/28/2013 53 5 Thi công hàn nối cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang Tuốt ống lổng 9/28/2013 54 5 Thiết kế và thi công hệ thống thông tin quang Thi công hàn nối cáp quang Dùng kìm chuốt sợi quang trước khi hàn 9/28/2013 55 5 Thi công hàn nối cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang Làm sạch sợi quang 9/28/2013 56 5 Thi công hàn nối cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang Dùng dao cắt sợi quang trước khi hàn9/28/2013 57 5 Thi công hàn nối cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang Xỏ ống co nhiệt trước khi hàn 9/28/2013 58 4 Thi công hàn nối cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang Đặt sợi quang vào máy hàn quang 9/28/2013 59 5 Thi công hàn nối cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang Đậy nắp máy hàn9/28/2013 60 5 Thi công hàn nối cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang Máy tự động cân chỉnh và hàn sợi quang9/28/2013 61 5 Thi công hàn nối cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang Máy đang hàn sợi quang9/28/2013 62 5 Thi công hàn nối cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang Mở nắp máy hàn lấy sợi cáp ra rồi đưa ống co nhiệt vào nung 9/28/2013 63 5 Thi công hàn nối cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang Đưa ống co nhiệt vào khay nung 9/28/2013 64 4 Thi công hàn nối cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang Mở nắp khay nung lấy sợi quang ra9/28/2013 65 5 Thi công hàn nối cáp quang Thi công và quy trình hàn nối quang 9/28/2013 66 5 Video minh họa Thi công và quy trình hàn nối quang 679/28/2013 OTDR OTDR: máy do quang dội, là thiết bị dùng để kiểm tra tất cả các thông số của cáp như, độ suy hao, điểm đứt cáp, độ tán xạ của cáp. đây là thiết bị không thể thiếu trong quá trình bảo hành hệ thống cáp. Optical Time Domain Reflectometer 689/28/2013 Question & Answer