Sợi Cáp Quang, Phương Pháp Đo Được Bằng OTDR Và Những Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Sai Số Của Phép Đo

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, các hệ thống thông tin được phát triển

mạnh mẽ hơn bao giờ hết, đáp ứng được phần nào sự bùng nổ thông tin

trên toàn thế giới. Các mạng thông tin điện hiện đại có cấu trúc điển hình

gồm các nút mạng được tổ chức nhờ các hệ thống truyền dẫn khác nhau

như cáp đối xứng, cáp đồng trục, sóng vi ba, vệ tinh… Nhu cầu thông tin

ngày càng tăng, đòi hỏi số lượng kênh truyền dẫn rất lớn, song các hệ

thống truyền dẫn kể trên không tổ chức được các luồng kênh cực lớn.

Đối với kỹ thuật thông tin quang, người ta đã có thể tạo ra được các

hệ thống truyền dẫn tới vài chục Gb/s. Một số nước trên thế giới ngày

nay, hệ thống truyền dẫn quang đã chiếm trên 50% toàn bộ hệ thống

truyền dẫn. Xu hướng mới hiện nay của ngành Viễn thông thế giới là cáp

quang hoá hệ thống truyền dẫn nội hạt, quốc gia, và đường truyền dẫn

quốc tế.

Đối với Việt Nam chúng ta, với chính sách đi thẳng vào công nghệ

hiện đại, trong những năm qua, ngành Bưu điện Việt Nam đã hoàn thành

vô hoá mạng lưới truyền dẫn liên tỉnh, xây dựng và đưa vào sử dụng hệ

thống truyền dẫn quang quốc gia 2,5 Gb/s với cấu hình Ring. Và trong

giai đoạn hiện nay ngành đang chủ trương cáp quang hoá mạng thông tin

nội hạt, mạng trung kế liên đài… do những ưu điểm siêu việt của cáp sợi

quang.

Thành phần chính của hệ thống truyền dẫn quang là các sợi dẫn

quang được chế tạo thành cáp sợi quang. Sợi quang với các thông số của

nó quyết định các đặc tính truyền dẫn trên tuyến. Do đó, đòi hỏi phải xác

định chính xác các thông số của nó.

Thông thường, thông số của sợi quang đã được xác định do nhà sản

xuất. Tuy nhiên, khi sử dụng nó, trong thi công, lắp đặt, sử dụng… ta

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

http://kilobooks.com


http://kilobooks.com/showthread.php?t=2007

cũng cần đo đạc lại vài thông số cần thiết cho một tuyến cáp sợi quang

như : suy hao toàn tuyến, suy hao trung bình, suy hao hàn nối, suy hao

ghép, khoảng cách của cuộn cáp sử dụng, khoảng cách của toàn tuyến…

Trong đó, quan trọng nhất là phải xác định một cách tương đối chính xác

của sự cố xảy ra trên tuyến.

Một trong các phương pháp để xác định của thông số trên đang

được sử dụng rộng rãi là sử dụng thiết bị OTDR để đo. Trong bản đồ án

này, nêu ra các phương pháp đo, trong đó giới thiệu các phương thức đo

được bằng OTDR, đồng thời cũng nêu ra những yếu tố ảnh hưởng đến sai

số của phép đo.

Với thời gian có hạn, kiến thức còn hạn hẹp, bản đồ án này còn có

nhiều thiếu sót, rất mong có sự đóng góp của các thầy cô giáo.

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã tận tình quan tâm giúp đỡ

tôi đẻ hoàn thành được bản đồ án này.





CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SỢI QUANG

1.1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN QUANG

1.1.1. Sự phát triển của hệ thống thông tin quang.

Thông tin xuất hiện trong xã hội loài người từ rất sơm, từ xa xưa

con người đã biết sử dụng lửa và phản chiếu ánh sáng để báo hiệu cho

nhau và đây có thể coi là một hình thức thông tin bằng ánh sáng sơm nhất.

Sau đó, các hình thức thông tin phong phú dần và ngày càng được phát

triển thành những hệ thống thông tin hiện đại như ngày nay. Ở trình độ

phát triển cao về thông tin như hiện nay, các hệ thống thông tin quang

được coi là các hệ thống thông tin tiên tiến bậc nhất, nó đã được triển

khai nhanh trên mạng lưới viễn thông các nước trên thế giới với đủ mọi

cấu hình linh hoạt, ở các tốc độ và cự ly truyền dẫn phong phú, đảm bảo

chất lượng dịch vụ viễn thông tốt nhất. Ở nước ta ta, các hệ thống thong

tin quang đã được phát triển rộng khắp cả nước trong những năm gần đây,

và đang đóng vai trò chủ đạo trong mạng truyền dẫn hiện tại.

Để có được vị trí như ngày nay, các hệ thống thông tin quang đã trải

qua sự phát triển nhanh chóng đáng ghi nhớ của nó. Vào năm 1960, việc

phát minh ra laser để làm nguồn phát quang đã mở ra một thời kỳ mới có

ý nghĩa rất to lớn trong líchử của kỹ thuật thông tin sử dụng dải tần số

ánh sáng. Vào thời điểm đó, hàng loạt các thực nghiệm về thông tin trên

bầu khí quyển được tiến hành ngay sau đó. Tuy nhiên, chi phí cho các

công việc này quá tốn kém, kinh phí cho việc sản xuất các thành phần

thiết bị để vượt qua được các cản trở do điều kiện thời tiết tự nhiên đã gây

ra là con số khổng lồ. Chính vì vậy chưa thu hút được sự chú ý của mạng

lưới.

Bên cạnh đó, một hướng nghiên cứu khác đã tạo được hệ thống

truyền tin đáng tin cậy hơn thông tin qua khí quyển là sự phát minh ra sợi

dẫn quang. Các sợi dẫn quang lần đầu tiên được chế tạo mặc dù có suy





hao rất lớn (tới khoảng 1000dB/km) đã tạo ra được một mô hình hệ thống

có xu hướng linh hoạt hơn. Năm 1966 Kao và một số nàh khoa học khác

đã tìm ra bản chất suy hao của sợi dẫn quang. Những nhận định này đã

được sáng tỏ khi Kapron, Keck và Maurer chế tạo thành công sợi thuỷ

tinh có suy hao 20 dB/km vào năm 1970. Suy hao này nhỏ hơn nhiều so

với thời điểm đầu chế tạo sợi và cho phép tạo ra cự ly truyền dẫn tương

đương với các hệ thống truyền dẫn bằng cáp đồng. Với sự cố gắng không

ngừng của các nhà nghiên cứu, các sợi dẫn quang có suy hao nhỏ hơn lần

lượt ra đời. Cho tới đầu những năm 1980, các hệ thống thông tin trên sợi

dẫn quang đã được phổ biến khá rộng với vùng bước sóng làm việc

1300mm. Cho tới nay, sợi dẫn quang đã đạt tới mức suy hao rất nhỏ tới <

0,2 dB/km tại bươcsongs 1550nm đã cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của

công nghệ sợi quang trong những năm qua. Cùng với công nghệ chế tạo

các nguồn phát triểnát và thu quang, sợi dẫn quang đã tạo ra các hệ thống

thông tin quang với nhiều ưu điểm trội hơn hẳn so với các hệ thống thông

tinâcps kim loại là :

-Suy hao truyền dẫn rất nhỏ.

-Bằng tần truyền dẫn lớn.

-Không bị ảnh hưởng của nhiếu điện từ

-Có tính bảo mật tín hiệu thông tin.

-Có kích thước và trọng lượng nhỏ.

-Sợi có tính cách điện tốt.

-Tin cậy và linh hoạt.

-Sợi được chế tạo từ vật liệu rất sẵn có.

Do các ưu điểm trên mà các hệ thống thông tin quang được áp dụng

rộng rãi trên mạng lưới. Chúng có thể được xây dựng làm các tuyến

đường trục, trung kế, liên tỉnh, thuê bao kéo dài cho tới cà việc truy nhập

vào mạng thuê bao linh hoạt và đáp ứng được mọi môi trường lắp đặt từ





trong nhà, trong các cấu hình thiết bị cho tới xuyên lục địa, vượt đại

dương v.v… Các hệ thống thông tin quang cũng rất phù hợp với các hệ

thống truyền dẫn số không loại trừ tín hiệu dưới dạng ghép kênh nào, các

tiêu chuẩn Bắc Mỹ, châu Âu hay Nhật Bản.

Hiện nay, các hệ thống thông tin quang đã được áp dụng rộng rãi

trên thế giới, chúng đáp ứng cả tín hiệu tương tự (analog) và số (digital),

chúng cho phép truyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp và băng

rộng, đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu của mạng số hoá liên kết đa dịch vụ

(ISDN). Số lượng cáp quang hiện nay được lắp đặt trên thế giới với số

lượng rất lớn, ở đủ mọi tốc độ truyền dẫn với các cự ly khác nhau, các cấu

trúc mạng đa dạng. Nhiều nước lấy cáp quang là môi trường truyền dẫn

chính trong mạng lưới viễn thông của họ. Các hệ thống thông tin quang sẽ

là mũi đôtj phá về tốc độ, cự ly truyền dẫn và cấu hình linh hoạt cho các

dịch vụ viễn thông cấp cao.

1.1.2. Cấu trúc và các thành phần chính trong tuyến truyền dẫn quang.

Cho tới nay, các hệ thống thông tin quang đã trải qua nhiều năm

khai thác trên mạng lưới dưới cấu trúc truyền khác nhau. Nhìn chung, các

hệ thống thông tin quang thường phù hợp hơn cho việc truyền dẫn tín hiệu

số và hầu hết các quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang đều đi

theo hướng này. Theo quan niệm thống nhất như vậy, ta có thế xem xét

cấu trúc của tuyến thông tin quang bao gồm các thành phần chính như

hình 1.1 dưới đây :

Hình 1.1. Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang.

Bộ thu quang

Mạch điều khiển

Nguồn phát quang

Đầu thu quang

Chuyển đổi tín hiệu

Tín hiệu điện v�o

Tín hiệu điện ra

Bộ phát quang Sợi quang





Các thành phần chính của tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi

quang và phần thu quang. Phần phát quang được cấu tạo gồm có nguồn

phát tín hiệu quang và các mạch điện điều khiển liên kết với nhau. Cáp

sợi quang gồm có các sợi dẫn quang và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo

vệ khỏi tác động có hại từ môi trường bên ngoài. Phần thu quang do bộ

tách sóng quang và các mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành. Ngoài

các thành phần chủ yếu này, tuyến thông tin quang còn có các bộ ghép nối

quang (Connector). Các mối hàn, các bộ ghép nối quang, chia quang vấcc

trạm lặp, tất cả tạo nên một tuyến thông tin quang hoàn chỉnh.

Tương tự như cápđồng, cáp sợi quang được khai thác với những

điều kiện lắp đặt khác nhau. Chúng có thể được trao ngoài trời, chôn trực

tiếp dưới đất, kéo trong cổng, đặt dưới biển. Tuỳ thuộc vào các điều kiện

lắp đặt khác nhau mà độ dài chế tạo của cáp cũng khác nhau, có thể dài từ

vài trăm mét tới vài kilomet. Tuy nhiên đôi khi thi công, các kích cỡ của

cáp cũng phụ thuộc vào từng điều kiện cụ thể, chẳng hạn như cáp đượ kéo

trong cống sẽ không thể cho phép dài được, cáp có độ dài khá lớn thường

được dùng cho treo hoặc chôn trực tiếp. Các mối hàn sẽ kết nối các độ dài

cáp thành độ dài tổng cộng của tuyến được lắp đặt.

Sợi quang có cấu trúc rất mảnh. Nó được cấu tạo chủ yếu bằng vật

liệu thuỷ tinh. Dạng của sợi quang là hình ống trụ gồm hai lớp thuỷ tinh

lồng vào nhau và có độ đồng tâm cao. Đường kính của lõi dẫn ánh sáng

vào khoảng 50µm đối với sợi đơn mode. Đường kính ngoài của lớp vỏ

phản xạ thông thường vào khoảng 125µm cho cả 2 loại sợi. Có ba loại sợi

quang là sợi đa mode chỉ số chiết suất phân bậc, sợi đa mode chỉ số chiết

suất gradien, và sợi quang đơn mode. Tham số quan trọng nhất của cáp

sợi quang tham gia quyết định độ dài của tuyến là suy hao sợi quang theo

bước sóng. Đặc tuyến suy hao của sợi quang theo bước sóng tồn tại ba

vùng mà tại đó có suy hao thấp là các vùng bước sóng 850nm, 1300nm,

1550nm. Ba vùng bước sóng này được sử dụng cho các hệ thống thông tin





quang và gọi là các vùng cửa sổ thứ nhất, cửa sổ thứ hai và cửa sổ thứ ba

tương ứng.

Thiết bị phát quang có nhiệm vụ phát ánh sáng mang tín hiệu vào

đường truyền sợi quang. Cấu trúc thiết bị phát quang gồm có nguồn phát

quang, mạch điều khiển điện, và mạch tiếp nhận tín hiệu đầu vào. Nguồn

phát quang ở thiết bị phát có thể sử dụng đioe phát quang (LED) hoặc

Laser bán dẫn (LD). Tín hiệu ở đầu vào thiết bị phát ở dạng số hoặc đôi

khi códạng tương tự sẽ được tiếp nhận để đưa vào phần điều khiển. Mạch

điều khiển thực hiện biến đổi tín hiệu điện dưới dạng điện áp thành xung

dòng. Cuốicùng nguồn phát sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu điện này thành

tín hiệu quang tương ứng và phát vào sợi quang. Hình 1.2 là sơ đồ khối

của thiết bị phát quang.

Hình 1.3. Sơ đồ thiết bị phát quang

Tín hiệu ánh sáng đã được điều chế tại nguồn phát quang sẽ lan

truyền dọc theo sợi dẫn quang để tới phần thu quang khi truyền trên sợi

dẫn quang, tín hiệu ánh sáng thường bị suy hao và méo do các yếu tố hấp

thụ, tán xạ, tán sắc gây nên. Bộ tách sóng quang ở phần thu thực hiện

trực tiếp nhận ánh sáng và tách lấy tín hiệu từ hướng phát tới. Tín hiệu

quang được biến đổi trực tiếp trở lại thành tín hiệu điện. Các photodiôt

PIN và photodiode thác APD đều có thểư dụng làm các bộ tách sóng

quang trong các hệ thống thông tin quang, cả hai loại này đều có hiệu suất

làm việc cao và có tốc độ chuyển đổi nhanh. Các vật liệu bán dẫn chế tạo

nênghiên cứuác bộ tách sóng quang sẽ quyết định bước sóng làm việc của

chúng và đuôi sợi quang đầu vào của các bộ tách sóng quang cũng phải

phù hợp với sợi dẫn quang được sử dụng trên tuyến lắp đặt. Yếu tố quan

Mã hoá Điều

khiển

Nguồn phát

Tín hiệu v�o

Clock v�o

Sợi quang





trọng nhất phản ánh hiệu suất làm việc của thiết bị thu quang là độ nhạy

thu quang, nó mô tả công suất quang nhỏ nhất có thể thu được ở một tốc

độ truyền dẫn số nào đó ứng với tỷ lệ lỗi bit của hệ thống; điều này tưng

tự như tỷ số tín hiệu trên tạp âm ở các hệ thống truyền dẫn tương tự. Sau

khi tín hiệu quang được tách tại bộ tách sóng quang, tín hiệu điện thu

được tại đầu ra photodiode sẽ được khuếch đại và khôi phục trởvề dạng

tín hiệu như ở đầu vào thiết bị phát. Như vậy sơ đồ của thiết bị thu quang

sẽ có thể được mô tả như hình 1.4 sau :

Hình 1.4. Sơ đồ thiết bị thu quang sô.

1.1.3. Những ưu điểm và ứng dụng của thông tin sợi quang.

So với dây kim loại, sợi quang có nhiều ưu điểm đáng chú ý là :

-Suy hao thấp : Cho phép kéo dài khoảng cách tiếp vận và do đó

giảm được số trạm tiếp vận.

-Dải thôgn tin rất rộng : có thể thiết lập hệ thống truyền dẫn tốc độ

cao.

-Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ : dễ lắp đặt và chiếm ít chỗ.

-Hoàn toàn cách điện : không chịu ảnh hưởng của sấm sét.

-Không bị can nhiễu bởi trường điện từ : vẫn hoạt động trong vùng

có nhiễu điện từ mạnh.

-Vật liệu chế tạo có rất nhiều trong thiên nhiên.

tách sóng photodiode

Khuếch đại

Điều chỉnh

Quyết định Tín hiệu ra

Clock ra

Sợi quang

Trích Clock

Giải mã





Nói chung, dùng hệ thống thông tin sợi quang kinhtế hơn so với sợi

kim loại với cùng dung lượng và cự ly.

Sợi quang được ứng dụng trong thông tin và một số mục đích khác.

Vị trí của sợi quang trong mạng lưới thông tin trong giai đoạn hiện nay

bao gồm :

-Mạng đường trục Quốc gia.

-Đường trung kế.

-Đường cáp thả biển liên quốc gia.

-Đường truyền số liệu.

-Mạng truyền hình.

Và sắp tới, mạng viễn thông Việt Nam sẽ đưa vào sử dụng.

-Thuê bao cáp sợi quang.

-Mạng số đa dịch vụ ISDN.

1.2. LÝ THUYẾT VỀ SỢI QUANG.

1.2.1. Nguyên lý truyền anhsangs trong sợi quang.

1.2.1.1. Chiết suất của môi trường.

Chiết suất của môi trường được xác định bởi tỷ số của vận tốc ánh

sáng truyền trong chân không và vận tốc ánh sáng truyền trong môi

trường ấy.

V

Cn =

n : Chiết suất của môi trường, không có đơn vị.

C : Vận tốc ánh sáng trong chân không, đơn vị m/s

V : vận tốc ánh sáng trong môi trường, đơn vị m/s.

Vì V ≤ C nên n ≥ 1.





Chiết suất của một môi trường phụ thuộc vào bước sóng của ánh

sáng truyền trong nó.

Các nguồn quang dùng trong thông tin quang phát ra anhsangs trong

một khoảng hẹp chứ không phải chỉ có một bước sóng. Do đó vận tốc

truyền của nhóm ánh sáng này được gọi là vận tốc nhóm Vnh và chiết

suốt môi trường cũng được đánh giá theo chiết suất nhóm : nnh.

λλ

d

dnnnnh −=

1.2.1.2. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng.

Khi tia sáng truyền trong môi trường 1 đến mặt ngăn cách với môi

trường 2 thì tia sáng tách thành 2 tia mới : một tia phản xạ lại môi trường

1 và một tia khúc xạ sang môi trường 2. Tia phản xạ và tia khúc xạ quan

hệ với tia tới như sau :

-Càng nằm trong mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới và pháp

tuyến của mặt ngăn cách tại điểm tới).

-Góc phản xạ bằng góc tới : θ’1=θ1.

-Góc khúc xạ được xác định từ công thức Snell :

n1sinθ1= n1sinθ2.

Hình 1.5. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng.

1.2.1.3. Sự phản sạ toàn phần.





Từ công thức Senll đã nêu trên ta thấy :

-Nếu n1 < n2 thì θ1 > θ2 : Tia khúc xạ gãy về phía gần pháp tuyến

-Nếu n1 > n2 thì θ1 < θ2 : Tia khúc xạ gãy về phía gần pháp tuyến

hơn.

Trường hợp n1 > n2, nếu tăng θ1 thì θ2 cũng tăng và θ2 luôn lớn

hơn θ1 . Khi θ2 = 900, tức tia khúc xạ song song với mặt tiếp giáp, thì θ1

được gọi là góc tới hạn : θth ; nếu tiếp tục tăng θ1 > θth thì không còn tia

khúc xạ mà chỉ có tia phản xạ (hình 1.6). Hiện tượng này được gọi là sự

phản xạ toàn phần.

Dựa vào định luật khúc xạ ánh sáng (công thức Snell)với θ2 = 900

có thể tích được góc tới hạn θth .

1

2

1

2

n

narcSinhay

n

nSin thth == θθ

Hình 1.6. Sự phản xạ toàn phần.

1.2.2. Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang.

1.2.2.1. Nguyên lý truyền dẫn chung.

Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang được chế tạo

gồm một lõi (core) bằng thuỷ tinh có chiết suất n1 và một lớp vỏ phản

xạ(Clalding) cũng bằng thuỷ tinh có chiết suất n2 với n1 > n2 (hình 1.7),

ánh sáng truyền trong lõi sợi quang sẽ phản xạ đi phản xạ lại nhiều lần

(phản xạ toàn phần) trên mặt tiếp giáp giữa lõi và lớp vỏ phản xạ . Do đó





ánh sáng có thể truyền được trong sợi có cự ly dài ngay cả khi sợi bị uốn

cong nhưng với một độ cong có giới hạn.

Hình 1.7. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang.

1.2.2.2. Khẩu độ số NA.

Sự phản xạ toàn phần chỉ xảy ra đối với những tia sáng có góc tới ở

đầu sợi nhỏ hơn góc tới hạn θth (hình 1.8). Sin của góc tới hạn này được

gọi là khẩu độ số, ký hiệu NA :

NA = Sin θth .

Hình 1.8. Đường truyền của tia sáng với góc tới khác nhau.

Áp dụng công thức Snell tính NA :

Tại điểmA đối với tia 2 :

nosinθmax = n1sin(900 - θth)

mà n0 = 1 (chiết suất của không khí

sin (900 - θth ) = cosθth )





1

221

2220 ;1sin190(

n

nviSin

n

nSin ththth =−=−=− θθθ

Do đó : ∆≈−== 2122

21max nnnSinNA θ

Trong đó 1

2121

22

21

2 n

nn

n

nn −≈

−=∆ : độ lệch chiết suất tương đối.

Độ lệch chiết suất tương đối ∆ có giá trị khoảng từ 0,002 đến 0,013

(tức là từ 0,2% đến 1,3%).

1.2.3. Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang.

Cấu trúc chung của sợi quang gồm một lõi bằng thuỷ tinh có chiết

suất lớn và một lớp vỏ bọc cũng bằng thuỷ tinh nhưng có chiết suất nhỏ

hơn. Chiết suất của lớp bọc không thay đổi, còn chiết suất của lõi nói

chung thay đổi theo bán kính (khoảng cách tính từ trục của sơi ra). Sự

biến thiến chiết suất theo bán kính được viết dưới dạng tổng quát như sau,

và đường biểu diễn như trên hình 1.9.

∆−

=

2

2

1

1 ]][1[

n

a

rn

ng

r ; r ≤ a (trong lõi) ; a < r ≤ b (lớp bọc)

Trong đó : n1 : là chiết suất lớn nhất ở lõi

n2 : là chiết suất lớp bọc.

1

21

n

nn −=∆ : độ chênh lệch chiết suất.

r : Khoảng cách tính từ trục sợi đến điểm tính chiết suất.

a : bán kính lõi sợi.

b : bán kính lớp bọc.

g : số mũ quyết định dạng biến thiến , g ≥ 1.





Các giá trị thông dụng của g :

g = 1 : dạng tam giác.

g = 2 : dạng parabol

g →∞ : dạng nhảy bậc.

Hình 1.9. Các dạng phân bố chiết suất.

1.2.3.1. Sợi quang có chiết suất nhảy bậc (sợi SI).

Đây là loại sợi có cấu tạo đơn giản nhất với chiết suất của lõi và lớp

bọc khác nhau một cách rõ rệt như hình bậc thang. Các tia từ nguồn quang

phóng vào đầu sợi với góc tới khác nhau sẽ truyền theo những đường

khác nhau như hình 1.10.

Hình 1.10 : truyền ánh sáng trong sợi có chiết suất bậc (CI).

Các tia sáng truyền trong lõi sợi cùng với vận tốc mà chiều dài

đường truyền khác nhau nên thời gian truyền sẽ khác nhau trêncùng một

chiều dài sợi. Điều này dẫn đến một hiện tượng. Khi đưa một xung ánh





sáng vào một đầu sợi lại nhận được một xung ánh sáng rộng hơn ở cuối

sợi, là hiện tượng tán sắc.

Do có độ tán sắc lớn nên sợi SI không thể truyền tín hiệu số có tốc

độ cao qua cự ly dài được. Nhược điểm này có thể khắc phục được trong

loại sợi có chiết suất giảm dần.

1.2.3.2. Sợi quang có chiết suất giảm dần (sợi GI).

Sợi GI có dạng phân bố chiết suất lõi hình Parabol.

≤<

≤∆−=

bran

ara

rn

n r

;

;])(1[

1

2

12

1)(

Vì chiết suóât thay đổi một cách liên tục nên tia sáng truyền trong

lõi bị uốn cong dần như hình 1.11 sau :

Hình 1.11. Truyền ánh sáng trong sợi GI.

Đường truyền của các tia sáng trong sợi GI cũng không bằng nhau

nhưng vận tốc truyền cũng thay đổi theo. Các tia truyền xa trục có đường

truyền dài hơn nhưng có vận tốc truyền lớn hơn và ngược lại, các tia

truyền gần trục có đường truyền ngắn hơn nhưng vận tốc truyền lại nhỏ

hơn. Tia truyền dọc theo trục có đường truyền ngắn nhất. Nhưng đi với

vận tốc nhỏ nhất vì chiết suất ở trục là lớn nhất. Nếu chế tạo chính xác, sự

phân bố chiết suất theo đường parabol (g = 2) thì đường đi của các tia

sáng có dạng hình sin và thời gian truyền của các tia này bằng nhau. Độ





tán sắc của sợi GI nhỏ hơn nhiều so với sợi SI . Ví dụ : độ chênh lệch thời

gian truyền 1 km chỉ khoảng 0,1ns.

Cần lưu ý rằng góc mở θ ở đầu sợi GI cũng thay đổi theo bán kính r

vì n1 là hàm n1(r).

NAa

rNAnrnSin r ≤−=−= 22

21)( )(1)(θ

Trên trục sợi : r = 0 thì θ(O) = θmax.

Trên mặt giao tiếp r = a thì θ(a) = 0.

1.2.3.3. Các dạng chiết suất khác .

Hai dạng chiết suất SI và GI được dùng phổ biến. Ngoài ra còn một

số dạng chiết suất khác nằhm đáp ứng nhu cầu đặc biệt như :

*Dạng giảm chiết suất lớp bọc : (Hình 1.12.a).

Trong kỹ thuật chế tạo sợi quang, muốn thuỷ tinh có chiết suất lớn

phải tiêm nhiều tạp chất vào, điều này tang suy hao. Dạng giảm chiết suất

lỡp bọc nhằm đảm bảo độ lệch chiết suất ∆ nhưng có chiết suất lõi n1

không cao.

*Dạng dịch độ tán sắc : (Hình 1.12b).

Như đã biết, độ tán sắc tổng cộng của sợi quang sẽ triệt tiêu ở bước

sóng gần 1300 nm. Người ta có thể dịch điểm có độ tán sắc triệt tiêu đến

bước sóng 1550nm bằng cách dùng sợi quang có dạng chiết suất như hình

1.12b.

*Dạng san bằng tán sắc.

Với mục đích làm giảm độ tán sắc của sợi quang trong một khoảng

bước sóng. Chẳng hạn đáp ứng cho kỹ thuật ghép kênh, như hình 1.12.c.

Dạng chiết suất này khá phức tạp nên hiện nay chỉ mới áp dụng trong thí

nghiệm chứ chưa đưa ra thực tế.





Hình 1.12 : Các dạng chiết suất đặc biệt.

1.2.4. Sợi đa mode và đơn mode :

Có hai hướng để khảo sát sự truyền ánh sáng trong sợi quang : một

hướng dùng lý thuyết tia sáng và một hướng dùng lý thuyết sóng ánh

sáng. Thường thường lý thuyết tia sáng được áp dụng vì nó đơn giản, dễ

hình dung. Song cũng có những khái niệm không thể dùng lý thuyết tia để

diễn tả một cách chính xác, người ta phải dùng đến lý thuyết sóng. Mode

là một trong những khái niệm đó.

Sóng ánh sáng cũng là một sóng điện từ có thể áp dụng các phương

trình Maxwell với điều kiện biên cụ thể của sợi quang để xác định biểu

thức sóng truyền trong nó. Dựa trên biểu thức sóng đã xác định có thể

phân tích các đặc điểm truyền dẫn của sóng.

Trong khuôn khổ có hạn, ta sẽ không trình bày các bước giải

phương trình maxwell mà chỉ nêu lên các thông số rút ra từ kết quả có

liên quan đến đặc tính truyền dẫn của sợi quang.

Một Mode sóng là một trạng thái truyền ổn định của ánh sáng trong

sợi. Khi truyền trong sợi ánh sáng đi theo nhiều đường, trạng thái ổn định

của các đường này được gọi là những mode. Có thể hình dung gần đúng

một mode ứng với một tia sáng. Các mode được ký hiệu LPVµ với v = 0,

1, 2, 3, .... và µ = 1, 2, 3, ... Mode thấp nhất là LP01.

Số mode truyền được trong sợi phụ thuộc các thông số của sợi,

trong đó có thừa số V.





NAakNAan

V ....2

==λ

Trong đó : a : là bán kính lõi sợi.

λ : là bước sóng.

λ

nK

2= : là số sóng.

NA : là khẩu độ số.

Một cách tổng quát, số mode N truyền được trong sợi tính gần đúng

như sau :

2.

2

2

+≈

g

gVN

Trong đó : V : là thừa số v.

g : là số mũ trong hàm chiết suất.

Số mode truyền được trong sợi chiết suất nhảy bậc (SI). với g → ∞

là :

2

2VN ≈

Với chiết suất giảm dần (GI) có g = 2 thì số mode

4

2V

V =

Ví dụ : một sợi quang loại GI (g = 2), với a = 25 µm , NA = 0,2 ở

bước sóng λ = 1 µm có thừa số V là :

4,31102,0.25.1

2≈== πµ

µ

πm

mV

Số mode truyền trong sơi này là :

.2474

4,31

4

22

≈==V

N





Sợi có thể truyền được nhiều mode được gọi là sợi đa mode và sợi

chỉ truyền một mode được gọi là sợi đơn mode.

1.2.4.1. Sợi đa mode (mm : multi - mode).

Sợi đa mode có đường kính lõi và khẩu độ số lớn nên thừa số V và

số mode N cũng lớn. Các thông số của loại sợi đa mode thông dụng

(50/125 µm) là :

-Đường kính lõi : d = 2a = 50µm

-Đường kính lớp bọc : D = 2b = 125µm

-Độ lệch chiết suất : ∆ = 0,01 = 1%

-Chiết suất lớn nhất của lõi n1 = 1,46.

Nếu làm việc ở bước sóng λ = 0,85 µm thì :

382..2

..2

1 ≈∆== naNAaVλ

π

λ

π

Và số mode truyền được trong sợi là : (Nếu là sợi SI).

7262

2

≈≈V

N

Sợi đa mode có thể có chiết suất suốt nhảy bậc hoặc chiết suất giảm

dần (Hình 1.13).

Hình 1.13 : Kích thước sợi đa mode theo tiêu chuẩn CCITT

(50/125µm).





1.2.4.2. Sợi đơn mode (Sµ) : single mode).

Khi giảm kích thước lõi sợi để chỉ có một mode sóng cơ bản (LP01)

truyền được trong sợi thì gọi là sợi đơn mode. Trên lý thuyết, sợi làm việc

ở chế độ đơn mode khi thừa số V < VC1 = 2,405.

Vì chỉ có một mode sóng truyền truyền trong sợi nên độ tán sắc do

nhiều đường truyền bằng không và sợi đơn mode có dạng phân bố chiết

suất nhảy bậc (Hình 1.14).

Các thông số của sợi đơn mode thông dụng là :

-Đường kính lõi : d = 2a - 9µm ÷ 10µm

-Đường kính lớp bọc : D = 2b - 125µm

-Độ lệch chiết suất : ∆ = 0,003 = 0,3%

-Chiết suất lõi : n1 = 1,46.

Hình 1.14. Kích thước sợi đơn Mode .

Các thông số truyền dẫn của sợi đa mode và đơn mode sẽ được phân

tích ở phần sau, ở đây chỉ so sánh những nét nổi bật của hai loại sợi này.

Độ tán sắc của sợi đơn mode nhỏ hơn nhiều so với sợi đa mode (kể

cả loại sợi GI), đặc biệt ở bước sóng λ = 1300 nm độ tán sắc của sợi đơn

mode rất thấp ( ~ 0); Do đó dải thông của sợi đơn mode rất rộng. Song vì

kích thước của các linh kiện quang cũng phải tương ứng và có thiết bị hàn

cầu ngày nay đều có thể đáp ứng và do đó sợi đơn mode được dùng phổ

biến.





CHƯƠNG 2 : SUY HAO VÀ TÁN SẮC XẠ TRONG SỢI QUANG

2.1. SUY HAO TRONG SỢI QUANG.

2.1.1. Định nghĩa :

Công suất quang truyền trên sợi sẽ bị giảm dân theo cự lý với quy

luật hàm số mũ tương tự như tín hiệu điện. Biểu thức tổng quát của hàm

số truyền công suất có dang :

10

,

)0()( 10.L

L PP

α−

=

Trong đó : P(()) : là công suất ở đầu sợi (L = 0)

P(L) : là công suất ở cự ly L (km) tính từ đầu sợi

α : là hệ số suy hao.

Hình 2.1. Công suất truyền trên sợi quang.

-Độ suy hao được tính bởi :

2

1lg10)(

P

PdBA =

Trong đó : P1 = P(0) : là công suất đưa vào đầu sợi.

P2 = P(L) : là công suất ra ở cuối sợi.

-Hệ số suy hao trung bình .

)(

)()/(

kmL

dBAkmdB =α

Trong đó : A : là suy hao của sợi.

L : là chiều dài sợi.

Về nguyên lý đây không phải là giá trị tuyệt đối (đại lượng α) mà là

quan hệ công suất hoặc mức, do đó phép đo đơn giản hơn.

2.1.2. Đặc tuyến suy hao.





Đặc tuyến suy hao của sợi quang khác nhau tuỳ theo chủng loại sợi

nhưng tất cả đều thể hiện được các đặc tính suy hao chung. Một đặc tuyến

điển hình của loại sợi đơn mode như hình 2.2 sau :

Hình 2.2. Đặc tuyến suy hao của sợi đơn mode.

Trên đặc tuyến suy hao của sợi quang có 3 vùng bước sóng có suy

hao thấp, còn gọi là 3 cửa sổ suy hao.

-Cửa số thứ nhất có bước sóng 850nm: Được xem là bước sóng có

suy hao thấp nhất đối với những sợi quang được chế tạo trong giai đoạn

đầu . Suy hao trung bình ở bước sóng này từ 2 - 3 dB/km. Ngày nay bước

sóng này ít được dùng vì suy hao ở đó chưa phải là thấp nhất.

-Cửa số thứ hai có bước sóng 1300nm : suy hao ở bước sóng này

tương đối thấp khoảng 0,4 - 0,5 dB/km. Đặc biệt, ở bước sóng này có độ

tán sắc rất thấp nên đang được sử dụng rộng rãi hiện nay.

-Cửa số thứ ba có bước sóng 1550nm : cho đến nay suy hao ở bước

sóng này là thấp nhất, có thể dưới 0,2 dB/km. Trong những sợi quang

bình thường, độ tán sắc ở bước sóng 1550nm lớn hơn so với ở bước sóng

1300. Nhưng với loại sợi có dạng phân bố chiết suất đặc biệt, có thể giảm

độ tán sắc ở bước sóng 1550 nm. Lúc đó sử dụng cửa sổ thứ ba sẽ có được

cả hai điểm : suy hao thấp và tán sắc nhỏ. Bước sóng 1550 nm sẽ được sử

dụng rộng rãi trong tương lại, nhất là các tuyến cáp quang thả biển.

2.1.3. Các loại suy hao trong sợi quang.





2.1.3.1. Suy ao do hấp thụ :

*Do tự hấp thụ (hấp thụ bằng cực tím và hồng ngoại) :

Do có cấu tạo vỏ điện tử bao và do mối liên quan giữa năng lượng

và tần số bức xạ quang, nên các nguyên tử của vật liệu sợi quang cũng

phản ứng với ánh sáng theo đặc tính chọn lọc bước sóng.

Như thế, vật liệu cơ bản chế tạo sợi quang sẽ cho ánh sáng qua tự

do trong một dải bước sóng xác định với suy hao rất nhỏ, hoặc hầu như

không suy hao. Còn ở các bước sóng khác sẽ có hiện tượng cộng hưởng

quang, quang năng bị hấp thụ và chuyển hoá thành nhiệt năng.

Thuỷ tinh silica (SiO2) hiện nay được sử dụng để chế tạo sị quang

có các đỉnh cộng hưởng nằm trong vùng viễn hồng ngoại 10µm đến 20

µm, khá xa vùng bước sóng sử dụng hiện nay cho thông tin quang là từ

0,8µm đến 1,6µm hoặc trong vùng lân cận.

Tuy vậy, hiện tượng cộng hưởng hấp thụ hồng ngoại cũng còn ảnh

hưởng suy hao ở các bước sóng gần phía trên bước sóng 1,6µm. Người ta

thấy rằng từ bước sóng 1,6µm trở lên thì suy hao tăng rất nhanh theo bước

sóng.

Như vậy, bản thân thuỷ tinh tinh khiết cũng hấp thụ ánh sáng trong

vùng cực tím và vùng hồng ngoại. Độ hấp thụ thay đổi theo bước sóng

như hình 2.3. Sự hấp thụ trong vùng hồng ngoại gây trở ngại cho khuynh

hứng sử dụng các bước sóng dài trong thôn tin quang.

Hình 2.3. Suy hao do hấp thụ vùng cực tím và hồng ngoại.

*Do tạp chất kim loại :





Trong thực tế , vật liệu chế tạo không hoàn toàn tinh khiết mà có

lẫn các ion kin loại như : Fe, Cu, Cr, Mn, Ni, Co... Các tạp chất này là

một trong những nguồn hấp thụ năng lượng ánh sáng. Hiện nay, các hệ

thống truyền dẫn quang chủ yếu làm việc ở bước sóng 1,3µm và 1,55µm

nhưng suy hao ở các bước sóng này lại rất nhạy cảm với sự không tinh

khiết này của vật liệu.

Muốn đạt được sợi quang có độ suy hao dưới 1dB/km cần phải có

thuỷ tinh thật tinh khiết với nông độ tạp chất khong qua một phần tỷ (10-

9) với công nghệ chế tạo sợi hiện đại, người ta có thể làm sạch kim loại và

suy hao do các ion kim loại không còn vai trò đáng kể nào nữa.

*Do hấp thụ của ion OH :

Sự có mặt của các ion OH- của nước còn sót lại trong vật liệu khi

chế tạo cũng tạo ra một độ suy hao hấp thụ đáng kể. Độ hấp thụ của ion

OH- chủ yếu ở bước sóng 2700nm nằm ngoài vùng bước sóng dùng trong

thông tin quang từ 8500nm đến 1600nm... Ngoài ra, độ hấp thụ tăng vọt ở

các bước sóng 950nm, 1250nm và 1383 nm.

Như vậy, độ ẩm là một trong những nguyên nhân gây suy hao của

sợi quang . Trong quá trình chế tạo, nồng độ của các ion OH trong lõi sợi

được giữ ở mức dươi một phần tỷ (10-9) để giảm độ hấp thụ của nó và ở

các sợi có chất lượng cao chỉ còn đỉnh tiêu hao ở bước sóng 1250nm và

1383nm.

2.1.3.2. Suy hao do tán xạ ánh sáng.

Nguyên nhân gây suy hao do tán xạ là chủ yếu do tán xạ Ray leigh

và do mặt phân cách giữa lõi và lớp bọc không hoàn hảo :

*Tán xạ ray leigh :

Nói chung khi sóng điện từ truyền trong môi trường điện môi gặp

những chỗ không đồng nhất sẽ xẩy ra hiện tượng tán xạ. Những chỗ

không đồng nhất trong sợi quang đó cách sắp xếp của các phân tử thuỷ





tinh , các khuyết tật của sợi như : bọt không khí, các vết nứt... khi kích

thước của vùng không đồng nhất vào khoảng 1/10 bước sóng thì chúng trở

thành những nguồn điểm để tán xạ. Các tia sáng truyền qua những chỗ

không đồng nhất này sẽ toả ra nhiều hướng chỉ một phần năng lượng ánh

sáng truyền theo hướng cũ, phần còn lại truyền theo các hướng khác nhau,

thậm chí truyền ngược về phía nguồn quang.

Một đặc điểm quan trọng của tán xạ Rayleigh là tỷ lệ nghịch với luỹ

thừa bậc 4 của bước sóng (λ-4) nên giảm rất nhanh về phía trước sóng dài

như hình 2.4.

αTX (λ) = αTX(λ) . 40 )(

λ

λ

Trong đó : αTX (λ0) : là hệ số tán xạ tại bước sóng mẫu λ0 xác định

theo vật liệu chế tạo sợi.

α(dB/km)

5

4

3

2

1

0

0,7 0,8 1,3 1,6 λ(nm)

Hình 2.4. Suy hao do tán xạ Rayleigh.

Ở bước sóng 850nm, suy hao do tán xạ Rayleigh của sợi Silica

khoảng 1 - 2 dB/km và ở bước sóng 1300 nm suy hao chỉ khoảng 0,3

dB/km . Ở bước sóng 1550nm suy hao còn thấp hơn nữa.

*Tán xạ do mặt phân cách giữa lõi và lớp vỏ không hoàn hảo.





Khi tia sáng truyền đến những chố không hoàn hảo giưa lõi và lớp

bọc tia sáng sẽ bị tán xạ. Lúc đó, một tia tới sẽ có nhiều tia phản xạ với

các góc phản xạ khác nhau. Những tia có góc phản xạ nhỏ hơn góc tới hạn

sẽ khúc xạ ra lớp bọc và bị suy hao dần.

2.1.3.3. Suy hao do bị uốn cong :

Suy hao bức xạ xuất hiện bất cứ khi nào khi sợi quang bị uốn cong

với một bán kính cong xác định. Có hai loại uốn cong, uốn cong với bán

kính lớn so với đường kính sợi khi cáp quang được uốn theo góc và uốn

cong khi sợi đực bện lại thành cáp.

* Vì uốn cong (Micro bending) : khi sợi quang bị chèn ép tạo nên

những chỗ uốn cong nhỏ (biên độ uốn cong chừng vài mm) thì suy hao

của sợi cũng tăng lên. Sự suy hao này xuất hiện do tia sáng bị lệch trục

khi đi qua những chỗ bị uốn cong đó. Một cách chính xác hơn sự phân bố

trường bị xáo trộn khi đi qua những chỗ bị uốn cong và dẫn tới một phần

năng lượng ánh sáng phát xạ ra khỏi lõi sợi, đi trong lớp bọc và suy giảm

dần theo hàm số mũ. Độ lớn suy hao phụ thuộc vào độ dài đoạn ghép. Đặc

biệt, sợi đơn mode rất nhạy với những chỗ vi uốn cong, nhất là về bước

sóng dài.

*Uốn cong (Macro bendding).

Khi sợi bị uốn cong với bán kính uốn cong càng nhỏ thì suy hao

càng tăng (như hình 2.5). Dĩ nhiên, không thể tránh được việc uốn cong

sợi quang trong quá trình chế tạo và lắp đặt. Nhưng nếu giữ cho bán kính

uốn cong lớn hơn một bán kính tối thiểu cho phép thì suy hao uốn cong

không đáng kể. Người ta quy định bán kính uốn cong tối thiểu R là :

2

322

21

21

)(4

..3

nn

nR

−

=

π

λ





Do đó cần chú ý đến bán kính uốn cong tối thiểu của sợi để không

tăng suy hao . Bán kính uốn cong tối thiểu do nhà sản xuất đề nghị thông

thường từ 30mm đến 50mm.

α(dB/km)

10

1

0.1

0.01

10 20 30 40 50 60 R(mm)

Hình 2.5. Suy hao do uốn cong thay đổi theo bán kính R.

Độ suy hao do uốn cong có thể được tính theo công thức

).

(2

2log10

∆

+=

R

ag

gbendλ

Trong đó : ∆ : là độ lệch chiết suất

R : là bán kính uốn cong

a : bán kính lõi

g : tham số mặt cắt.

2.1.3.4. Suy hao do hàn nối :

Khoảng cách giẵ hai trạm thông tin quang thương dài hơn chiều dài

một cuộn cáp và nhất thiết phải nối các sợi quang của hai cuộn cáp với

nhau. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ suy hao của mối hàn, có thể xếp

thành ba loại chính là : chất lượng mặt cứt ở đầu sợi quang : vị trí tương

đối giữa hai đầu sợi quang; thông số của hai sợi.





Suy hao của mối hàn trước tiên phụ thuộc vào công việc chuẩn bị

nối, thông qua chất lựơng của mặt cắt sợi quang. Các yêu cấu đối với mặt

cắt là :

*Mặt cắt phẳng, không mẻ, không lồi ở mép

*Măt cắt không được dính bụi, các chất bẩn.

*Mặt cắt phải vuông góc với trục của sợi.

Suy hao mối hàn phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa hai đầu sợi,

còn gọi là các yếu tố ngoài, bao gồm :

-Lệch trục : trục của hai sợi không song song nhau.

-Lệch tâm : tâm của hai mặt cắt đầu sợi không trùng nhau.

-Khe hở : đầu hai sợi không sít nhau.

Nếu hai sợi được chuẩn bị cẩn thận, điều chỉnh chính xác nhưng có

thông số khác nhau thì suy hao hàn nối vẫn cao. Do khác biệt các thông

số sau sẽ gây suy hao lớn cho mối hàn.

-Đường kính sợi.

-Độ méo elíp

-Khẩu độ : Số (NA) hay góc mở đầu sợi.

NA = Sin θmax = n1. ∆2 .

2.2. TÁN XẠ TRONG SỢI QUANG.

2.1. Hiện tượng, nguyên nhân và ảnh hưởng của tán xạ.

Khi truyền dẫn các tín hiệu digital qua sợi quang, sẽ xuất hiện hiện

tượng dãn rộng các xung ánh sáng ở đầu thu, thậm chí trong một số

trường hợp, các xung lân cận đè lên nhau, và khi đó ta không phân biệt

được các xung với nhau nữa, gây méo tín hiệu khi tái sinh. Hiện tượng

dãn xung dãn xung được gọi là hiện tượng tán xạ.





Nguyên nhân chính của hiện tượng tán xạ là do ảnh hưởng của sợi

quang mà tồn tại các thời gian chạy khác nhau cho các ánh sáng phát đi

đồng thời.

Tán xạ ảnh hưởng rất quan trọng đến chất lượng truyền dẫn, cụ thể

như sau :

*Khi truyền tín hiệu digital, trong miền thời gian nó gây ra dãn rộng

các xung ánh sáng.

*Khi truyền tín hiệu analog thì ở đầu thu biên độ tín hiệu bị giảm

nhỏ (tới giá trị AE trên hình 2.6b) và có hiện tượng dịch pha. Độ rộng

băng truyền dẫn của sợi do đó bị giới hạn.

P P

0 t 0 t

a b

Hình 2.6. ảnh hưởng của tán xạ lên tín hiệu digital (a) và analog(b)

(s chỉ tién hiệu phát, E chỉ tín hiệu thu).

a) dãn xung ; b )sự biên độ

2.2.2. Mối quan hệ giữa tán xạ với độ rộng băng truyền dẫn và tốc

độ truyền dẫn bít.

Ở đây xem xét trường hợp điển hình khi truyền dẫn tín hiệu digital.

Một cách gần đúng, coi xung phát có độ rộng τS và xung thu có độ rộng τE

có dạng theo auy luật phân bố Gauss (xung hình chuông). Độ rộng xung

tính ở mức biên độ bằng một nửa biên độ lớn nhất (hình 2.6) là .

Khi thu về xung bị dãn rộng do tán xạ với độ dãn rộng (thời gian)là

có τ được tính theo công thức :





22SE τττ −= (2.1)

Trường hợp xung phát rất hẹp, τS < τE thì có thể coi gần đúng τ ≈

τE/

Độ dãn xung τ theo công thức trên thể hiện mức độ tán xạ tín hiệu

do sợi quang gây ra, và nó có ảnh hưởng đến độ rộng băng truyền dẫn và

tốc độ truyền dẫn bít.

Trường hơph công suất ánh sáng thay đổi theo quy luật hình sin, sợi

quang được coi gần đúng như bộ lọc thấp với hàm truyền đạt Gauss. Hàm

truyền đạt biên độ là :

22 ..5,3

~

~)( )0(

)( f

F efP

fPH τ−=

== (2.2)

Với P~(f) là công suất xoay chiều ở tần số f.

Đồ thị hàm truyền đạt biên độ được miêu tả ở hình vẽ sau :

1

0,5 |H(f)| = F(f)

0

B fB

Hình 2.7 : Hàm truyền đạt biên độ của sợi quang.

Xác xung ánh sáng có phân bố Gauss truyền đưa qua sợi quang thì

biên độ giảm theo quy luật.

2

2

.36,0max . τ

τ−

= ePP (2.3)

Xét đặc tính truyền dẫn của sợi nhờ hình vẽ 2.7.





Khi biên độ của hàmn H(f) giảm còn một nửa biên dộ lớn nhất

(tương ứng giảm 3 dB), người ta nhận được tần số fB (ở mức 3dB) và

định nghãi độ rộng bằng truyền dẫn B = fB). (Từ f = 0 đến f = fB) . Thay

giá trị H(f) = 0,5 vào phương trình (2.2) nhận được b :

ττ

44,0

.26,2

1==B (2.4).

Trong thực tiễn, nếu có nhiều hiện tượng tán xạ cùng tác động gây

méo xung thể hiện qua các giá trị dãn xung thành phần τ1 , τ2 ..., thì có

tán xạ tổng cộng thể hiện là tổng :

τ = τ1 + τ2 +... (2.5).

Nếu tương ứng với τ1 , τ2 ... có các giá trị B1, B2... thì độ rộng băng

truyền dẫn của sợi khi có tác động tổng hợp của các hiện tượng tán xạ

khác nhau là B và tính theo công thức :

...111

22

21

2+++

bBB (2.6)

Người ta cũng định nghĩa một đại lượng đặc trưng cho dung lượng

truyền dẫn của sợi quang là tốc đô bít có thể truyền lớn nhất : C(bit/S).

Do ảnh hưởng của tán xạ, các xung ở đầu vào máy thu bị giãn rộng,

nhưng hai xung kề nhau còn đủ phân biệt được khi độ dãn xung τ còn nhỏ

hơn độ dãn xung τS của xung phát đi, từ đó tốc độ bít là :

BBC 2.26,21

≈==τ

(2.7)

Như vậy. độ dãn xung τ , độ rộng băng tần truyền dẫn B và tốc độ

bít C có quan hệ ảnh hưởng nhau. Để truyền được 2 bit/s theo (2.7) cần có

độ rộng băng tần khoảng 1HZ . Trên thực tế để truyền được 2 bít/s cần độ

rộng băng khoảng 1,6 Hz . Do đó trên thực tế có thể coi rằng tốc độ

truyền bít lớn nhất của sợi quang bằng độ rộng băng tần truyền dẫn.





Muốn có sợi có độ rộng băng truyền dẫn và tốc độ bít lớn thì phải

giảm nhỏ ảnh hưởng của tán xạ đến mức thấp nhất để có độ dãn xung τ bé

nhất.

2.2.3. Các loại tán xạ .

2.2.3.1. Tán xạ vật liệu :

Vì chiết suất của vật liệu thuỷ tinh chế tạo sợi thay đổi theo bước

sóng của tín hiệu lan truyền, tức là n = n(λ). Nếu nguồn bức xạ phát ra

sóng ánh sáng với duy nhất một bước sóng λo thì không có hiện tượng

lệch về thời gian truyền dẫn giữa các thành phần của xung ánh sáng. Vì

chúng lan truyên theo cùng vận tốc.

V = C/n(λo) = const

P/PMax

1

LD

0,5

LED

0 λ

Hình 2.8. Phổ bức xạ của LED và LD.

Thế nhưng các nguồn phát quang như LED hoặc đio laser thường

không chỉ bức xạ ra mỗi vạch phổ ứng với bước sóng λo ở mức biên độ

0,5 như hình 2.8. Trong đó, phổ của diod phát quang LED là phổ liên tục

gồm vô số vạch phổ, còn trong đường bao phổ của diode laser cũng gồm

một số vạch phổ nằm giữa hai bước sóng rìa là :





22

21

λλλ

λλλ

∆+=

∆−= ovao

Vận tốc pha của mỗi bước sóng trong dải phổ ∆λ sẽ biến đổi theo

bước sóng.

)()(

1 λλ

n

CVphVph ==

Vận tốc nhóm thay đổi theo chiết suất nhóm ng(λ) :

)2()2(

)1()1(

λλ

λλ

gg n

CVgva

n

CVg ==

Với ng(λ) = n1(λ) - λ.

Ta có :

)(

)()()(

)(1

1λ

λλ

λλ

d

dnn

C

n

CVg

g −

==

Nếu ng(λ2) > ng(λ1) thì ta có Vg(λ1) > Vg(λ2), do đó khi truyền dẫn

qua đoạn sợi quang dài L thì hai xung ánh sáng ứng với (λ1) và (λ2) có

thời gian truyền nhóm tg1 và tg2 lệch nhau ∆tn :

LDLC

odntn .).(..

)(

21 λλλ

λ

λ∆−=∆=∆

Hệ số D( λ ) được định nghãi là hệ số tán xạ vật liệu :

)(

0)((

21

maxλ

λλ

C

dnDD −==

Với đơn vị đi là PS/km.nm

Hệ số tán xạ vật liệu Dmax phụ thuộc vào loại vật liệu, cho biết thời

gian lan truyền xung ánh sáng trên một km sợi quang với phổ bức xạ của

nguồn quang rộng 1nm. Khi d2n1/d λ mang giá trị (+) thì những thành phần

bước sóng dài hơn trong dải ∆λ sẽ truyền nhanh hơn thành những thành

phần bước sóng ngắn hơn và ngược lại. Chính sự chênh lệch này sẽgây ra

méo xung.





Độ dãn xung ánh sáng ở đầu vào máy thu chính là độ lệch thời gian

truyền nhóm :

τ = | ∆tn| = ∆λs .∆ λ. L = τt.L

Trong đó τ’ là dãn xung khi truyền qua độ dài 1km.

Vì độ dãn xung τ (tán xạ) gây nên méo truyền dẫn, nên nó vừa hạn

chế cự ly truyền dẫn vừa hạn chế băng truyền dẫn, nên để đánh giá năng

lực truyền dẫn của các loại sợi quang có tán xạ, người ta đưa ra đại lượng

đặc trưng là tích số độ rộng băng truyền và cự ly truyền dẫn BL :

'.26,2

1.

.26,2

1.'.

ττ== LLBB

Rõ ràng độ dãn xung trên một kilomét thể hiện năng lực truyền dẫn

của sợi.

Người ta cũng tính được độ dãn rộng bước sóng tương đối ∆λ/λ của

ánh sáng lan truyền bằng :

f

Bs−

∆=

∆

λ

λ

λ

λ

Trong đó : λ, f là bước sóng trung tâm và tần số của ánh sáng; ∆λs,

B là độ rộng của nguồn quang và độ rộng của tần số điều chế. Vì vậy, dù

trong trường hợp lý tưởng khi mà độ rộng phổ của nguồn quang bằng O,

độ rộng tương đương của bước sóng điều chế phải được chú ý tới hai

trường hợp đặc biệt của tán xạ vật liệu :

*Khi độ rộng phổ nguồn ∆λs của nguồn sáng là lớn :

Laser làm việc theo nhiều mode dọc và các loại đio LED khi dùng

làm nguồn sáng thì sẽ có độ rộng phổ nguồn ∆λs lớn. Điều này dẫn đến

∆λs/∆λ >> B/f. Như vậy ∆λs ≈∆λ và do đó trễ nhóm ∆τn sẽ được quyết

định chủ yếu bởi ∆λs. Phương trình liên hệ độ rộng băng tần B và (∆τn).





|| n

AB

λ∆=

Với A là một hằng số liên hệ giữa độ rộng trễ nhóm băng thông. áp

dụng công thức f

Bs−

∆=

∆

λ

λ

λ

λ và

|| n

AB

λ∆=

Với ∆λs và ∆λ ta có :

Constsd

nd

CAB =

∆=

−1

2

2

|| πλ

λ

*Khi độ rộng phổ nguồn ∆λs nhỏ :

Khi ta có một laser bán dẫn chỉ phát ra một mode đơn và một mode

đơn dọc, thì ∆λs có thể nhỏ hơn 0,01nm. Vì vậy :

-Nếu băng tần điều chế cỡ khoảng vài GHz thì ta có

f

Bs<<

∆

λ

λ

-Nếu độ rộng băng tần B liên hệ với ∆τn bởi :

|| n

AB

τ∆= với A là hằng số.

Thì áp dụng các công thức trên ta được :

2

1

2

2

|.|−

=

λ

λλ

d

nd

CfLB

Như vậy đối với sợi đơn mode thì băng tần B chỉ giảm tỷ lệ với

L .

2.2.3.2. Tán xạ dẫn sóng .

Sự phân bố của trường và hằng số truyền lan của các mode phụ

thuộc vào tỷ số của đường kính ruột ra và bước sóng công tác λ (tỷ số

ra/λ). Khi đường kính ruột ra của một loại sợi không đổi, các mode truyền





lan với các bước sóng λ lệch nhau một chút. Vận tốc pha và vận tốc nhóm

phụ thuộc vào bước sóng λ lúc này còn là một hàm của đặc tính hình học

của sợi quang. Như thế xung thu bị dãn rộng phụ thuộc vào bước sóng.

Đối với sợi đa mode do đươừng kính ruột lớn nên ảnh hưởng do tán xạ

này rất nhỏ. Còn sợi đơn mode có đường kính ruột khá nhỏ nên tán xạ này

có ảnh hưởng đáng kể. Điều đáng nói là do sợi có đường kính ruột khá

nhỏ nên khi truyền dẫn có một phần ánh sáng lọt ra vỏ, vẫn lan truyền

trên lớp tiếp giáp vỏ - ruột, có chiết suất thay đổi, nên sinh ra trễ nhóm.

Với sợi đa mode chiết suất bậc thì trị số tán xạ này có sẵn và không đổi

nưa.

+

∆∆=∆

f

Bs

dV

dVn

C

Lg

λ

λλ

2

2..1

Với 2

22 )1(1

V

nkab

β−−=

Trong sợi đơn mode có 2 < V < 2,4, hệ số 2

2 )(

dV

Vbd khoảng 0,1 ÷ 0,2.

Đối với tán xạ dẫn sóng, ở xung quanh bước sóng 0,85µm (cửa sổ

truyền dẫn thứ nhất) ta có vận tốc nhóm tỷ lệ với độ dài bước sóng, giống

như tán xạ vật liệu, do đó hai tán xạ này đều dương (cùng làm dãn rộng

xung ánh sáng). Nhưng độ lớn của tán xạ dân sóng nhỏ hơn một bậc so

với tán xạ vật liệu. Ở bước sóng nhỏ hơn một bậc so với tán xạ vật liệu, ở

bước sóng 1,25µm thì tán xạ dẫn sóng trở lên có độ lớn đáng kể so với tán

xạ vật liệu tới bước sóng 1,27µm chúng sẽ có dấu hiệu khác nhau và sẽ

làm suy giảm lẫn nhau tới O.





Hinh 2.9. Sự phân bố năng lượng ánh sáng ở các bước sóng khác

nhau.

2.2.3.3. Tán xạ mode.

Hiện tượng này chỉ xuất hiện ở sợi đa mode. Các thành phần ánh

sáng lan truyền nhờ các mode riêng rẽ. Với thời gian khác nhau, nên có sự

chênh lệch thời gian sinh ra méo xung (dãn xung). Dạng xung ở đầu vào

máy thu phụ thuộc vào hai yếu tố chính :

*Thành phần công suất từ nguồn phát quang được ghép vào sợi

quang.

*Sự phân bố các mode truyền dẫn trên sợi quang.

Để có thể hiểu hiện tượng một cách tương đối đơn giản, người ta sử

dụng phương pháp tia, coi mỗi mode truyền dẫn được đặc trưng nhờ một

tia sáng. Sợi quang được coi là lý tưởng, không gây ra hiện tượng trộn các

mode với nhau, và coi chiết suất của sợi không phụ thuộc vào bước sóng.

Trong sợi SI, các tia sáng ứng với mỗi mode chạy theo các đường

rích rắc với độ dàI khác nhau, trong đó tia sáng song song với trục quang

có độ dàI ngắn nhất. Vì chiết suất n1 của thuỷ tinh chế tạo ruột không

thay đổi, nên vận tốc lan truyền của các tia sóng thành phần là như nhau.

Vì vậy thời gian cần thiết để lan truyền của các tia là rất khác nhau. Các

tia đến đầu cuối sợi không cùng một lúc, mà có sự chênh lệch thời gian,

gây ra dãn xung. Thời gian lệch giữa tia sáng nhanh nhất và chậm nhất

được tính như sau :





Hình 2.10. So sánh tia dàI nhất và tia ngắn nhất trong sợi SI.

-Tia 1 : tia dàI nhất, có độ dàI : 1cos

1θ

Ld =

-Tia 2 : tia ngắn nhất , có độ dàI d2 = L.

Thời gian truyền của tia 1 :

1(

1cos.

1

1

1cos11

n

CV

C

Ln

n

C

L

V

dt ====

θθ : vận tốc ánh sáng trong lõi).

Mà : cosθ1 = sinθ1 = 2

1

n

n

Nên 2

2

1

.1

nC

Lnt =

Thời gian truyền của tia 2 :

C

Ln

n

C

L

V

dt

1

1

21 ===

Thời gian chênh lệch giữa hai đường truyền là :

∆=∆

==−=−=∆

1

2

211

1

2

2

121 )(

.

.

.

nC

Lt

n

nnn

C

L

C

nL

nC

nLttt

Trong đó 2

21

n

nn −=∆ : độ chênh lệch chiết suất.

Thời gian chênh lệch trên mỗi km sợi cũng chính là độ trảI xung do

tán sắc mode.ư ∆=∆

=C

n

L

td 1mod

Ví dụ với sợi chiết suất nhảy bậc (SI) có n1 = 1,458 và ∆ = 1%, độ

tán sắc mode là :





kmsskmL

td /10.6,4801,0.

/10.3

458,1mod 9

5=−=

∆=

dmod = 48,6 ns/km.

Đối với sợi có chiết suất giảm dần (GI) độ trảI xung do tán sắc

mode nhỏ hơn so với sợi chiết suất nhảy bậc (SI) :

8

2

1

∆=∆ n

C

Lt

Độ trảI xung qua mỗi km sợi hay độ tán sắc mode :

8.mod

2

1 ∆=

∆=

C

n

C

td

Tổng quát, độ tán sắc mode phụ thuộc vào dạng phân bố chiết suất

của sợi đa mode thông qua số mũ trong biểu thức hàm chiết suất :

≤≤

≤

∆−

=

bran

ara

rn

rng

2

;2

1

1 )1)(

Sự phụ thuộc của mode vào số mũ. g được biểu diễn theo hàm trên.

Qua đó ta thấy dmod đạt cực tiểu khi g ~ 2 và dmod tăng khá nhanh khi g

có giá trị khác 2 về hai phía. Đây là một trong những yêu cầu nghiêm ngặt

trong quá trình chế tạo sợi GI.

Ảnh hưởng của tán xạ mode tới băng tần truyền dẫn của sợi quang :

Giả thiết rằng không xẩy ra trộn mode, thời gian trễ nhóm ∆τ trong

một sợi đa mode do sự khác nhau giữa vận tốc nhóm của mode cơ bản và

mode có số mode N lớn nhất được cho bởi :

−=∆

gNgoVV

L11

τ

Với Vgo , VgN : là vận tốc nhóm của mode cơ bản, và mode N .





L : là chiều dàI sợi quang. Độ rộng băng tần truyền dẫn của sợi

tương ứng với trễ nhóm này được định nghĩa bằng :

||τ∆

=A

B

Với A là hằng số liên hệ giữa B và ∆τ, phụ thuộc vào đặc đIểm của

phía thu. Từ hai công thức trên ta có tích số BL :

|11

|gNgo

VV

ABL

−

=

Đối với sợi grandiert có phân bố chiết suất thay đổi thì hệ số mũ α,

với giả thiết tất cả các mode truyền dẫn (0�N) có cùng công suất, tích số

BL được tích bởi :

1

22

2

2

1

)(1

1

)2(2

223

1

1

2

2∆+

+

+∆

+

−−+

+

+

+

−−

∆=

++

DNm

n

Nm

n

n

CBL

α

α

α

α

α

ελ

α

εα

với

∆

∆−=

λ

λε

d

d2 , N là số mode.

Áp dụng cho tán xạ mode trong sợi chiết suất bậc. Đặt λ = ∞ trong

công thức và N = Nm thì độ rộng trễ nhóm ∆τm giữa hai mode xa nhau

nhất sẽ là n1.∆L/C . Do đó băng thông B = A/∆τm được cho bởi :

∆=

1

.n

CABL

Trong trường hợp sợi grandient thuỷ tinh silic, khi thay giá trị α = 2

là giá trị tương ứng với tạn xạ do mode bé nhất tích số :

21

.2∆

=n

CABL

So sánh hai tích số BL trên ta có thể thấy rằng băng thông của sợi

grandient lớn hơn băng thông của sợi chiết suất bậc 2 là 2/∆ lần.





2.2.3.4. Tán xạ mặt cắt :

Trong quá trình nghiên cứu, khi giả thiết chiết suất có biến thiên

theo bước sóng, người ta đều coi độ lệch chiết suất tương đối không phụ

thuộc vào bước sóng λ. Thế nhưng xem xét kỹ thì thấy rằng chiết suất n1

và n2 của ruột và vỏ biến thiên theo bước sóng không cùng một mức độ

như nhau, nên giá trị cũng thay đổi theo bước sóng, gây nên hiện tượng

tán xạ phụ gọi là tán xạ mặt cắt, và đặc trưng qua tham số tán xạ P :

λ

λ

d

d

n

nP

g

∆

∆= ..0

Trong đó : n0 : là chiết suất ở tâm ruột và ng là chiết suất nhó . Do

tác động của tham số P, thì đường cong tán xạ mode bị dịch chuyển đi dọc

theo trục tham số g, để có đỉnh đạt cực tiểu tại giá trị g = gopi.

Pgp

25

12210 −∆−=

Giá trị P(λ) đối với ruột sợi thuỷ tinh thạch anh có hoạt chất GeO2

cho trên hình 2.11.

Từ ảnh hưởng phụ thêm của tán xạ mặt cắt, người ta thấy rằng mỗi

sợi quang có được độ rộng băng truyền dẫn lớn nhất chỉ tại một bước

sóng cụ thể. Ở mỗi vùng truyền dẫn có tham số mặt cắt g0pt khác nhau, do

vậy cũng có chiết suất tối ưu cho một vùng bước sóng công tác. Không có

một loại sợi nào cho phép đạt độ rộng băng tần truyền dẫn lớn cả hai vùng

cửa sổ, chằng hạn ở 0,85 µm và 1,3µm.

P 4,01

Hình 1.11. Sự phụ thuộc của tham số tạn xạ mặt cắt vào bước sóng.





CHƯƠNG 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO TRÊN CÁP SỢI QUANG

VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG.

3.1. ĐO SUY HAO SỢI QUANG.

Như đã phân tích ở trước, suy hao là một trong những thông số quan

trọng, nó cho phép xác định xem tín hiệu quang bị suy giảm bao nhiêu khi

qua một độ dài cho trước của sợi dẫn quang, từ đó có thể tính được độ dài

cực đại cho phép của tuyến mà không cần trạm lặp. Vì vậy một trong các

yêu cầu quan trọng là phải xác định được thông số này.

Có hai phương pháp đo suy hao đang được áp dụng nhiều là :

-Phương pháp đo hai điểm : dùng máy phát quang và máy đo công

suất quang.

-Phương pháp đo quang dội còn gọi là đo tán xạ ngược : dùng máy

đo quang dội OTDR.

3.1.1. Đo suy hao bằng phương pháp hai điểm :

Để đo suy hao theo phương pháp này, cần có công suất phát ổn định

và máy đo công suất quang có độ nhạy cao.

Nguyên lý đo : Đo mức công suất quang ở đầu và cuối sợi để tính ra

suy hao của sợi.

Để thích hợp với điều kiện của sợi quang cần đo, phương pháp này

lại được chia làm hai phương pháp với cùng một nguyên lý đo nhưng cách

đấu nối với sợi quang khác nhau :

3.1.1.1. Phương pháp cắt sợi :





Điểmcắt L1 P1

2m Sợi quang

L2

P2

LS : nguồn quang (Light Source)

OPM : máy đo công suất quang (Optical Power Meter).

Hình 3.1. Đo suy hao theo phương pháp cắt sợi.

Nối hai đầu sợi quang cần đo vào nguồn quang (LS) và máy đo công

suất quang (OPM) như trên hình 3.1. Tiến trình đo qua các bước như sau :

-Cho nguồn quang hoạt động, đo và ghi nhận mức công suất ở đầu

xa L2 ; P2.

-Cắt sợi quang ở đầu gần nguồn quang L1 (2m).

-Nối máy đo công suất quang vào đoạn L1, đo và ghi nhận mức

công suất quang ở đầu gần P1.

-Tính suy hao của sợi theo công thức :

A(dB) = )(2

)(1lg10

mWP

mWP; Nếu P1, P2 đo bằng mW

hoặc A(dB) = P1(dBm) - P2(dBm) ; nếu P1, P2 đo bằng dBm.

-Suy hao trung bình của sợi :

)(

)()/(

kmL

dBAkmdB =α

Trong đó L = L2 - L1.

Suy hao ghep ở hai đầu sợi quang đều có mặt cả trong hai lầng đo

công suất đầu gần và đầu xa nên chúng tự khư nhau trong cách tính suy

hao nêu trên. Phương pháp đo cắt sợi cho kết quả chính xác, và được ITU

- T chấp nhận là một phương pháp tham khảo để đo suy hao sợi quang.

LS

LS OPM

OPM





Nhược điểm của phương pháp này là sợi quang bị cắt đi một đoạn

(2m) sau mỗi lần đo nên không thích hợp với các sợi quang đã được lắp

đặt và gắn sẵn khớp nối ở đầu sợi. Có thể tránh việc cắt sợi quang khi đo

bằng phương pháp thứ hai.

P1

Dụng cụ ghép

Sợi quang P2

Hình 3.2. Đo suy hao theo phương pháp xen thêm suy hao.

Sợi quang cần đo được nối với dây nối của nguồn quang thông qua

một dụng cụ lắp ráp được (hình 3.1). Nếu sợi quang đã lắp đặt mà chưa

gắn với khớp nối ở đầu sợi thì dụng cụ ghép là một ống nối đàn hồi, nếu

đã có khớp nối ở đầu sợi quang thì dụng cụ ghép là khớp nối.

Trình tự đo cũng tương tự như ở phương pháp cắt sợi, nhưng trường

hợp này có thể đo công suất quang ở đầu gần trước.

-Đo công suất ở đầu gần : P1.

-Nối sợi cần đo vào dây đo của nguồn thông qua dụng cụ và đo công

suất quang ở đầu xa : P2.

-Tính suy hao tổng cộng và suy hao trung bình, như trong phương

pháp cắt sợi.

Độ suy hao tổng cộng A của phương pháp này bao gồm cả suy hao

của sợi quang và dụng cụ nối. Có thể tính suy hao riêng của sợi bằng cách

trừ bớt suy hao của dụng cụ nối (ước tính). Trên thực tế thường cần đo

suy hao toàn tuyến bao gồm cả khớp nối ở hai đầu nên phương pháp này

tỏ ra thích hợp hơn. Đây là phương pháp luân phiên có trong thủ tục

FOTP-53 của EIA.

LS

LS

OPM

OPM +





3.1.2. Đo suy hao theo phương pháp đo tán xạ ngược.

Ý tưởng của phương pháp này là phóng các xung ánh sáng vào các

sợi quang rồi thu nhận và phân tích các xung phản xạ, tán xạ theo thời

gian để đánh giá đặc tính truyền dẫn của sợi quang.

Nguyên lý này được áp dụng trong máy đo OTDR do Barnosky

Lensen đưa ra lần đầu vào năm 1976.

Kỹ thuật này cho phép xác định suy hao sợi quang, suy hao mối

hàn, chỗ sợi bị đứt ... chỉ ở tại một đầu sợi mà không cần phải cắt sợi.

3.1.2.1. Sự hình thành phản xạ và tán xạ ngược.

*Phản xạ :

Khi ánh sáng truyền qua các khe không khí tại các vị trí sợi hỏng

hoặc qua connector và đến cuối sợi, gặp mặt ngăn cách giữa sợi thuỷ tinh

và không khí sẽ phản xạ (phản xạ Fresel) ví hệ số phản xạ.

2

01

2

01

)(

)(

nn

nnR

+

−=

Trong đó : n1 : chiết suất của sợi thuỷ tinh

n0 : chiết suất của không khí.

Điều đó có nghĩa là ở mặt ngăn cách (hoặc ở chỗ sợi bị đứt), có

công suất quang phản xạ trở lại.

Nếu mặt cắt đầu cuối của sợi quang nghiêng hoặc không nhẵn thì hệ

số phản xạ sẽ thấp hơn.

Tổng quát công suất phản xạ được diễn ra bởi :

P(t) = R.Po exp (2. α.v.t).

Trong đó : R : Hệ số phản xạ.

Po : công suất ở đầu sợi.

α: hệ số suy hao trung bình (Np/km)





v : vận tốc ánh sáng trong sợi.

t : thời gian (s)

Ánh sáng phải đi qua một khoảng cách để đến điểm phản xạ và trở

về. Do đó khoảng cách từ đầu sợi đến điểm phản xạ là :

`2

.tVS =

*Tán xạ ngược :

Tán xạ ngược là do chiết suất khúc xạ thay đổi theo sợi quang. Tại

những chỗ có sự chênh lệch chiết suất khúc xạ thì ánh sáng bị tán xạ. Các

tia tán xạ ngược toả ra mọi hướng. Những tia tán xạ ngược về phía nguồn

quang có phưng hợp với trục sợi một góc nhỏ hơn góc mở của sợi có thể

truyền về đầu sợi (Hình 3.3).

Hình 3.3 . Sự truyền tia tán xạ ngược.

Những tia tán xạ theo các hướng khác thì tiếp tục truyền về phía

cuối sợi hoặc bị khúc xạ ra khỏi lõi tuỳ theo phương của chúng.

Công suất tán xạ có dạng tổng quát :

PS(t) = S-αS.V.τ.Po.exp(-2αVt).





Trong đó : S : hệ số tán xạ ngược.

αS : hệ số tán xạ Rayleigh

V : Vận tốc ánh sáng trong sợi.

τ : độ rộng xung ánh sáng.

Po : công suất của xung ánh sáng tới.

α : Độ suy hao trung bình của sợi quang.

t : thời gian.

Hệ số tán xạ ngược S phụ thuộc vào từng loại sợi quang.

*Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc (SI).

2

1

2

2

2

1

4.

2

3

n

nnS

−= ; với n1 : chiết suất lõi sợi.

n2 : chiết suất lớp bọc.

*Sợi đa mode chiết suất giảm dần (GI ) :

2

1

2

2

2

1

4n

nnS

−=

*Sợi đơn mode (SM) :

S = 0,0382

1 2.

Pn

π; với λ : bước sóng

2P : đường kính trường mode.

3.1.2.2. Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngược :

Bộ phát xung v� nguồn

Bộ tách sóng quang v� chỉ

Xung quang Bộ ghép nối quang

Sợi quang

Phản xạ v� tán xạ





Hình 3.4 : Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngược.

Xung đo được tạo ra từ bộ phát xung và đưa vào điều chế với nguồn

quang bán dẫn như diode phát quang hoặc diode laser, LD. Xung quang

đã điểu chế đi qua bộ ghép nối quang để truyền vào sợi quang cần đo.

Xung ánh sáng truyền qua sợi quang sẽ xẩy ra tán xạ ngược hoặc phản xạ

trở lại đầu sợi tại những chỗ không đồng nhất trên đường truyền.

Các tia phản xạ và tán xạ ngược qua bộ ghép nối quang để vào

diode tách quang và trị số xung phản xạ và tán xạ ngược được chỉ thị trên

màn hình và đồng hồ đo.

Kết quả chỉ thị được thể hiện cả biên độ và thời gian từ lúc phát

xung cho đến khi thu được xung quang trở lại. Khi sự phản xạ xuất hiện

ứng với điểm nàođó trên sợi thì có một xung đột biến. Tán xạ ngược qua

các mối hàn sẽ biểu thị suy hao, nên đường cong tại đó có bậc thang.

3.2. PHƯƠNG PHÁP ĐO KIỂM CÁP QUANG :

3.2.1. Phương pháp đo thử độ bền cơ học của cáp :

3.2.1.1. Lực căng .

Lực cang của cáp sau khi thử theo IEC - 794 - E1 phải đảm bảo các

yêu cầu :

-Sợi không gẫy.

-Vỏcáp không rạn nứt.

-Độ tăng suy hao không được vượt qua 0,1 dB.

Phép đo thử khả năng chịu lực căng của cáp :

-Mẫu thử là một đoạn cáp dài hơn 100m được lấy ra từ cuộn cáp cần

đo (không cần phải cắt khỏi cuộn cáp). Nên để mẫu thử ở nhiệt độ phòng

trong vòng 48 giờ trước khi đo thử.





Hình 3.5. Sơ đồ mô hình thiết bị kiểm tra khả năng chịu lực kéo

căng của cáp.

-Phép thử được tiến hành tại nhiệt độ phòng theo mô hình như hình

3.5. Tăng lực căng liên tục tại tới giá trị lực căng theo yêu cầu (giá trị này

được thoả thuận giữa nhà cung cấp và nhà khai thác), và giữ trong 5 phút.

Kết thúc phép thử, để cáp ở trạg thái bình thường. Đo xác định sự thay

đổi suy hao của cáp sau khi thử.

3.2.1.2. Va đập :

Sau khi đập 10 lần bằng quả nặng có khối lượng 1 kg rơi từ độ cao

1m theo phép thử IEC-794 - 1E4. Yêu cầu cáp phải đảm bảo :

-Sợi không gãy.

-Vỏ cáp không bị rạn nứt.

-Độ tăng suy hao không được vượt qua 0,1dB.

Phép thử khả năng chịu lực va đập của cáp (theo IEC - 794 - 1E4).

-Mẫu thử là cuộn cáp cần đo nên để ở nhiệt độ phòng trong vòng 48

giờ trước khi đo thử. Với dụng cụ thử cho phép một vật nặng rơi thẳng

đứng từ trên cao xuống tác động vào cáp thử qua một tấm théo trung gian.

Trọng lượng của quả nặng, độ cao của vật nặng rơi xuống, số lần va đập

được điều chỉnh theo yêu cầu đặt ra.

Kết thúc phép đo, để cáp ở trạng thái bình thường. Đo chính xác sự

thay đổi suy hao của cáp sau khi thử.

3.2.1.3. Đo thử lực nén.





Sau khi tác động một lực nén bằng trọng lượng của 1km cáp lên

chiều dài cáp tối thiểu là 1mm trong thời gian 5 phút theo phép thử IEC -

794 - 1E3. Yêu cầu cáp phải đảm bảo :

-Sợi không gãy.



Phép đo thử khả năng chịu lực nén của cáp :

-Mẫu thử là cuộn cáp cần đo nên để ở nhiệt độ phòng trong vòng 48

giờ trước khi đo thử.

-Dụng cụ thử : dụng cụ thử được dùng để nén cáp theo mặt phẳng

nằm ngang. Gồm 2 tấm thép phẳng, một tấm cố định, một tấm có thể di

chuyển được như hình 3.6. Cạnh của tấm théo di chuyển được nên được

làm tròn với bán kính 5mm.

-Quy trình đo thử :

+ Kẹp mẫu cáp giữa hai tấm thép, đảm bảo sao cho mẫu thử không

bị trượt theo phương nằm ngang.

+ Tác dụng lên tấm thép một lực nén bằng trong lượng của 1km cáp,

trong khoảng thời gian 5 phút.

Kết thúc phép thử, để cáp ở trạng thái bình thường (không chịu tác

động của lực nén). Đo và xác định sự thay đổi suy hao của cáp sau khi

thử.





Hình 3.6. Mô hình kiểm tra khả năng chịu lực nén của cáp.

3.2.1.4. Phép đo thử độ xoắn .

Cáp sau khi kiểm tra khả năng chịu lực xoắn theo phép thử IEC -

794 - 1E7, với số lần xoắn là 5 lần, chiều dài cáp thử nhỏ hơn 4m.

Yêu cầu cáp phải đảm bảo :

-Sợi không gãy.



Phép đo thử khả năng chịu lực xoắn của cáp.,

-Mâũ thử là cuộn cáp cần đo nên để ở nhiệt độ phòng trong vòng 48

giờ trước khi thử .

-Dụng cụ thử : gồm bàn kẹp cố định và một bàn kẹp xoay dùng để

xoắn cáp theo phương nằm ngang. Mô hình được mổ tả như hình 3.7.

Hình 3.7. Mô hình kiểm tra khả năng chịu lực xoắn của cáp.

-Quy trình đo thử :

+ Kẹp một đầu cáp thử vào bàn kẹp cố định, một đầu cáp thử được

kẹp vào bàn kẹp xoay, sao cho cáp không bị di chuyển trong quá trình thử

nhưng cũng không được kẹp quá chặt làm thay đổi suy hao của cáp. Cáp

được giữ cho luôn được căng nhờ quả nặng có khối lượng 25kg.

+ Xoay bàn kẹp theo chiều kim đồng hồ 1 góc 1800 với số lần quay

theo yêu cầu.

+ Sau đó để cáp thử về vị trí ban đầu và xoay bàn kẹp theo chiều

ngược kim đồng hồ một góc 1800 với số lần như trên.





Kết thúc phép thử, để cáp ở trạng thái bình thường. Đo xác định độ

suy hao của capsau khi thử.

3.2.2. Phương pháp đo thử về tác động của môi trường.

3.2.2.1. Nhiệt độ : (Đo thử theo phương pháp IEC-794-1-F1)

a. Mục tiêu :

Phương pháp đo này áp dụng cho cáp sợi quang khi tiến hành thử

nghiệm thay đổi nhiệt độ theo chu kỳ nhằm xác định tính chất ổn định về

suy hao của cáp khi thay đổi nhiệt độ.

Sự thay đổi suy hao của cáp sợi quang có thể xẩy ra do thay đổi

nhiệt độ nhìn chung là do kẹp hoặc các sợi quang bị kéo căng gây ra vì có

sự khác nhau giữa hệ số giãn nở nhiệt của sợi với hệ số giãn nở nhiệt của

thành phần gia cường và các lớp vỏ của cáp. Điều kiện thử nghiệm đối

với phép đo này phải mô phỏng được các điều kiện xấu nhất.

Thử nghiêm này có thể sử dụng để kiểm soát tính chất của cáp trong

dải nhiệt độ lựa chọn, tính chất ổn định của suy hao sợi liên quan đến tình

trạng bị uốn một cách đáng kể của các sợi trong cáp.

b. Chuẩn bị mẫu :

Mẫu là một đoạn cáp chế tạo có chiều dài vừa đủ như chỉ ra trong

qui định kỹ thuật cụ thể, chiều dài thích hợp để đạt được độ chính xác

mong muốn (VD : 1000 - 2000m) .

Để nhận được giá trị tái lập, mẫu cáp phải được đưa vào tủ khí hậu

ở dạng cuộn hoặc quấn trên lõi.

Khả năng của sợi thích nghi với độ giãn nở và co vi sai có thể bị

ảnh hưởng tới bán kính uốn của cáp. Vì vậy tình trạng của mẫu thử cần

được thực hiện càng giống như điều kiện sử dụng bình thường càng tốt.

Trong trường hợp thử nghiệm trên lõi quấn, cáp được quấn theo

cách nào đấy để tất cả những thay đổi về đặc tính của cáp (suy hao, chiều





dài...) có thể xuất hiện trong điều kiện sử dụng bình thường không thay

đổi.

Vấn đề đáng quan tâm là sự khác nhau giữa hệ số giãn nở của mẫu

thử nghiệm và bộ phận đỡ (cuộn, thùng, tấm, v.v...) mà điều này có gây ra

ảnh hưởng đáng kể đến kết quả thử nghiệm trong các chu kỳ nhiệt nếu

các điều kiện “không ảnh hưởng” không được thực hiện một cách triệt để.

c. Thiết bị :

-Thiết bị đo suy hao thích hợp để xác định sự thay đổi của suy hao.

-Tủ khí hậu : phải có kích thước thích hợp để chứa được mẫu và

nhiệt độ của tủ phải điều khiển được để duy trì nhiệt độ thử nghiệm qui

định trong phạm vi ± 30.

d. Tiến hành thử nghiệm :

Bước 1 : Kiểm tra cáp bằng mắt thường, tiến hành đo suy hao của

cáp ở nhiệt độ ban đầu xác định.

Điều kiện ổn định trước phải được thoả thuận giữa người mua và

người bán.

Bước 2 :

-Mẫu ở nhiệt độ môi trường phải được đưa vào tủ khí hậu có cùng

nhiệt độ.

-Nhiệt độ trong buồng sau đó phải được hạ xuống đến nhiệt độ thấp

TA với tốc độ giảm nhiệt thích hợp.

-Sau khi đã đạt được độ ổn dịnh nhiệt độ trong tủ mẫu được lưu ở

điều kiện nhiệt độ thấp này trong khoảng thời gian thích hợp T1.

-Nhiệt độ trong tủ sau đó được nâng lên đến nhiệt độ cao TB với tốc

độ tăng nhiệt thích hợp.

-Sau khi đã đặt được độ ổn định nhiệt độ trong tủ mẫu được lưu ở

điều kiện nhiệt độ cao này trong khoảng thời gian thích hợp t1.





-Nhiệt dộ trong tủ sau đó được hạ xuống đến giá trị nhiệt độ môi

trường với tốc độ thích hợp.

-Quy trình này tạo thành 1 chu kỳ (xem hình 3-8).

-Mẫu phải chịu hai chu kỳ nếu không có quy định nào khác trong

qui định kỹ thuật cụ thể.

-Quy định kỹ thuật liên quan phải chỉ ra :

+ Sự thay đổi suy hao và các kiểm tra trong quá trình ổn định.

+ Khoảng thời gian mà sau đó, chúng được thực hiện.

-Trước khi đưa mẫu ra khỏi tủ ; mẫu thử nghiệm đã phải đạt tới độ

ổn định nhiệt ở nhiệt độ môi trường.

-Nếu quy định kỹ thuật liên quan chỉ ra dải nhiệt độ bảo quản và sử

dụng là khác nhau thì thay cho hai thử nghiệm riêng biệt có thể tiến hành

một thử nghiệm kết hợp với chu trình nhiệt như chỉ ra trên hình 3-9).

-Giá trị TA, TB và t1 phải được tiêu chuẩn trong quy định kỹ thuật cụ

thể.

Tốc độ tăng hoặc giảm nhiệt phải được quy định trong tiêu chuẩn kỹ

thuật. Cần lưu ý để nhiệt độ của lõi cáp không khác biệt một cách đáng kể

so với nhiệt độ của tủ khí hậu khi kết thúc giai đoạn tăng hoặc giảm nhiệt.

A. Bắt đầu chu kỳ thứ nhất.

Hình 3.8. Quy trình của một chu kỳ.





Hình 3.9. Quy trình thưr nghiệm kết hợp.

Bước 3 :

-Nếu nhiệt độ môi trường không phải là điều kiện khí quyển tiêu

chuẩn được sử dụng trong khi thử nghiệm thì sau khi đưa mẫu ra khỏi tủ,

mẫu được phép đạt tới độ ổn định nhiệt độ ở điều kiện khí quyển tiêu

chuẩn.

-Quy định kỹ thuật cụ thể liên quan có thể đưa ra khoảng thời gian

phục hồi riêng cho tưng loại mẫu đã cho.

e. Kết quả :

*Đo kết thúc : Ngoài viẹc xem xét lại mẫu cáp bằng mắt thường,

phải tiến hành kiểm tra đặc tính quang và cơ học của cáp theo như yêu

cầu trong quá trình kỹ thuật có liên quan.

*Tổng hợp kết quả :

Các dữ liệu sau đây phải được trình bày cùng với kết quả :

-Đường kính của cuộn hoặc lõi mẫu.

-Các chi tiết về quấn cáp :

+ Một lớp hay nhiều lớp.

+ Lực căng khi cuộn cáp.

+ Kiểu và vật liệu của cơ cấu giá đỡ.

+ Bố trí mẫu (thẳng đứng/nằm ngang).

-Chiều dài sợi và cáp được thử nghiệm. Kiểu nối giưa các sợi (nếu

có).





-Chuẩn bị đầu cáp.

-Các dữ liệu thử nghiệm kể cả kiểu thiết bị đo và các điều kiện ban

đầu.

-Mức độ thử nghiệm (số chu kỳ, biểu đồ chu kỳ nhiệt độ). Nhiệt độ

và số lần phải được ghi lại.

-Sự thay đổi suy hao ở bước sóng quy định như là hàm của chu trình

nhiệt kể cả việc chỉ ra độ chính xác.

3.2.2.2. Phép đo thử chống thấm nước.

(Đo thử theo phương pháp IEC-794-1-F5).

a. Mục tiêu :

Thử nghiệm này áp dụng cho cáp có chất làm đầy đặt ngoài trời

nhằm kiểm tra các kẽ hở của cáp có được làm đầy một cách liên tục để

ngăn ngừa sự ngấm nước voà trong cáp.

Thử nghiệm phải được tiến hành trên các mẫu cáp có độn bằng một

trong hai phương pháp sau : (F5A hoặc F5B) như hình vẽ 3.10.

b. Chuẩn bị mẫu :

-Phương pháp F5A : Phần vỏ bọc có chiều rộng 25 mm phải được

tách bỏ 3m từ một đầu của đoạn cáp và ống nối kín nước được ôm vào lõi

để trần bắc qua khe của vỏ bọc.

-Phương pháp F5B : Mẫu cáp có chiều dài lớn hơn chiều dài đem

thử 1m nhưng không quá 3m được lấy một cách ngẫu nhiên. Nếu có yêu

cầu thì mẫu phải chịu quy trình uốn. Đoạn cáp dài nhất là 3m phải được

lấy ở phần giữa của mẫu.

c. Tiến hành thử nghiệm :

Cáp được đặt ở vị trí nằm ngang và cột nước 1m được áp vào trong

24h ở nhiệt độ (20 ± 50C). Phẩm phát sóng được hoà tan trong nước có

thể được sử dụng để hỗ trợ cho viẹc phát hiện sự rỏ rỉ.





d. Yêu cầu :

Nước không được phát hiện thấy ở đầu của đoạn cáp dài 3m. Nếu sử

dụng phẩm phát sóng có thể dùng ánh sáng cực tím để kiểm tra.

Hình 3.10 : Thử nghiệm ngấm nhước.

3.3. PHƯƠNG PHÁP ĐO KIỂM THIẾT BỊ TRUYỀN DẪN

QUANG.

3.3.1. Đo kiểm điện áp cấp nguồn.

Các thiết bị để đo gồm : dụng cụ đo, von met số, các dây nối và phụ

kiện cần thiết.

Bước 1 : Kiểm tra nguồn điện áp xoay chiều.

-Trước hết kiểm tra chung mạng cấp nguồn xoay chiều cho hệ thống

thiết bị và xem xét khả năng an toàn của việc cấp nguồn từ mạng điện vào

thiết bị.

-Tiến hành đo : Dùng đồng hồ đo, kiểm tra điện lưới xoay chiều tại

đầu cáp xoay chiều chung của thiết bị. Giá trị điện áp xoay chiều đo được

phải đảm bảo được không vượt quá giới hạn tiếp nhận điện áp xoay chiều

cho trang thiết bị.

Bước 2 : Kiểm tra điện áp cấp nguồn 1 chiều.

-Kiểm tra tất cả các ngăn nguồn, card ngồn xem có đúng vị trí

không.

-Dùng đồng hồ đo kiểm tra các điểm nguồn một chiều trên các khối,

card cấp nguồn trên thiết bị theo thuyết minh và ký hiệu của thiết bị.





Trước hết cần đo giá trị điện áp 1 chiều chung ở đầu vào, sau đó lần lượt

đo kiểm tra các giá trị nguồn một chiều khác bao gồm các giá trị điện áp

một chiều đầu vào và đầu ra tại các điểm đo trên thiết bị. Các giá trị đo

không được vượt quá giới hạn cho phép của thiết bị.

-Có thể dùng biến áp xoay chiều nối vào đầu cấp nguồn xoay chiều

để thay đổi giá trị điện áp xoay chiều đầu vào, đồng thời đo điện áp một

chiều chung đầu vào, giá trị điện áp một chiều này phải đạt như các giá trị

cho trong thực tế khi thay đổi điện áp xoay chiều trong phạm vi của thiết

bị.

-Nếu trạm các thiết bị khác phục vụ để cấp nguồn như máy nắn, pin

mặt trời, ổn áp xoay chiều và các thiết bị phụ thộc thì cần phải lần lượt

kiểm tra các thiết bị này theo thuyết minh kỹ thuật kèm theo. Tất cả các

thiết bị cấp nguồn này phải đảm bảo khả năng cung cấp đủ năng lượng

cho trạm 24/24 giờ đồng thời phải kiểm tra cả công tác bảo quản cho các

thiết bị này trong cả điều kiện hoạt động và khi ở chế độ tự phòng.

3.3.2. Đo kiểm khả năng truyền tải của thiết bị SDH.

Một trong những đặc điểm của hệ thống và thiết bị SDH là các chức

năng hoạt động của hệ thống và thiết bị SDH được phân theo các lớp : lớp

đoạn (đoạn lặp, đoạn ghép kênh), lớp luồng bậc cao, lớp luồng bậc thấp.

Do đó tuỳ thuộc vào loại thiết bị và mục đích sử dụng mà thiết bị được cài

đặt trong các cấu hình để cung cấp khả năng truyền tải của các lớp tương

ứng.

Mục đích của phép đo này là để kiểm tra hoạt động của thiết bị

SDH theo đúng các chức năng truyền tải tương ứng với các lớp đã được

cấu hình và đồng thời cũng kiểm tra được tính độc lập giữa các lớp trong

thiết bị.

Cách tốt nhất để đo kiểm tra khả năng truyền tải của mỗi thiết bị đo

là dùng một thiết bị đo SDH có khả năng mô phỏng tín hiệu, các chức





năng của thiết bị cần đo, tức là coi thiết bị đo SDH như một thiết bị SDH

chuẩn. chính vì vậy các phép đo thông thường ược thực hiện trên giao

diện STM-N của thiết bị.

Trong phép đo này, thiết bị SDH được coi là có khả năng truyền tải

tốt nếu thiết bị này có khả năng tuyền tải thông suốt từ đầu cuối này đến

đầu cuối kia một kiểu “cấu trúc tín hiệu SDH” như trong G.707.

Một cấu trúc tín hiệu SDH được xem là truyền dẫn thông suốt từ

đầu cuối này đến đầu cuối kia khi :

-Không có sự suy giảm nào về đặc tính cl.

-Không có một sự thay đổi nào về bit khi tín hiệu số được truyền

dẫn từ đầu cuối này đến đầu cuối kia, trong đó mỗi một bít của tín hiệu số

này cho phép có thể lấy bất kỳ giá trị nào ở lối vào của phần tử mạng

SDH được kiểm tra.

Sau đây mô tả các phương pháp đo kiểm khả năng truyền tải của các

lớp trong thiết bị, trong đó cũng đưa ra được các cấu trúc tín hiệu thử

khác nhau và các tham số giám sát tín hiệu trong khi đó cùng với yêu cầu

về kết quả đo. Các tham số giám sát phụ thuộc vào lớp truyền tải và cấu

trúc tín hiệu của thiết bị cần đo kiểm.

3.3.2.1. Đo kiểm khả năng truyền tải của lớp đoạn.

a. Đo kiểm khả năng truyền tải của đoạn lắp STM-n.





Hình 3.11. Sơ đồ kiểm tra khả năng truyền tải của lớp đoạn lặp.

-Đối tượng cần đo, là các trạm lặp hoặc các thiết bị ADM có các

cổng tín hiệu STM-N được đặt theo cấu hình trạm lặp. Chú ý các lớp đoạn

lặp này không có xử lý phân tách ghép tín hiệu STM-n tức là thiết bị SDH

không nên có các xử lý con trở trong phép đo này. Sơ đồ đo được thiết lập

như hình 3.11. Thiết lập đường tín hiệu đi qua thiết bị cần đo và

hướngtruyền tín hiệu trong suốt của mức đoạn ghép kênh sẽ đi theo hướng

chiều mũi tên trong hình vẽ. NE1 là bộ lặp hoặc thiết bị SDH có nối kết ở

mức đoạn lặp (theo khuyến nghị G.958). Trong hình này, bất cứ lỗi nào

trong đoạn ME1 ⇔ NE1 hoặc NE1 ⇔ ME1 sẽ gây ra một sự thay đổi về

giá trị B1. Giá trị B1 này được tính toán ở cuối của đoạn tương ứng và

cùng với tín hiệu cảnh báo của cả thiết bị đo và thiết bị cần đo kiểm.

Tùy thuộc vào cấu trúc tín hiệu STM-N mà sẽ sử dụng các cấu trúc

tín hiệu thử tương ứng như (cấu trúc tín hiệu thử cũng được thể hiện tỏng

cấu trúc chức năng của thiết bị đo như hình 3.11).

*Khi tín hiệu STM-n có cấu trúc bậc cao C-4.

Phép đo này được áp dụng khi C-4 nằm trong cấu trúc tổ hợp của

một VC-4 và có cấu trúc ghép kênh AU-4.

Trong phép đo kiểm tra tính trong suốt của đoạn lặp với loại thiết bị

có cấu trúc C-4 bậc cao thì thực hiện như sau :

Đặt cấu hình thiết bị đo SDH phát ra tín hiệu STM-N có cấu trúc C-

4 tới thiết bị cần đo như hình 3.11 . Tín hiệu STM-N này có cấu trúc ghép





kênh như G.707 với các byte mào đầu và các con trở được đặt đúng giá trị

tương ứng phù hợp như G.707.

Đối với container C-4 cần đo thì đặt chuỗi tín hiệu thử còn các C-4

khác sẽ được điền với các giá trị khác chuỗi thử (nếu N >1). Kiến nghị

nên điền các C-4 có các giá trị lặp lại là 00H hoặc 6AH (H giá trị Hexa cơ

số 16) ết hoặc là sắp xếp chuỗi giả ngẫu nhiên vào các C-4 theo cấu trúc

G.707 thông qua giao diện G.703 . Cũng có thể áp đặt các tín hiệu VC-4

không sẵn sàng vào container không được kiểm tra.

Để đảm bảo tính tương thích với thiết bị SDH khi truyền tải các tín

hiệu thử, thì các nhãn của tín hiệu sẽ được gán một giá trị duy nhất theo

G.707 theo G.707 khi sử dụng các loại chuỗi tín hiệu thử không sắp xếp

hoặc các loại tín hiệu thử mà sắp xếp các byte lặp lại có giá trị cố định,

thì nhãn tín hiệu thử sẽ có giá trị trong byte C2 là FEH đối với các luồng

bậc cao và đối với các luông bậc thấp đặt giá trị 110 trong các bít 5, 6, 7

của byte V5.

Thông qua phép kiểm tra cấu trúc ghép kênh ở trên và xem xét khả

năng của thiết bị đo, có thể sử dụng một trong hai cấu trúc tín hiệu thử

được áp đặt vào C4 cần đo trong phép đo này như sau :

-Loại mẫu tín hiệu thử có tất cả các byte C-4 được đặt chuỗi tín hiệu

PRBS có độ dài 223 - 1.

-Loại mẫu tín hiệu thử sử dụng sắp xếp tín hiệu PDH PRBS có độ

dài 223 - 1 vào trong container C-4 cần kiểm tra như G.707. Cấu trúc này

có thể được tạo ra bằng thiết bị đo PDH theo 0.151 sắp xếp vào C-4 của

thiết bị đo SDH hoặc thiết bị MUX thông qua giao diện G.703.

*Khi tín hiệu STM-n có cấu trúc container bậc cao C-3 (tải trong

suốt là C - 3).





Phépđo này được áp dụng khi có một sự truyền tải trong suốt từ đầu

cuối này đến đầu cuối kia ở cấp C - 3. Trong đó C-3 nằm trong cấu trúc tổ

hợp của một VC - 3 và có cấu trúc ghép kênh AV - 3 như trong G.707.

Trong phép đo kiểm tra tính trong suốt của đoạn lặp với loại thiết bị

có cấu trúc C-3 bậc cao thì phép đo được thực hiện như sau :

-Thiết lập đường tín hiệu đi qua thiết bị cần đo và đặt cấu hình thiết

bị đo SDH phát ra tín hiệu STM-N có cấu trúc C- 3 tới thiết bị đo cần đo

như hình 3.11. Tín hiệu STM - N này có cấu trúc ghép kênh như G.707

với các byte mào đầu và các con trỏ được đặt đúng giá trị tương ứng phù

hợp với G.707.



G.707. Theo G.707 thì nhãn tín hiệu thử có giá trị là F, E, H trong byte

C2 đối với ác luồng bậc cao và đối với các luồng bậc thấp đặt giá trị 110

trong các bít 5, 6, 7 của byte V5 khi sử dụng các loại chuỗi tín hiệu thử

không sắp xếp hoặc các loại tín hiệu thử mà sắp xếp các by te lặp lại có

giá trị cố định.

Thông qua phép kiểm tra cấu trúc ghép kênh như đã trình bày và

xem xét khả năng của thiết bị đo, có thể sử dụng một trong hai cấu trúc

tín hiệu thử được áp đặt vào C- 3 cần đo trong phép đo này như sau :

Loại mẫu tín hiệu thử có tất cả các byte C-3 được đặt chuỗi tín hiệu

PRBS có độ dài 215-1.

Loại mẫu tín hiệu thử sử dụng sắp xếp tín hiệu PDH PRBS có độ

dài 215-1vào trong container C-3 cần kiểm tra như G.707. Cấu trúc này có

thể được tạo ra bằng thiết bị đo PDH theo 0,150 sắp xếp vào C-3 của thiết

bị đo SDH hoặc thiết bị Mux thông qua giao diện G.703.

*Các tham số cần được giám sát trong khi đó :





Đối với cả hai loại tín hiệu STM-N có cấu trúc C-3/4 của phép đo

như trên, thì tại đầu thu của thiết bị đo, SDH và trên thiết bị SDH cần đó,

kiểm tra các loại tín hiệu bảo dưỡng, cảnh báo các sự kiện sau :

Loại tham số Các tham số cân đo

Các bất thường Oò, Các lỗi B1, TSE

Các sai hỏng LOS, LOF, LSS

*Yêu cầu kết quả :

Thiết bị hoạt động tốt khi không có bất cứ cảnh báo nào của các

tham số được giám sát ở bảng trên.

b. Đo kiểm khả năng truyền tải của lớp đoạn ghép kênh STM-N .

Đây là phép đo tính độc lập của lớp đoạn lặp và lớp ghép kênh của

thiết bị.

Đối tượng cần đo : là các trạm lặp hoặc các thiết bị ADM có các

cổng tín hiệu STM-N được lắp đặt theo cấu hình trạm lặp hoặc là kiểm tra

tính trong suốt của phần ghép kênh giữa các trạm lặp. Chú ý là lớp đoạn

lặp này không có xử lý phần tách ghép tín hiệu STM-N tức là thiết bị

SDH không nên có các xử lý con trỏ trong phép đo này.





Hình 3.12 : sơ đồ kiểm tra khả năng truyền tải của lớp ghép kênh.

Sơ đồ được thiết lập như hình 3.12. Thiết lập đường tín hiệu đi qua

thiết bị cân đo và hướng truyền dẫn tín hiệu trong suốt của mức đoạn

ghép kênh sẽ đi theo chiều mũi tên trong hình vẽ. NE1, NE2 là trạm lặp

hoặc thiết bị SDH có nối kết ở mức đoạn lặp.

Tương tự như phép đo kiểm tra của đoạn lặp thì ứng với hai cấu trúc

tín hiệu STM - N thì cũng có hai trường hợp sau :

-Khi tín hiệu STM-N có cấu trúc các container bậc cao C-4 .

Cũng tương tự như kiểm tra truyền tải lớp đoạn lặp, phép đo với

loại cấu trúc tín hiệu STM-N này cũng có thể sử dụng hai cấu trúc tín

hiệu thử : TSS1, TSS5.

-Khi tín hiệu STM-N có cấu trúc các container bậc cao C-3 (tải

trọng suốt là C-3).

Cũng tương tự như kiểm tra truyền tải lớp đoạn lặp, phép đo với

loại cấu trúc tín hiệu STM-N này cũng có thểư dụng hai loại cấu trúc tín

hiệu thử : TSS2, TSS6.

-Các tham số cần được giám sát trong khi đó.


như trên. Vì mục đích của phép đo này là kiểm tra đoạn ghép kênh nên tại





đầu thu của thiết bị đo SDH, kiểm tra các loại tín hiệu bảo dưỡng, cảnh

báo các sự kiện sau :

Loại tham số Các tham số cần đo

Các bất thường OOF, các lỗi B2, TSE

Các sai hỏng LOS, LOF, MS - AIS, MS - RD1, LSS

-Yêu cầu kết quả đo :

Thiết bị hoạt động tốt khi không có bất cứ cảnh báo nào của các


3.3.2.2. Đo kiểm khả năng truyền tải lớp luồng SDH.

Một trong những ưu điểm của hệ thống SDH đó là sử dụng con trỏ

để truyền tải trong suốt các tải xuyên qua mạng SDH. Nhờ đó mà dưới

cùng một điều kiện trượt có thể xẩy ra tại các tốc độ 2Mbit/s trong mạng

PDH nhưng trong mạng SDH lại không xẩy ra, như trường hợp có kết nối

quốc tế, trong đó các mạng SDH của các quốc gia khác nhau không cùng

đồng bộ tới cùng một đồng hồ chủ.

Việc phát và thông dịch con trỏ của NE phải tuân theo đúng các qui

tắc trong G.708 để có thể kết nối được các NE của các nhà sản xuất khác

nhau. Thông dịch của con trỏ có thể có 3 trạng thái sau : bình thường, mất

đường dẫn của con trỏ và tín hiệu chỉ báo có cảnh báo AIS. Thiết bị đo

SDH phải có khả năng ép buộc thông dịch có con trỏ trong NE để kiểm

tra trạng thái sẽ đi vào đúng theo các điều kiện kiểm tra mong muốn, và

trong trạg thái hoạt động bình thương thì sự di chuyển con trỏ dương, âm

phải xẩy ra theo đúng như khuyến nghị G.707 đã qui định.

Kiểm tra khả năng truyền tải cảu lớp luồng cũng phải được thực

hiện đồng thời với phép kiểm tra con trỏ. Phân tích việc phát con trỏ của

NE cũng được thực hiện trên các điều kiện hoạt động bình thương để chỉ

ra được các hoạt động bình thương và bất bình thương của con trỏ như :





Các giá trị của con trỏ bất bình thương, các sự kiện xẩy ra cờ dữ liệu mới

và các trượt con trỏ.

Sau đây đưa ra các cấu hình đo ứng với mỗi loại luồng SDH.

a. Đo khả năng truyền tải lớp luồng bậc cao VC-4/VC-3.

Hình 3.13. Sơ đồ khả năng truyền tải lớp luồng bậc cao C-3, C-4 ở

HPC.

Đối tượng cần đo là : các thiết bị Mux, ADM, DXC có chức năng

HPC (đầu nối ở luồng bậc cao VC 3/4). HPC có thể là các ma trận chuyển

mạch trong thiết bị DXC (thiết bị nối chéo loại 1 trong G.782) khi đó thì

phép đó cần thực hiện tất cả các cấu hình đấu nối chéo của thiết bị để

kiểm tra tất cả các khả năng chuyển mạch có thể.

Sơ đồ đo được thiết lập như hình 3.13. Thiết lập đường tín hiệu đi

qua thiết bị cần đo theo chiều hướng truyền đưa tín hiệu trong suôts của

mức C-3/C-4 sẽ đi theo chiều mũi tên trong hình vẽ. Trong đo NE1

và NE2 là các thiết bị nối chéo DXC (Cross-connect) kiểu I.

Sau đây cũng phân ra hai trường hợp đo kiểm lớp luồng VC bậc cao

hoặc chức năng đấu nối chéo của thiết bị có cấu trúc VC-4 hoặc VC-3.

Tuỳ thuộc vào cấu trúc tín hiệu STM-N mà sẽ sử dụng các cấu trúc tín

hiệu thử tương ứng như sau: (cấu trúc tín hiệu thử cũng được thể hiện

trong cấu trúc thiết bị đo như hình 3.13).





*Khi tín hiệu luồng bậc cao VC có cấu trúc là container bậc cao C-

4.


một VC-4 và có cấu trúc AU-4 .

Tương tự như phép đo kiểm tra thông suốt của đoạn lặp mà có cấu

trúc C-4, có thể sử dụng một trong hai cấu trúc tín hiệu thử là TSS1 hoặc

TSS5 đối với thiết bị có chức năng LPA-4 (tức là có giao diện G.703).

*Khi tín hiệu luồng bậc cao VC có cấu trúc là container bị cao C-3.


một VC-3 và có cấu trúc AU-3.

Tương tự như phép đo kiểm tra thông suốt của đoạn lặp mà có cấu

trúc C-3, có thể sử dụng một trong hai cấu trúc tín hiệu thử TSS2 hoặc

TSS6 đối với thiết bị có chức năng LPA-3 (tức là có giao diện G.703).

*Các tham số cần được giám sát trong khi đo.


như trên, thì tại đầu thu của thiết bị do SDH và trên thiết bị SDH cần đo,

kiểm tra các loại tín hiệu bảo dưỡng, cảnh báo sự kiện sau :


Các bất thường OOF, các lỗi B3,HP-REI, TSE

Các sai hỏng LOS, LOF, MS - AIS, MS - RD1, AV- LOP, AV-

AIS, HP - RD1, HP-TIM, LSS

Chú ý : Các lỗi B3 liên quan đến cấu trúc SDH.VC-4/3, còn AU -

LOP và AV-AIS liên quan đến AU-4/3 .

*Yêu cầu kết quả :

Thiết bị hoạt động tốt khi không có bắt cứ cảnh báo nào của các






b. Đo kiểm khả năng truyền tải lớp luồng bậc thấp VC-3/2/12/11.

Đối tượng cần đo : là các loại thiết bị Mux, ADM, DXC có chức

năng LPC (đầu nối ở luồng bậc cao VC-11/12/2/3). LPC có thể là các ma

trận chuyển mạch trong thiết bị DXC khi đó thì phép đo cần thực hiện tất

cả các cấu hình đấu nối chéo của thiết bị để kiểm tra tất cả các khả năng

chuyển mạch có thể.

Sơ đồ đo được thiết lập như hình 3.14. Thiết lập đường tín hiệu đi

qua thiết bị cần đo theo hướng truyền tín hiệu trong suốt của mức

C11/12/2/3 sẽ đi theo chiều mũi tên trong hình vẽ. Trong đó NE1 và NE2

là các thiết bị MUX có chức năng nối chéo mức C-11/12/2/3 loại III.1

trong G.782.

Hình 3.14. Sơ đồ kiểm tra khả năng truyền tải của lớp luồng bậc

thấp C -11/12/2/3.

*Khi tín hiệu luồng bậc cao VC có cấu trúc là container bậc thấp C-

3.





Phép đo này được áp dụng khi luồng bậc thấp C-3 nằm trong cấu

trúc tổ hợp của một VC-3 và có cấu trúc ghép kênh AU-4/VC-3.

Trong phép đo kiêmtra tính trong suốt bậc thấp VC-3 với loại thiết

bị có cấu trúc C-3 bậc thấp thì phép đo được thực hiện như sau :

-Thiết lập đường tín hiệu đi qua thiết bị cần đo và đặt cấu hình thiết

bị đo SDH phát ra tín hiệu STM-N có cấu trúc C-3 bậc thấp tới thiết bị đo

như hình 3.14. Tín hiệu STM-N này có cấu trúc ghep kênh như G.707 với

các byte mào đầu và các con trỏ được đặt đúng giá trị tương ứng phù hợp

như G.707.



G.707. Khi sử dụng các loại chuỗi tín hiệu thử không sắp xếp hoặc các

loại tín hiệu thử mà sắp xếp các byte lặp lại có giá trị cố định, thì nhãn tín

hiệu thử sẽ có giá trị là FEH (trong byte C2) đối với các luồng bậc cao và

đối với các luồng bậc thấp đặt giá trị 110 trong các bít 5, 6, 7 của byte

V.5.

Thông qua phép kiểm tra cấu trúc ghép kênh và xem xét khả năng

của thiết bị đo, có thể sử dụng một trong hai cấu trúc tín hiệu thử được áp

đặt vào C-3 cần đo trong phép đo này như sau.

-Khi kiểm tra loại thiết bị SDH có chức năng nối chéo luồng bậc

thấp LPC sử dụng cấu trúc AU-4/VC-3 thì đặt tất cả các byte của

container C-3 cần kiểm tra có các giá trị của chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên

PRBS có độ dài 223-1. Theo 0.181 cấu trúc này là TSS3 và thuộc loại tín

hiệu thử không được sắp xếp.

-Khi kiểm tra loại thiết bị SDH có chức năng LPA-3 và chỉ sử dụng

cấu trúc ghép kênh AU-4 thì sắp xếp tín hiệu PDH giả ngẫu nhiền PRBS

có độ dài 223-1 vào trong container cần kiểm tra như G.707. Theo 0.181

cấu trúc này là TSS7 và thuộc loại tín hiệu thử có sắp xếp.





*Các tham số cần được giám sát khi đo : Đối với cả hai loại tín hiệu

STM-N có cấu trúc AU-4 C-3 của phép đo như trên, thì tại đầu thu của

thiết bị do SDH và trên thiết bị SDH cần đo, kiểm tra các loại tín hiệu bảo

dưỡng, cảnh báo các sự kiện sau :


Các bất thường OOF, các lỗi B3,HP-REI, TSE

Các sai hỏng LOS, LOF, MS - AIS, MS - RD1, AU- LOP, AU-

AIS, HP - RD1, HP-TIM, LP-RD1. Tu-LOP, TU-

AIS, TU-LOM, LP-TIM, LSS

Yêu cầu kết quả : thiết bị hoạt động tốt khi không có bất cứ cảnh

báo nào của các tham số được giám sát ở bảng trên.

*Khi tín hiệu luồng bậc cao VC có cấu trúc là container bậc thấp C-

11/12/2.

Phép đo này được áp dụng khi C-11/12/2 nằm trong cấu trúc tổ hợp

của một VC-11/12/2 và có cấu trúc ghép kênh AU-4 hoặc AU-3\TUG-

2\VC-11/12/2.

Trong phép đo kiểm tra tính trong suốt của luồng bậc thấp VC-

11/12/2 (hay chức năng LPC) với loại thiết bị có cấu trúc C-11/12/2 bậc

thấp thì phép đo được thực hiện như sau :

Thiết lập đường tín hiệu đi qua thiết bị cần đo và đặt cấu hình thiết

bị đo SDH phát ra tín hiệu STM-N có cấu trúc C-11/12/2 bậc thấp tới

thiết bị cần đo như hình 3.14. Tín hiệu STM-N này có cấu trúc ghép kênh

như G.707 với các byte mào đầu và các con trỏ được đặt đúng gía trị

tương ứng phù hợp như G.707.

Chú ý : cách đặt này sẽ ngăn ngừa các cảnh báo AU-ASI hay TU-

AIS trên các AU-N hoặc TU-m mà không được đo. Đối với container C-

11/12/2 cần đo thì đặt chuỗi tín hiệu thử, còn các C-11/12/2 khác sẽ được

điền với các giá trị khác chuỗi thử.







G.707. Theo G.707 khi sử dụng các loại chuỗi tín hiệu thử không sắp xếp

hoặc các loại tín hiệu thử mà sắp xếp các byte lặp lại có giá trị cố định,

thì nhãn tín hiệu thử sẽ có giá trị là FEH trong byte C2 đối với các luồng

bậc cao và đối với các luồng bậc thấp đặt giá trị 110 trong các bít 5, 6, 7

của byte V5.

Thông qua phép kiểm tra cấu trúc ghép kênh như đã trình bày trên

và xem xét khả năng của thiết bị đo sẵn có, có thể sử dụng một trong hai

cấu trúc tín hiệu thử được áp đặt vào C-11/12/2 cần đo trong phép đo này

như sau :

Khi kiểm tra loại thiết bị SDH có chức năng nối chéo luồng bậc

thấp LPC sử dụng cấu trúc AU-4 hoặc AU-3\TUG-2\VC-11/12/2 thì đặt

tất cả các byte của container C-11/12/2 cần kiểm tra có các giá trị của

chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên PRBS có độ dài 215-1.

Khi kiểm tra loại thiết bị SDH có chức năng LPA-me (m = 11/12/2)

và có cấu trúc ghép kênh AU-4 hoặc AU-3 thì sắp xếp tín hiệu PDH giả

ngẫu nhiên PRBS có độ dài 215-1.

-Các tham số cần được giám sát trong khi đo : Đối với loại tín hiệu

STM-N có cấu trúc AU-4 hoặc AU-3 TUG-2 , C-11/12/2 của phép đo như

trên, thì tại đầu thu của thiết bị đo SDH và trên thiết bị SDH cần đo, kiểm

tra các loại tín hiệu bảo dưỡng, cảnh báo các sự kiện sau :


Các bất thường OOF, BIP-2errors, LP-RE1, TSE

Các sai hỏng LOS, LOF, MS - AIS, MS - RD1, AU- LOP, AU-

AIS, HP - RDI, HP-TIM, LP-RDI, TU-LOP , TU-

AIS, TU-LOM, LP-TIM, LSS





CHƯƠNG 4 : THIẾT BỊ ĐO OTDR

4.1. KHÁI NIỆM

Máy đo phản xạ quang (ODTR) được sử dụng để đo sợi quang

thông qua việc thể hiện kết quả đo bằng hình ảnh các đặc tính suy hao của

một sợi quang dọc theo chiều dài của sợi quang đó. OTDR cho ra biểu đồ

của các đặc tính đó trên màn hình của nó, ở dạng đồ hoạ, với trục X là

khoảng cách đo và trục Y là độ suy hao. Các thông tin như : suy hao sợi

quang, tổn hao mối hàn, tổn hao bộ nối và vị trí dị thường có thể được xác

định từ sự hiển thị này.

Xu hướng của máy OTDR yhiện nay là cung cấp cả các khả năng sử

dụng trong vùng cửa sổ thứ 4 - băng L, tại 1625nm. Bên cạnh khả năng đo

kiểm và phát hiện sự cố tại kênh giám sát quang ở bước sóng 1625nm thì

việc sử dụng bước sóng này còn có một số thuận lợi khác. Đặc biệt là

trong một số trường hợp, các sợi đang được sử dụng có thể được đo tại

bước sóng 1625nm trong khi truyền dẫn WDM thông thường vẫn tiếp tục

hoạt động trong vùng phổ EDFA. Vì suy hao quang do uốn cong tại

1625nm trội hơn tại các bước sóng WDM ngắn hơn nên sử dụng OTDR

tại bước sóng dài có thể phát hiện được một số điểm sự cố trên sợi. Các vị

trí nơi mà chất lượng của sợi đã được chấp nhận trong thời gian lắp đặt

nhưng có thể đã bị suy giảm theo thời gian.

Đo bằng OTDR là phương pháp hiện có duy nhất để xác định chính

xác vị trí gẫy của sợi quang trong một tuyến cáp quang đã lắp đặt khi vỏ

bọc cáp bị hư hại mà mắt thường không thể nhìn thấy được. Nó là cách tốt

nhất để xác định tổn hao của các mối hàn trên sợi quang, các bộ nối hoặc

các điểm dị thường trong hệ thống. Nó cho phép người kỹ thuật viên xác

định hiện một mối hàn có đáp ứng được các tiêu chuẩn ký thuật không

hay phải làm lại. OTDR còn giới thiệu các đặc tính tốt nhất của sợi quang.





Như vậy, máy đo OTDR là một trong những công cụ mạnh nhất

không phá huỷ cấu trúc của hệ thống, thao tác thuận lợi đối với sợi quang.

Nó cung cấp các thông tin cần thiết cả trong giai đoạn chế tạo sợi và cả

trong giai đoạn đánh giá chất lượng sợi, cũng như ở giai đoạn kiểm tra

hiện trường. Máy đo OTDR được dùng để đo suy hao toàn tuyến, chiều

dài sợi, suy hao của mối hàn và khớp nối, xác định chỗ sợi bị đứt, thứ tự

mối hàn… qua đó có thể đánh giá được sự xuống cấp của hệ thống.

Nguyên lý hoạt động của OTDR dựa trên nguyên lý đo phản xạ và tán xạ

ngược được phát minh vào năm 1976 và nhanh chóng được hoàn thiện và

sử dụng rộng rãi.

4.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐO OTDR.

Máy phóng các xung ánh sáng vào sợi cần đo. Trên đường truyền

các xung ánh sáng gặp những chướng ngại khác nhau như những chỗ

không đồng nhất của sợi, mối hàn, khớp nối, vết nứt của sợi… Do đó sẽ

có một phần năng lượng ánh sáng dội về dưới hình thức phản xạ hay tán

xạ ngược. Mức độ phản xạ phụ thuộc vào tính chất của những chỗ không

đồng nhất. Và máy đo OTDR đo ánh sáng bị phân tán trở về này.

Năng lượng ánh sáng phản xạ được thu nhận, chuyển đổi thành tín

hiệu điện, khuyếch đại và cho hiển thị lên màn hình. Trục tung chia theo

mức công suất phản xạ còn trục hoành chia theo chiều dài sợi thông qua

thời gian trễ từ lúc phóng xung đến lúc nhận xung.

Mối quan hệ giữa chiều dài sợi L và thời gian trễ t là :

tvL ..2

1=

Trong đó : v =1n

C là vận tốc ánh sáng truyền trong lõi sợi.

Thừa số 2

1 : là đo xung ánh sáng truyền trong sợi theo hai chiều





Máy đó OTDR cũng đo công suất của ánh sáng phản xạ và tạo ra

một hiển thị suy hao của sợi quang theo khoảng cách truyền lan.

4.3. SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA MÁY ĐÓ OTDR.

Sơ đồ khối tổng quát của một máy đo ODTR được thể hiện như hình

4.1.

Hoạt động của máy : dưới sự kích thích của các xung điện tử mạch

tạo xung, LASER phát xung ánh sáng vào sợi quang thông qua các bộ

ghép và rễ tia. Các xung phản xạ được bộ rẽ tia đưa đến bộ tách sóng

quang để đổi ra xung điện. Biên độ xung phản xạ rất nhỏ nên cần được

khuếch đại trước khi đưa qua bộ xử lý để hạn chế nhiễu, lấy giá trị tủng

bình rồi cho hiển thị lên nàm hình.

Hình 4.1. Sơ đồ tổng quát của máy đo OTDR.

Sự biến thiên công suất tán xạ ngược và phản xạ thể hiện sự phân

bố suy hao trên sợi quang. Thời gian trễ từ dấu hiệu phản xạ ở đầu sợi đến

dấu hiệu phản xạ ở cuối sợi thể hiện thời gian truyền của ánh sáng từ đầu

sợi đến cuối sợi (theo hai chiều) nêncó thể suy ra được chiều dài của sợi.

Tương tự như vậy có thể tính được cự ly từ đầu sợi đến điểm có suy hao

bất thường.





Nếu tín hiệu tán xạ ngược được khuếch đại tuyến tính thì đường

biểu diễn trên màn hình là đường cong giảm dần theo quy luật hàm số mũ

(hình 4.2a). Nếu dùng bộ khuếch đại logarit thì đường biểu diễn trên màn

hình là đường thẳng có hệ số góc âm (hình 4.2.b). Đường biểu diễn trên

đã được bộ xử lý hạn chế nhiễu và lấy giá trị trung bình, nếu không thì

hình ảnh rất mờ.

a : khuếch đại tuyến tính b: khuếch đại logarit

Hình 4.2. Công suất phản xạ của một sợi đồng nhất.

Nếu trên sợi có nhiều đoạn có độ suy hao khác nhau thì đường thể

hiện là đường gãy gồm có nhiều đoạn có độ dốc khác nhau. Những chố có

phản xạ thì được thể hiện bằng các xung nhọn, vì công suất phản xạ lớn

hơn công suất tán xạ ngược với cùng mức công suất tới (hình 4.3).





Hình 4.3. Sự biến thiên của công suất phản xạ qua các chướng ngại

khác nhau.

*Nguồn quang :

Khi xung kích thích hẹp hơn xung tán xạ ngược thì công suất của tín

hiệu tán xạ ngược phát ra từ 40 ÷ 50 dB (theo tính toán), thấp hơn công

suất của xung kích thích. Điều đó có nghĩa rằng chỉ các nguồn quang có

khả năng tạo ra các xung ngắn và công suất lớn mới sử dụng được. Do đó,

cần thiết phải sử dụng nguồn phát laser. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng phải có

một giới hạn cho công suóât cực đại mới có thể đưa vào sợi, có bức xạ phi

tuyến. và như vậy cần tính được ngưỡng phi tuyến đó. Trong trường hợp

sợi đa mode, người ta thường phải sử dụng các nguồn laser xung công

suất cao hơn Galas/GaAs ở vùng bước sóng 0,8 ÷ 0,9 µkm có thể ghép nối

một công suất quang khoảng 30dB.

Ở vùng bước sóng lớn hơn (1,3 ÷ 1,6µm) thường sử dụng cho các

loại sợi đơn mode, nên không thể sử dụng ác Laser với các đặc điểm trên.

Khi đó, người ta sử dụng các nguồn Laser có liên kết bốn như InGaAs

P/InP với công suất ghép nối cực đại khoảng vài dB.

Trong trường hợp thăm dò liên tục, yêu cầu phải có một nguồn liên

tục phù hợp với bộ dao động nội bộ, và các bộ dao động đó phải thuận

tiện cho việc sửdụng như là nguồn kích thích. Từ đó một chùm ánh sáng

phát được sử dụng như là một chùm mẫu.

*Bộ rẽ tia (bộ phận hướng) :

Các bộ conpler. Có nhiệm vụ trộn hoặc tách tín hiệu quang theo yêu

cầu. Ở đây là loại conpler hai hướng. Bộ rẽ tia này là một bộ phận rất

quan trọng trong thiết bị OTDR vì nó thực hiện hai chức năng chính.

-Tạo ra một tổn hao thấp và ghép nối một cách có hiệu quả từ nguồn

quang tới sợi và từ sợi đến bộ tách sóng quang.





-Thực hiện cách ly bộ thu với tín hiệu lớn phản xạ từ cuối đầu vào

của sợi.

Trong thực tế, tín hiệu phản xạ này lớn, vào khoảng 25 ÷ 30 dB trên

mức tín hiệu tán xạ ngược, sẽ nạp rất mạnh cho phần điện của bộ thu và

làm sai phép đo của phần tiếp theo của dạng sóng.

*Bộ tách sóng quang, thu và khuếch đại :

Nếu chú ý đến mức tháp của tín hiệu tán xạ ngược thì yêu cầu cơ

bản của bộ tách sóng quang sử dụng trong thiết bị OTDR là nó phải có độ

nhạy cao và nhiễu thấp. Hơn nữa, nó cần phải có độ tuyến tĩnh cao. Mặt

khác, chúng phải có dải thông rộng để nhận xung thăm dò một cách chính

xác khi yêu cầu.

Đối với vùng bước sóng ngắn (0,85µm) người ta sử dụng bộ tách

sóng quang Silicon APDs. Đối với vùng bước sóng 1,3 ÷ 1,6µm, không có

bộ tách sóng nào tốt hơn bộ tách sóng trên. Các photodiode Ge có thể

chịu được dòng điện cao và đòi hỏi cần phải làm lạnh để cải thiện chế độ

công tác.

Trong hệ thống tách sóng trực tiếp, sự khuếch đại được thực hiện

bằng các bộ khuếch đại Transimpledance, nó có các đặc tính chống nhiễu

và dải thông hẹp.

*Bộ xử lý tín hiệu :

Bộ xử lý tín hiệu thực hiện nhiều chức năng như :

-Đồng bộ giữa xung phát và xung thu

-Phối hợp các tín hiệu và lấy trung bình.

-Tự động điều chỉnh và tính toán các thông sốđo.

-Phân tích dạng sóng.

-Đưa ra các đặc tính hoặc tạo ra các tín hiệu chuyển mạch.





-Biến đổi thành các dạng khác nhau, phụ thuộc vào kỹ thuật sử dụng

thựctế.

*Màn hình :

Màn hình là một CRT hiển thị biểu đồ dạng sóng đo được ,bao gồm

các đặc điểm chủ yếu mà có thể nhận được từ thiết bị đo tán xạ ngược

(trong cùng một loại sợi) như sau :

-Phản xạ cuối đầu vào sợi.

-Suy hao sợi.

-Biểu diễn phản xạ ở mối hàn.

-Biểu diễn phản xạ ở connector.

-Biểu diễn phản xạ ở chỗ đứt sợi (cuối đầu ra của sợi).

4.4. CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA MÁY ĐO OTDR.

4.4.1. Tần số phát xung.

Để có đường biểu diễn chính xác người ta cho phóng nhiều xung rồi

lấy giá trị trung bình của các xung phản xạ. Tần số phát xung có liên quan

đến tốc độ truyền của ánh sáng trong sợi và chiều dài sợi.

Thời gian để một xung ánh sáng truyền từ đầu sợi đến cuối sợi rồi

phản xạ về đầu sợi là :

C

nL

v

Lt 122 ==

Với L : là chiều dài sợi

1n

Cv = vận tốc ánh sáng truyền trong sợi.

Thời gian trên cũng chính là chu kỳ tối thiểu của chỗi xung, nên tần

số tối đa của chuỗi xung là :





1

max ..2

1

nL

C

tf ==

Muốn đo sợi càng dài thì tần số phát xung phải càng thấp. Thông

thường tần số phát xung trong khoảng thấp hơn 1KHz.

Trong trường hợp này, khoảng cách tối đa Lmax có thể đo được bằng

:

kmmfn

CL 100)(10

10.5,1.2

10.3

..

2

1 5

3

8

max

max ====

4.4.2. Độ phân giải.

Khoảng cách tối thiểu của hai chướng ngại gần nhau mà máy đo còn

phân biệt được cho biết khả năng phân giải của máy . Độ phân giải phụ

thuộc bề rộng của xung ánh sáng. Thời gian để truyền hết một xung ánh

sáng qua một điểm trên sợi cũng chính là bề rộng của xung. Cự ly truyền

tương ứng với thời gian truyền này là :

τ..2

1min vL =

Trong đó :

-Thừa số 2

1 là do ánh sáng truyền theo hai chiều.

-1n

Cv = : vận tốc ánh sáng truyền trong sợi.

-τ : là bề rộng xung.

Nói chung bề rộng xung τ càng rộng thì Lmin càng lớn, tức là độ

phân giải càng kém và ngược lại. Bề rộng xung của các máy trên thực có

thể điều chỉnh được từ vài chục ns đến vài µs tương ứng với Lmin = 5m ÷

100m.





Khi đó cự lý gần thì dùng T nhỏ để tăng độ phân giải, còn khi đo cự

ly xa thì dùng T lớn để tăng dải đọng.

4.4.3. Dải động.

Cự ly tối đa mà máy đo OTDR có thể đo được phụ thuộc vào dải

động của máy và độ suy hao trung bình của sợi quang. Để xác định dải

động của máy cần phân tích sự phân bố công suất quang do máy phát ra

(hình 4.4).

Dải động đơn hướng (SWDR : Single way Dynamic Range) của một

máy OTDR là mức suy hao lớn nhất của sợi quang mà khi đó có thể quan

sát từ đầu đến cuối sợi. Dải động đơn hướng, gọi tắt là dải động, được

tính bởi :

[ ]SNIRLPPSWDRDP

++−−= )(2

1

Trong đó :

Pp : là công suất của Laser/

PD : là mức nhiễu của linh kiện tách sóng quang.

L = L1 + L2 : là tổng suy hao ghép theo hai hướng đi và về.

R : lả tỷ số công suất tạn xạ ngược so với công suất tới.

SNI : (Signal to noise improvement) : độ cải thiện nhiễu.

PP Công suất của Laser

L1 : Suy hao ghép hướng đi

R :tỷ số công suất tán xạ ngược so với công suất tới

Suy hao của sợi (Hướng đi và về)

L2 : suy hao ghép hướng về

Nền nhiều xủa linh kiên tách sóng quang





SNI: độ cải thiện nhiễu

Nền nhiễu sau khi giảm nhiễu

Hình 4.4. Sơ đồ phân bố công suất quang của một máy ODTR.

Dải động của các máy OTDR hiện nay vào khoảng 20dB đến 35dB.

Chiều dài sợi tối đa có thể đo được là :

α

SWDRkmL =][max

Với : SWDR : dải động đơn hướng, đơn vị dB.

α : Độ suy hao trung bình, đơn vị : dB/km.

Dải động và độ phân giải của một máy OTDR có liên quan với nhau

thông qua độ rộng xung T, xung càng rộng thì năng lượng quang phóng

vào sợi càng lớn, nên dải động càng cao nhưng độ phân giải càng kém và

ngược lại.

4.5. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA MỘT VẾT OTDR.

Nguồn Laze tạo ra các xung ánh sáng lặp đi lặp lại, hàng nghìn lần,

tạo ra hàng nghìn giá trị của cường độ ánh sáng bị tán xạ trở lại đối với

mỗi điểm dọc theo cáp. Nhyững giá trị này được làm trung bình để tạo ra

một vết OTDR.

Tất cả các vết OTDR đều có bốn đặc điểm như hình 4.5 sau :





Hình 4.5. Năm đặc điểm cơ bản của vết OTDR.

Đặc điểm thứ nhất : là một đỉnh ban đầu theo sau là một đỉnh bị suy

yếu nhanh.

Đỉnh xung và đỉnh suy yếu nhanh này là kết quả của sự phản xạ

Fresnel từ các bộ nối nối OTDR. Với cáp. Bất kỳ phần nào của cáp nằm

trong đỉnh ban đầu đều không thể kiểm tra được bằng OTDR, vì đỉnh này

là đặc trưng của OTDR và không phải đặc trưng của cáp nối với OTDR.

Vùng này được gọi là vùng chết hoặc vùng mù. Có thể kiểm tra một cáp

bằng một đoạn cáp đo hoặc cáp dùng làm đầu thử dài hơn độ rộng của

đỉnh này. Ta cũng có khả năng “xem” được vùng chết của cáp bằng cách

sử dụng OTDR nối với đầu kia của cáp. Cả hai kỹ thuật vừa nêu đều được

sử dụng, và nên gắn với mặt cáp dùng làm đầu đo : sẽ là rẻ hơn để thay

các bộ nối trên cáp dùng làm đầu đo hơn là sửa một máy OTDR.

Đặc điểm thứ hai là một đỉnh ở cuối, là sự phản xạ Frênl từ đầu cuối

của cáp. Chú ý rằng sự phản xạ này có một độ rộng, hay độ dài. Độ rộng

này tương tự như độ rộng của vùng chết. Độ rộng của sự phản xạ này đặt

ra một giới hạn về khả năng phân giải của một OTDR đối với những điểm

phản xạ có khoảng cách rất gần nhau. Nếu hai bộ nối, hai mối hàn cơ khí,

hoặc hai chỗ gẫy trong các cáp ống đệm chặt gần nhau hơn độ rộng của

vùng phản xạ này, thì OTDR sẽ chỉ cho một đặc điểm duy nhất, mà không

phải là hai đặc điểm tách biệt.

Đặc điểm thứ ba là mộtvùng thẳng, là tín hiệu tán xạ trởlại từ cáp

được đo. Từ vùng này, bạn thu được tất cả những thông tin hữu ích về tổn

hao của hệ thống cáp quang bạn đang đo.

Đặc điểm thứ bốn là tín hiệu nhiễu, nó xuất hiện sau vùngphản xạ ở

đầu bên phải của vết OTDR. Tín hiệu nhiễu này sẽ phụ thuộc vào điều

kiện của vết OTDR. Tín hiệu nhiễu này sẽ phụ thuộc vào điều kiện của

OTDR.Tín hiệu nhiễu này sẽ phụ thuộc vào điều kiện của OTDR, cường





độ của tín hiệu được phép vào sợi quang, và tổng tổn hao trong sợi quang

đang cần đo.

4.6. MỘT SỐ NHỮNG VẾT OTDR ĐIỂN HÌNH.

Vết OTDR hiếm khi trông giống như hình 4.5. Các vết OTDR sẽ thể

hiện những đặc điểm riêng như :

-Không có phản xạ ở đâu.

-Dố đo chính xác.

-Số đó không chính xác do các bộ nối tổn hao cao tại OTDR .

-Số đo không chính xác do tổng tổn hao cao.

-Phóng ánh sáng không đúng.

-Tỷ lệ suy hao thấp.

-Tỷ lệ suy hao cao.

-Tổn hao đồng dạng.

-Tổn hao không đồng dạng không có phản xạ/đỉnh Fresnel.

-Tổn hao không đồng dạng có phản xạ/đỉnh Fresnel.

*Trường hợp không có phản xạ ở đầu .

Trong một số trường hợp nhất định, phản xạ ở đầu có thể không

xuất hiện (như hình 4.6).





Hình 4.6. Vết không có phản xạ ở đầu cuối.

Có hai nguyên nhân có thể xẩy ra như ở hình 4.6: Đầu ra của sợi

quang có thể có một đầu đã bị vỡ đập nhiều. Nguyên nhân thứ hai là một

đầu cáp, mà ở đó bán kính cong đã bị vi phạm. Trong cả hai trường hợp,

toàn bộ ánh sáng phản xạ (phản xạ Fresnel) sẽ bị đẩy ra ngoài góc tới hạn.

Sẽ không xuất hiện đỉnh ở đầu.

*Số đo chính xác.

Khi thiết đặt một OTDR, điều quan trọng là phải cho phóng công

suất quang vào sợi quang càng nhiều càng tốt để có được những số đo

chính xác. Có thể xác định được chất lượng tương đối của các số đo tổn

hao thu được từ một OTDR bằng cách so sánh sự khác nhau giữa mức tín

hiệu tại đầu của sợi quang đo được với mức nhiễu xẩy ra sau cùng phản

xạ ở đầu. Sự khác nhau càng lớn, các số đo càng chính xác. Điều này

được thể hiện như hình 4.7 sau :

Khoảng cách

Hình 4.7 . Một vết OTDR không bình thường không có phản xạ ở

đầu.

*Số đo không chính xác.

Nếu bộ nối gắn vào OTDR có tổn hao cao, mức công suất tại đầu

của sợi quang có thể thấp đến mức cho ta những số đo không chính xác

(như hình 4.8). Ngoài ra, nếu tổn hao tổng (tổng suy hao của cáp, các tỏn





hao của bộ nối, các tổn hao của mối hàn, còn gọi là tổn hao của tuyến

cáp”) của cáp đang được đo mà cao gần với giới hạn tổn hao của OTDR,

bạn sẽ nhận được các số đo không chính xác (như hình 4.9).

Công suất phóng thấp

gây ra sự khắc nhau nhỏ

Hình 4.8. Một vết OTDR cho các số liệu đo chính xác.

4.9. Các số liệu không chính xác sẽ thu được vết OTDR này do

công suất quang phóng vào thấp.

*Phóng ánh sáng vào không đúng.

Ta có thể thiết đặt OTDR không đúng cách, làm cho ánh sáng được

phóng vào sợi quang không đúng. Nếu vậy thì vết OTDR sẽ trông giống

như hình 4.10. Lưu ý rằng trong vết này không có vùng phân tán thẳng trở

lại. Việc thiếu vùng thẳng thể hiện rằng không có ánh sáng quay trở lại





OTDR từ sợi quang. Vết OTDR này là do một bộ nối nối với OTDR đã bị

gẫy hoặc do một chỗ gẫy trên sợi quang trong vùng chết quang.

Hình 4.10. Số liệu không chính xác sẽ thu được vết OTDR này do

tổn hao tổng cao.

*Tỷ lệ suy hao thấp và cao.

Với việc phóng ánh sáng vào sợi quang tốt, bạn có thể thực hiện

những xác định mang tính định lượng. Các sợi quang có tỷ lệ suy hao thấp

và các sợi quang có tỷ lệ suy hao cao được chỉ ra trong hình 4.11 và 4.12.

Một sự so sánh như thế yêu cầu các thang đo trục nằm ngang và trục

thẳng đứng giống nhau đối với cả hai vết OTDR.

*Các tổn hao đồng dạng.

Một khi ta đã thiết đặt để OTDR phóng ánh sáng vào sợi quang một

cách hợp lý, bạn có thể phân biệt giữa các tổn hao đồng dạng và không

đồng dạng. Nếu trên tuyến cáp không có bộ nối hoặc mối hàn nào, ta sẽ

luôn luôn nhìn thấy một vết thẳng, thể hiện tổn hao đồng dạng (như hình

4.5).

Qui tắc cần ghi nhớ : Đối với việc diễn giải ý nghĩa của vết OTDR,

một cáp được thiết kê,s sản xuất và lắp đặt hợp lý sẽ luôn có vết OTDR là

một đường thẳng. Bất kỳ một sự biến dạng nào đều thể hiện có vấn đề kết

nối hoặc lắp đặt.





Hình 4.11 : Vết có tỷ lệ suy hao thấp

Hình 4.12 : Vết có tỷ lệ suy hao cao.

*Các tổn hao không đồng dạng.

Các tổn hao không đồng dạng có thể có hoặc có thể không có phản

xạ (hình 4.13). Một tổn hao không đồng dạng, không phản xạ có ít nhất

bốn diễn giải khác nhau. Một tổn hao như vậycó thể do sự uốn cong của

cáp dưới mức bán kính cong tối thiểu. Tổn hao này cũng có thể do cáp bị

đè tại một chỗ nàođó, do dây buộc cáp buộc quá chặt trên một cáp ống

đệm chặt ít sợi quang. Một vết OTDR như vậy có thể do một đoạn gắn

cáp chịu một sức căng quá mức hoặc chịu nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp.

Tóm lại, bất kỳ sự vi phạm nào đến các đặc tính hoạt động của cáp đều

có thể dẫn đến tổn hao không phản xạ, không đồng dạng.





Hình 4.13 : Vết tổn hao không đồng dạng, không có phản xạ.

Một vết OTDR thể hiện tổn hao không đồng dạng như vậy có thể là

do một mối hàn nóng chảy trên cáp gây ra. Vì mối hàn nhiệt không có

không khí ở trong nên không có phản xạ Fresnel tổn hao phản xạ không

đồng dạng (hình 4.14) có 5 cách diễn giải .

Vết này có thể do một mối hàn cơ khí gây ra. Các mối hàn cơ khí có

một chất gel làm phù hợp chiết suất gần bằng chiết suất lõi sợi quang,

nhưng không phải hoàn toàn chính xác. Do không chính xác nên vẫn có

một ít phản xạ Frernel.

Vết này có thể do mối hàn nóng chảy được hàn kém. Nếu có một

khe không khí hoặc một bọt khí thì sẽ có phản xạ Fresnel.

Vết này có thể do cáp ống đệm chặt bị gẫy. Trong tình trạng đó, ống

đệm chặt có tác động đến các đầu để duy trì tiếp xúc nhưng tiếp xúc

không hoàn toàn.

Cách giải thích thứ năm là vết này có nhiều lần phản xạ (các tín

hiệu dội) trên toàn bộ chiều dài cáp. Các tín hiệu dội được tạo ra như sau :

xung ánh sáng từ OTDR đi tới đầu cáp. Hầu hết năng lượng ánh sáng đều

thoát ra, nhưng có một ít ánh sáng bị phản xạ trở lại OTDR. Khi ánh sáng

này đi trở lại cặp bộ nối ở OTDR, hầu hết ánh sáng này đều vượt qua đi

vào OTDR, tạo ra đỉnh ở đầu vết. Nhưng có một phần ánh sáng bị phạn xạ

tại OTDR, làm cho có một phần ánh sáng lại đi trở lại đầu sợi quang

(vòng thứ hai). Khi ánh sáng này đến được đầu sợi quang, một số lại bị

phản xạ (lần thứ ba đối với xung ánh sáng đang xét). Năng lượng của ánh

sáng này đi ngược trở lại OTDR, tạo ra một đỉnh thứ hai trên vết OTDR

đo được.





Do quá trình nhiều lần phản xạ Fresnel nêu trên, xung có năng

lượng cao từ một OTDR có thể bị phản xạ vài lần tại đầu của mọt cáp đo

được. Hiện tượng này xẩy ra đối với cả hai loại cáp: Cáp đơn mode và cáp

đa mode.

Hình 4.14 : Vết tổn hao không đồng dạng, có phản xạ.

Sự phản xạ nhiều lần như vậy có thể luôn dễ dàng xác định được

bằng hai đặc tính : độ dài của mỗi đoạn cáp chính xác bằng nhau (± 2m

trên OTDR chất lượng cao chẳng hạn OTDR tek tronix Fiber Master) và

tổn hao không đồng dạng tại tâm tương đối cao so với tổn hao của một bộ

đồng dạng tại tâm tương đối cao so với tổn hao của một bộ nối hoặc mối

hàn được lắp đặt đúng.

Các tín hiệu dội có thể xẩy ra trong các đoạn cáp có chiều dài không

bằng nhau. Trong trường hợp này, sự phản xạ nhiều lần sẽ không xuất

hiện tại tâm (điểm giữa) của vết.

4.7. CÁCH THIẾT ĐẶT MỘT MÁY ĐO OTDR.

Qui trình thiết đặt máy đo OTDR phụ thuộc vào loại máy đo OTDR

đang được sử dụng. Tuy nhiên, một số bước là giống nhau đối với mọi

máy đo OTDR. Sau khi điều chỉnh trên OTDR, lau sạch các bộ nối ở cả

hai đoạn cáp dùng làm đầu đo. Chọn và nhập vào các giá trị của bước





sóng dùng trong phép đo, hệ số khúc xạ, số đo độ dài cáp (feet hoặc km),

và độ rộng xung đo.

Bước sóng đo là bước sóng của thiết bị quang điện từ phát ra. Chỉ

số khúc xạ là chỉ số khúc xạ của sợi quang trong cáp.

Vì trục ngang của vết OTDR là thời gian, nên OTDR phải được chia

độ với sợi quang được đo. Việc chia độ này được cung cấp bởi hai thông

số : chỉ số khúc xạ của sợi quang đo được và sự khác nhau giữa độ dài sợi

quang và độ dài của cáp. Nếu ta biết được nhà sản xuất của sợi quang

trong cáp được đo, ta có thể sử dụng các giá trị trong bảng “các chiết suất

của các loại sợi quang hay được sử dụng”. Nếu ta không biết chỉ số khúc

xạ hoặc nhà sản xuất của sợi quang, ta có thể sử dụng các giá trị trong

bảng sau, là những điểm giữa của các chỉ số khúc xạ của những sợi quang

do bốn nhà sản xuất khác nhau cungcấp. Sử dụng những giá trị này sẽ dẫn

đến có một sai số nhỏ về độ dài của sợi quang.





Bảng : Các chỉ số khúc xạ khi không biết các giá trị thực.

Loại sợi quang Độ dài bước sóng (nm) Chỉ số khúc xạ

50/125 850 1.48535

62,5/125 850 1.4982

50/125 1300 1.48145

62,5/125 1300 1.4938

Độ rộng xung xác định công suất quang được phóng vào cáp. Độ

rộng xung càng lớn, độ dài của cáp mà máy đo OTDR có thể đo được

chính xác càng dài (Hình 4.9). Tuy nhiên, độ rộng xung càng lớn, vùng

chết và vùng sự kiện quang cũng sẽ càng dài (hình 4.5).

4.8. CÁCH THỰC HIỆN CÁC PHÉP ĐO BẰNG MÁY ĐO OTDR.

Sau khi thiết đặt máy đo OTDR theo những chỉ dẫn của nhà sản

xuất, ấn nút Start/Stop hoặc nút test. Sau khi OTDR đã hoàn thành quá

trình đó, một vết sẽ xuất hiện trên màn hình của OTDR. Từ vết này, ta có

thể đo các độ dài và các khoảng cách, suy hao của sợi quang, tổn hao của

các bộ nối, tổn hao của các mối hàn, tổn hao của những đoạn cáp bị uốn

đoạn ngắn, uốn cong đoạn dài và sự phản xạ.

*Độ dài của khoảng cách.

Các máy đo OTDR có các con trỏ, nhờ nó ta định vị để xác định các

vị trí thực hiện các chức năng của OTDR. Để xác định độ dài của một

đoạn cáp được gắn trực tiếp (không qua đầu đo) với một OTDR, định vị

cho con trỏ tại vị trí thấp nhất của vết đường thẳng ngang trước đoạn phản

xạ ở đầu cáp (hình 4.15) trên hầu hết các OTDR, OTDR sẽ hiển thị vị trí

con trỏ ở đơn vị feet hoặc km.





Hình 4.15 : các vị trí của con trỏ để đo độ dài một cáp đơn

Hình 4.16. Các vị trí con trỏ để đo độ dài đoạn cáp.

Để xác định độ cài của một đoạn trong một tuyến cáp gồm nhiều

đoạn cáp có chứa các mối hàn cơ khí hoặc các bộ nối (hoặc một cáp được

nối với một cáp đầu đo vào), định vị một con trỏ tại vị trí thấp nhất của

vết đường thẳng ngay trước đoạn phản xạ ở đầu thứ nhất của đoạn cáp.

Định vị một con trỏ thứ hai tại điểm thấp nhất của vết đường thẳng ngay

trước đoạn phản xạ ở đầu thứ hai của đoạn cáp được đo (Hình 4.16). Độ

dài đoạn cáp này là sự khác nhau giữa các vị trí của hai con trỏ. Trên một

số máy đo OTDR, như Tektronix Fiber Master, độ dài đoạn cáp sẽ được

hiển thị tự động.

*Các phép đo tổn hao :





Vết OTDR sẽ cho phép bạn thực hiện các phép đo tổn hao của cáp,

tỷ lệ suy hao của cáp, tổn hao của bộ nối, tổn hao của các đoạn cáp bị uốn

cong và tổn hao mối hàn. Tổn hao được xác định bằng cách đo sự khác

nhau. Về cường độ tín hiệu giữa các vị trí của hai con trỏ.

Tổn hao của cáp được xác định bằng cách đặt một con trỏ tại vị trí

thấp nhất của vết đường thẳng ngay trước đoạn phản xạ đầu cáp và con

trỏ thứ hai tại phần cao nhất của vết đường thẳng, ngay sau đỉnh ban đầu

(hình 4.17).

Tổn hao của đoạn cáp này chính là độ chênh lệch về chiều cao tại

các điểm mà hai con trỏ cắt với vết. Tính toán tỷ lệ suy hao của sợi quang

bằng cách chia giá trị tổn hao được hiển thị trên máy đo OTDR cho

khoảng cách giữa các con trỏ. Tỷ lệ này được tính tự động ở một số

OTDR, như các máy OTDR của công ty Tektronix và công ty Laser

Precision.

Hình 4.17 : các vị trí của con trỏ để đo tổn hao của cáp.





Hình 4.18 : Các vị trí con trỏ để đo tổn hao kết nối giữa hai điểm.

Lưu ý rằng số đo này là tổn hao của sợi quang giữa các con trỏ. Tổn

hao này không phải là tổn hao của cáp vì tổn hao này không bao gồm tổn

hao của cáp ở vùng chết quang.

Có hai phương pháp xác định tổn hai của bộ nối. Trong phương

pháp thứ nhất, một con trỏ được đặt tại điểm thấp nhất của vết đường

thẳng ngay sau bộ nối . Con trỏ thứ hai được đặt tại điểm thấp nhất của

vết đường thẳng ngay trước bộ nối. (Hình 4.18). Phương pháp này bao

gồm cả tổn hao của cáp giữa hai con trỏ.

Hình 4.19 : Vị trí con trỏ để đo tổn hao mối hàn.

Một phương pháp chính xác hơn để xác định tổn hao của bộ nối

hoặc tổn hao của mối hàn là phương pháp tổn hao mối hàn. Phương pháp

này không bao gồm tổn hao của cáp giữa hai con trỏ. Trong phương pháp

này, máy đo OTDR thực hiện phép xấp xỉ tuyến tính tối ưu cho các vết

tuyến tính trên cả hai phía của bộ nối hoặc của mối hàn. Máy đo OTDR

này sẽ tính độ khác nhau giữa các mức cường độ tín hiệu tại vị trí của bộ

nối hoặc của mối hàn (Hình 4.19).

4.9. MỘT SỐ ỨNG DỤNGCỦA MÁY ĐO OTDR.





4.9.1. Do suy hao toàn tuyến :

Dựa vào độ chênh lệch của công suất tán xạ ngược ở đầu và cuối sợi

(hình 1.5) để tính ra suy hao toàn tuyến theo công thức

)(

)(log.10

2

1)(

2

1

mWP

mWPdBA =

Trong đó : )(1 mWP : công suất tán xạ ngược thu được ở đầu sợi.

)(2 mWP : Công suất tán xạ ngược thu được ở cuối sợi.

Các máy đo ngày nay thường chia trục tung theo đơn vị dBm và có khi đã

tính sẵn hệ số 1/2 trên thang chia nênviệc tính suy hao đơn giản hơn.

)()()( 21 mWPmWPdBA −=

Từ đó có thể tính được suy hao trung bình :

).(

)()/(

kmL

dBAkmdB =α

Việc tính toán này máy đo có thể thực hiện tự động. Người sử dụng

chỉ cần dời con trỏ (cursot) đến điểm đầu sợi và cuối sợi rồi đánh dấu.

Máy đo sẽ cho ra đó suy hao toàn tuyến, chiều dài tuyến và suy hao trung

bình. Sự phân bố suy hao cũng được chỉ thị rõ trên màn hình. Máy đo

cũng có khả năng in ra giấy đồ thị phân bổ suy hao trên tuyến.

4.9.2. Do chiều dài sợi :

Dựa trên khoảng cách giữa dấu hiệu phản xạ ở đầu sợi và cuối sợi

có thể tính được chiều dài của sợi quang (hình 1.5).

Cần lưu ý rằng cự ly L được chia theo thời gian truyền của xung

trên quan hệ.

tn

tvL .4

.2

1.

2

1

1

==





Hình 1.5. Đồ thị phân bổ suy hao trên tuyến.

Nên cần phải đặt chiết suất trong máy đo phù hợp với chiết suất lõi

sợi đang đo thì kết quả mới chính xác.

4.9.3. Các định chỗ sợi bị đứt :

Dựa trên nguyên tắc đo chiều dài sợi có thể xác định được cự lý từ

đầu sợi đến điểm có dấu hiệu phản xạ (do sợi bị đứt). Cần lưu ý rằng sợi

quang dài hơn chiều dài của tuyến vì sợi được soắn trong mộtcáp và cáp

có thể uốn lượn được trong rãnh đào hoặc trong cống. Ngoài ra ở mỗi mối

nối của cáp đều có một đoạn sợi quang dự phòng trong hộp bảo vệ mối

nối và trong hầm chứa hộp bảo vệ.

Thông thường sợi quang dài hơn cáp từ 1% đến 3% và cáp dài hơn

tuyến từ 1% đến 2%.

Có thể xác định vị trí sợi bị đứt chính xác hơn bằng cách đo hai

phía từ hai trạm liên tiếp (hoặc đầu cuối) để xác định vị trí đứt so với mối

hàn gần đó nhất (hình 1.6).





a. Đo từ trạm A a. Đo từ trạm B

Hình 1.6. Xác định chỗ đứt bằng cách dùng OTDR đo từ hai phía

Gọi DA : Khoảng cách từ mối nối n đến điểm đứt do OTDR đặt ở

trạm A chỉ thị.

DB : Khoảng cách từ mối nối n+1 đến điểm đứt do OTDR đặt ở trạm

B chỉ thị.

D : Khoảng cách thực tế giữa hai mối nối trên tuyến.

Khoảng cách thực tế trên tuyến từ mối nối thứ n đến điểm đứt được

tính bởi :

DDD

DD

BA

A

n.

+=

Tương tự, khoảng cách từ mối nối thứ n +1 đến điểm đứt là :

DDD

DD

BA

A

n.1

+=

+

Cũng có thể xác định vị trí đứt sợi bằng cách so sánh cự ly chỉ thị

trên OTDR với một đoạn sợi đã biết trước chiều dài.

4.9.4. Do suy hao của mối hàn và khớp nối :

Suy hao của mối hàn và khớp nối được xác định bởi độ chênh lệch

công suất tán xạ ngược ở trướcvà sau điểm nối (Hình 1.7).





a. Suy hao của mối hàn b. Suy hao của khớp nối

Hình 1.7. Suy hao của mối hàn và khớp nối.

Khi truyền qua mối hàn nóng chảy ánh sáng hầu như không có phản

xạ nên đường biểu diễn trên máy do chỉ thay đổi độ dốc (hình 1.7a) còn

khi truyền qua khớp nối ánh sáng thường bị phản xạ nên sẽ thấy xung

phản xạ trên màn hình (hình 1.7b). Các khớp nối có dùng chất lỏng để

phối hợp chiết suất ở giữa sẽ không thấy dấu hiệu phản xạ.

Khi đó suy hao của mối hàn theo một chiều có thể gặp trường hợp

đường biểu diễn trên màn hình không thay đổi độ cao, thậm chí còn tăng

lên như tín hiệu quang bị khuếch đại (!) . Hiện tượng này xảy ra do hai

sợi nối với nhau có thông số khác nhau (về kích thước, chíêt suất, hệ số

tán xạ ngược). Nếu đo theo chiều ngược lại sẽ thấy suy hao của những

mối hàn đó lớn hơn trung bình. Do đó khi đo suy hao của mối hàn người

ta đo theo hai chiều rồi tính suy hao trung bình (hình 1.8).

Hình 1.8. Suy hao của mối hàn đo theo hai chiều.

a. Suy hao theo hai chiều đều dương.

b. A1 < 0 giống như tín hiệu quang được khuếch đại.

Suy hao của mối hàn được tính bởi :





221 AA

A+

=

Trong quá trình lắp đặt, suy haocủa các mối hàn được đo cẩn thận

ngay sau khi hàn nối. Những mối hàn có suy hao lớn đều phải cắt bỏ rồi

hàn lại. Có thể dùng một máy OTDR đặt ở một đầu mà đo suy hao các

mối hàn theo hai chiều như trên (hình 1.9).

Để thực hiện phương pháp này nhóm đo thử phải dịch chuyển máy

đo theo tuyến cách nhóm hàn nối một đoạn bằng chiều dài đoạn cáp.

Thứ tự mối hàn thay đổi khi đo theo hai chiều khác nhau (hình 1.9).

Đo từ A đến B Đo từ B đến A

Hình 1.9. Dùng một OTDR để đo suy hao của mối hàn theo hai

chiều.





KẾT LUẬN

Trong giai đoạn hiện nay, sợi quang đã và đang được ứng dụng

ngày càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống và xã hội như :

- Lĩnh vực dân dụng : đồ trang trí ánh sáng…

- Lĩnh vực điện tử công nghiệp.

- Lĩnh vực y tế.

- Lĩnh vực viễn thông, truyền hình.

Trong đó, ngành Bưu điện Việt Nam đã ứng dụng sợi quang trong

hệ thống truyền dẫn của mình và đã chủ trương cáp quang hoá mạng lưới

truyền dẫn trong toàn quốc.

Cáp sợi quang ra đời, với ưu điểm của nó đã làm thay đổi hẳn hệ

thống truyền dẫn viễn thông. Một hệ thống truyền dẫn quang có cự ly

truyền xa, dung lượng lớn, đáp ứng được nhu cầu sử dụng mạng viễn

thông hiện đại.

Do vậy, khi chúng ta sử dụng loại cáp sợi quang nào thì điều cần

thiết là chúng ta phải biết các thông số của sợi đó nhằm nâng cao hiệu quả

sử dụng chúng. Và như thế, chúng ta cũng cần nên biết được các phương

pháp để đo các thông số ấy.

Toàn bộ nội dung trong bản đồ án này đã nêu ra một số các phương

pháp đo các thông số của sợi. Thực tế cho thấy rằng : các thông số của

cáp sợi quang đã được các nhà sản xuất cung cấp trong các Catalog của

sợi và chúng ta những người sử dụng chỉ cần biết các chỉ tiêu của nó để

có thể thuận tiện trong lắp đặt hệ thống truyền dẫn quang. Và để có thể dễ

dàng bảo dưỡng, sửa chữa khi có sự cố hỏng hóc xảy ra.

Một trong những phương tiện kiểm tra, đó là thiết bị OTDR. Do quá

trình đo bằng OTDR có thể thực hiện được chỉ tại một đầu sợi mà không





cần phải cắt sợi nên nó được sử dụng rộng rãi ở các tuyến cáp sợi quang

đã được lắp đặt để đo suy hao tuyến cap, suy hao trung bình, suy hao mối

hàn và xác định vị trí hỏng hóc của sợi.

Để tránh sai số khi đo bằng OTDR, chúng ta cần phải nắm chắc

được các phép đo và nguyên nhân xâyra sai số khi đo, nhằm loại trừ sai số

đó.

Cuối cùng, một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.s Lê

Văn Hải, người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt thời gian

làm đồ án này. Đồng thời, tôi cũng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với

toàn thể thầy cô đã trực tiếp giảng dạy giúp đỡ tôi có thêm kiến thức để

hoàn thành được bản đồ án tốt nghiệp này.

Do trình độ và thời gian hạn chế, bản đồ án này không thể không

tránh khỏi thiếu sót, tôi rất mong nhận được các đóng góp của các thầy cô

cùng các bạn để đề tài này được hoàn thiện hơn.





MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về sợi quang

1.1. Tổng quan về thông tin quang

1.1.1. Sự phát triển của hệ thống thông tin quang

1.1.2. Cấu trúc và các thành phần chính trong tuyến truyền dẫn quang

1.1.3. Những ưu điểm và ứng dụng của thông tin sợi quang

1.2. Lý thuyết về sợi quang

1.2.1. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

1.2.1.1. Chiết suất của môi trường

1.2.1.2. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng

1.2.1.3. Sự phản xạ toàn phần

1.2.2. Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

1.2.2.1. Nguyên lý truyền dẫn chung

1.2.2.2. Khẩu độ số NA

1.2.3. Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang

1.2.3.1. Sợi quang có chiết suất nhẩy bậc

1.2.3.2. Sợi quang có chiết suất giảm dần

1.2.3.3. Các dạng chiết suất khác

1.2.4. Sợi đa mode và sợi đơn mode

1.2.4.1. Sợi đa mode

1.2.4.2. Sợi đơn mode

Chương 2: Suy hao và tán xạ trong sợi quang

2.1. Suy hao trong sợi quang

2.1.1. Định nghĩa

2.1.2. Đặc tuyến suy hao

2.1.3. Các loại suy hao trong sợi quang

2.1.3.1. Suy hao trong hấp thụ





2.1.3.2. Suy hao do tán xạ ánh sáng

2.1.3.3. Suy hao do bị uốn cong

2.1.3.4. Duy hao do hàn nối

2.2. Tán xạ trong sợi quang

2.2.1. Hiện tượng, nguyên nhân và ảnh hưởng của tán xạ

2.2.2. Mối quan hệ tán xạ giữa độ rộng băng truyền dẫn

2.2.3. Các loại tán xạ

2.2.3.1. Tán xạ vật liệu

2.2.3.2. Tán xạ dẫn sóng

2.2.3.3. Tán xạ mode

2.2.3.4. Tán xạ mặt cắt

Chương 3: Phương pháp đo trên cáp sợi quang và hệ thống truyền dẫn

quang

3.1. Đo suy hao sợi quang

3.1.1. Đo suy hao bằng phương pháp hai điểm

3.1.1.1. Phương pháp cắt sợi

3.1.1.2. Phương pháp xen thêm

3.1.2. Đo suy hao theo phương pháp đo tán xạ ngược

3.1.2.1. Sự hình thành phản xạ của tán xạ ngược

3.1.2.2. Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngược

3.2. Phương pháp đo kiểm cáp quang

3.2.1. Phương pháp đo thử độ bền cơ học của cáp

3.2.1.1. Lực căng

3.2.1.2. Va đập

3.2.1.3. Đo thử lực nén

3.2.1.4. Phép đo thử độ xoắn

3.2.2. Phương pháp đo thử về tác động của môi trường

3.2.2.1. Nhiệt độ

3.2.2.2. Phép đo thử chống thấm nước

3.3. Phương pháp đo kiểm thiết bị truyền dẫn quang





3.3.1. Đo kiểm điện áp cấp nguồn

3.3.2. Đo kiểm khả năng truyền tải của thiết bị SDH

3.3.2.1. Đo kiểm khả năng truyền tải của lớp đoạn

3.2.2.2. Đo kiểm khả năng truyền tải lớp luồng SDH

Chương 4: Thiết bị đo OTDR

4.1. Khái niệm

4.2. Nguyên lý hoạt động của máy đó OTDR

4.3. Sơ đồ tổng quát của máy đo OTDR

4.4. Các thông số chính của máy đo OTDR

4.4.1. Tần số phát xung

4.4.2. Độ phân giải

4.4.3. Dải động

4.5. Những đặc điểm cơ bản của một vết OTDR

4.6. Một số những vết OTDR điển hình

4.7. Cách thiết đặt một máy đo OTDR

4.8. Cách thực hiện các phép đo bằng máy đo OTDR

4.9. Một số ứng dụng của máy đo OTDR

Kết luận





Documents

Sợi Cáp Quang, Phương Pháp Đo Được Bằng OTDR Và Những Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Sai Số Của Phép Đo