Có thể nói suy hao là một hiện tượng khá phổ biến ở bất cứ đường truyền nào. Đối với cáp quang cũng vậy, khi sử dụng sẽ không tránh khỏi việc suy hao. Vậy suy hao được hiểu như thế nào, nguyên nhân do đâu và ta có thể dùng cách nào để đo lượng suy hao? Hôm nay BKAII sẽ cùng các bạn tìm hiểu những thắc mắc trên qua bài viết này nhé!
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.
Một số nguyên nhân chính gây suy hao:
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 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.
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 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).
Phương pháp đo suy hao
Cách tốt nhất để đo tổng suy hao trên sợi 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
Xem thêm:
- Một số loại Module quang phổ biến hiện nay
- Tìm hiểu về cáp quang NMOC và ADSS
- Các phương pháp đấu nối sợi quang
- Đầu nối quang: cấu tạo vai trò và phân loại
Trên đây là một vài tìm hiểu của BKAII về suy hao quang cũng như nguyên nhân và cách đo suy hao. Có thắc mắc hay cần thêm thông tin gì các bạn cứ liên hệ BKAII nhé!
"BKAII - Thiết bị truyền thông TỐT nhất với giá CẠNH TRANH nhất?"