Suy hao sợi quang là gì? và phương pháp đo suy hao cáp quang?

Suy hao sợi 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.

Có 5 nguyên nhân chính gây suy hao sợi quang:

Có nhiều nguyên nhân gây suy hao tín hiệu trong sợi quang, trong đó bao gồm 5 nguyên nhân chính như:

1/ 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. Các biến đổi chiết suất này gây ra tán xạ ánh sáng gọi là tán xạ Rayleigh.

Ngoài tán xạ Rayleigh, trong sợi quang còn có thể 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. Các biến đổi có thể giữ ở mức nhỏ hơn 1% và suy hao do tán xạ chỉ mức nhỏ hơn 0,03 dB/km.

2/ Quá trình hấp thụ

Quá trình hấp thụ trong sợi quang được phân thành hai loại chính. Suy hao do hấp thụ thuần tương ứng với sự hấp thụ của thủy tinh tinh khiết (vật liệu chế tạo sợi), còn suy hao do hấp thụ ngoài gây ra do các tạp chất bên trong thủy tinh.

Bất kỳ vật liệu nào đều hấp thụ tại các bước sóng xác định tương ứng với các tần số cộng hưởng điện tử và dao động liên quan đến các phân tử xác định. Đối với các phân tử thủy tinh SiO2, các tần số cộng hưởng điện tử xảy ra ở vùng cực tím (λ< 0,4 µm), trong khi các tần số cộng hưởng dao động xảy ra ở vùng hồng ngoại (λ> 7 µm). Vì bản chất vô định hình của thủy tinh, các tần số cộng hưởng này ở dạng các dải hấp thụ có các đuôi mở rộng vào cả vùng nhìn thấy.

3/ 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: (a) Do uốn cong vĩ mô hay uốn cong lớn có bán kính uốn cong lớn so với đường kính sợi, và (b) do các uốn cong vi mô hay vi uốn cong thường liên quan đến quá trình chế tạo cáp.

Suy hao do uốn cong lớn xảy ra trong quá trình sử dụng cáp sợi quang. Theo quan điểm lý thuyết tia, suy hao uốn cong có thể dễ hiểu khi các tia sáng thay đổi góc lan truyền tại vị trí uốn cong

4/ 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. 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.

5/ 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 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 truyền dẫn.

Làm sao để đo suy hao sợi quang? Bằng cách nào?

Có nhiều phương pháp giúp xác định suy hao trên sợi quang. Đơn giản nhất là dùng một cặp máy thu phát quang.

Bạn sử dụng bộ phát quang ở một đầu, và đầu còn lại của sợi quang sử dụng bộ thu quang. Công suất suy hao trên đường truyền qua sợi quang sẽ được tính toán.

Hai là sử dụng một Máy đo công suất quang mạng PON RY3201. Máy đo PON RY3201 sẽ truyền vào sợi cáp quang cần kiểm tra một dòng xung ánh sáng, xung ánh sáng này chạy dọc trong sợi quang khi gặp điểm lỗi nó sẽ phản xạ trở lại, tại điểm cuối của sợi một số phản xạ trở lại một số phóng ra khỏi sợi, tín hiệu phản xạ trở lại sẽ sẽ bị thay đổi về lượng xung, căn cứ về thay đổi lượng xung này kết hợp với chiều dài ánh sáng phát và thời gian phát xung thiết bị này sẽ xác định được thông số suy hao và chiều dài sợi.

Quý bạn và các vị khi đọc hết bài này có lẽ đã hiểu được mọi vấn đề liên quan đến suy hao sợi quang và các phương pháp đo công suất quang. Hoặc các bạn có nhu cầu xem cụ thể sản phẩm Máy đo công suất mạng của Viễn Thông Xanh chúng tôi hãy click vào link này: https://vtxvn.com/danh-muc/thiet-bi-quang/may-do-cap-quang/

Nếu các bạn còn thắc mắc gì xin vui lòng liên hệ tới Viễn Thông Xanh để đội ngũ nhân viên chuyên nghiệp tư vấn một cách cụ thể và nhanh chóng.