Đồ án Nghiên cứu, thiết kế tuyến thông tin cáp quang Vinh – Đà Nẵng

1.14. Diode PIN và phân bố điện trường trong PIN . Về cấu trúc , diode PIN được cấu tạo từ chất bán dẫn gồm ba vùng , ở giữa vùng p và n có một vùng bán dẫn tinh khiết gọi là vùng I (Intrinsic ). Cấu trúc của PIN dải 1,3÷ 1,5 µm với các lớp bán dẫn , thiên áp ngược đặt vào PIN , Rtải và phân bố điện trường bên trong diode mô tả như hình 1.14. Ưu điểm của diode PIn so với diode quang p-n là vùng I có điện trở cao nên điện trường trong nó không lớn hơn , như vậy độ rộng vùng I chiếm gần hết vùng nghèo và nó có thể thay đổi được trong quá trình chế tạo . Trong PIN , thành phần dòng quang điện do chuyển động kéo theo chiếm ưu thế so với thành phần dòng khuếch tán vì sự hấp thụ ánh sáng chủ yếu trong vùng I , và độ rộng vùng I có thể chọn lớn để đạt hiệu suất lượng tử và độ nhạy cao , tuy nhiên do phải tính tới đáp ứng thời gian nên độ rộng vùng I được chọn một cách tối ưu . Diode chế tạo từ bán dẫn có vùng cấm loại trực tiếp như InGaas làm vùng I , còn vùng p và vùng n dùng InP dạng chuyển tiếp nhị thể kép cho ta độ nhạy cao , đáp ứng tần số nhanh và băng tần lớn . Nếu chế tạo vùng I bằng bán dẫn có vùng cấm loại gián tiếp thì đáp ứng thời gian lớn sẽ hạn chế tốc độ bit . Độ nhạy của PIN là : Rpin = (1.3) Trong đó : Iph : dòng quang điện (A) Pq : công suất quang chiếu lên diode (W) η : hiệu suất lượng tử hoá λ : bước sóng ánh sáng (m) q: điện tích hạt dẫn (điện tử hoặc lỗ trống có giá trị tương ứng ±e ) h: hằng số Planck c: vận tốc ánh sáng (m/s) c.Diode quang thác ADP . Hình 1.15 Diode quang thác ADP và phân bố điện trường trong ADP Để nâng cao độ nhạy cho diode quang dùng trong thông tin quang sợi khi công suất sóng tới bị giới hạn , người ta sử dụng một loại diode quang khác là diode quang thác ADP . Trong ADP thì dòng quang điện được tăng cường rất lớn nhờ hiệu ứng nhân thác xảy ra do sự ion hoá va chạm của ánh sáng với mạng tinh thể trong vùng nhân thác để tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống thứ cấp Cấu trúc của ADP gồm 4 vùng là P+ , I ,P , N+ trong đó vùng P có trở kháng cao (để dưới tác dụng của thiên áp ngược thì vùng này có điện trường lớn ) vùng I là vùng hấp thụ ánh sáng để tạo ra cặp điện tử - lỗ trống sơ cấp . Vùng P là vùng nhân thác ( hay khuếch đại ) vì tại đây chuyển động kéo theo của điện tử - lỗ trống sơ cấp dưới tác dụng của điện trường là rất lớn , đủ năng lượng ion hoá mạng tinh thể do va chạm và giải phóng cặp điện tử - lỗ trống thứ cấp . Quá trình này diễn ra liên tiếp dẫn đến sự nhân thác điện tử - lỗ trống trong vùng P . Kết quả là dòng quang điện trong ADP được khuếch đại rất lớn . Cấu trúc các lớp bán dẫn , thiên áp ngược , tải và phân bố điện trường của ADP là ở hình 1,14 . Để tạo ra điện trường lớn trong vùng nhân thác thì thiên áp ngược đặt lên ADP phải khá lớn ( hàng chục đến hàng trăm vôn ) , trong khi với PIN thì giá trị này lại nhỏ ( vài vôn ) . Để không xảy ra hiện tượng đánh thủng diode đối với ADP thì thiên áp ngược thường chọn khoảng 90% điện áp đánh thủng . Độ nhạy của ADP được tính theo công thức : RADP = M . (1.4) Trong đó : M : thừa số nhân thác của diode . R1 : độ nhạy ứng với độ nhân thác đơn vị ( M = 1 , là độ nhạy ứng với PIN ) Ta cần chú ý rằng quá trình nhân thác mang tính thống kê nên giá trị độ nhạy RADP phải hiểu là một giá trị trung bình . Trong hai diode ADP và PIN thì : ADP có độ nhạy cao hơn , PIN có tạp âm thấp hơn , điện áp ngược nhỏ hơn và giá thành rẻ hơn . Vì vậy trong hệ thống thông tin quang sợi hiện nay thì cả PIN và ADP đều được sử dụng tuỳ theo trường hợp cụ thể trong tuyến . d. Các tham số cơ bản của diode quang . + Hiệu suất lượng tử : η = (1.5) Trong đó : ne : là số điện tử được sinh ra nph : là số photon được hấp thụ Trong thực tế η thường đạt 60÷80% , một số loại máy có thể đạt được 90% và η cũng phu thuộc vào từng bước sóng . + Độ nhạy quang : R= = (1.6) + Tạp âm : Diode có các nguồn tạp âm sau : Tạp âm thăng giáng dòng quang xuất hiện trong quá trình lượng tử hoá . Bản chất của nó là do đặc tính hạt của các phần tử mang điện , giá trị trung bình bình phương dòng tạp âm lượng tử i2 được tính như sau : (1.7) Trong đó : R : là độ nhạy quang của diode ∆f : là độ rộng băng ( Hz) Dòng tạp âm thăng giáng do dòng tối i2 được tính như sau : = 2.e.id.Δf (1.8) Trong đó : ID : là dòng tối của diode thu quang Dòng tạp âm nhiệt ( Johnson ) iN2 do điện trở tải diode gây nên nó được tính theo công thức sau : I2T = (1.9) Trong đó : kβ : là hằng số Boltzman ( kβ = 1,38 . 10-23 J/K) T : nhiệt độ tuyệt đối (0K) . RT : điện trở tải ( Ω ) Do các quá trình trên là ngẫu nhiên độc lập nên dòng tạp âm trung bình tổng cộng các nguồn tạp máy thu i2 được tính như sau : I = i2q + i2D + i2T (1.10) Đối với diode quang thác ADP do có khuyếch đại tạp âm phụ thuộc thêm do iq và id gây ra . Hiệu ứng thác gây ra hiệu ứng tạp âm phụ FK , nó phụ thuộc vào quá trình ion hoá và chất bán dẫn . 1.4.3.Sợi quang và cáp quang . 1.4.3.1 . Sợi quang . a. Khái niệm . Sợi quang là sợi mảnh hình trụ để dẫn ánh sáng , nó bao gầm hai lớp chất điện môi trong suốt khác nhau , phần bên trong dùng để truyền ánh sáng gọi là lõi sợi , phần bao bọc quanh lõi gọi là vỏ . Sợi quang được cấu tạo sao cho ánh sáng chỉ truyền dẫn trong lõi sợi bằng cách áp dụng hiện tượng phản xạ toàn phần của ánh sáng giữa vùng lõi và vùng vỏ . b. Sự suy hao ánh sáng trong sợi quang . * Suy hao do hấp thụ : Hai nguyên nhân chính gây ra quá trình hấp thụ : Do bản thân vật liệu cấu tạo sợi quang . Do các nguyên tử tạp chất trong sợi quang . Ta coi sợi quang như một tấm lưới hấp thụ ánh sáng , ánh sáng lan truyền trong sơi quang dễ bị hấp thụ bởi vật liệu , sau đó biến đổi thành nhiệt và gây ra suy hao , suy hao này gọi là suy hao hấp thụ . Trong hấp thụ này thì sự hấp thụ các ion OH- còn sót lại là đáng lưu ý nhất , chúng có ở một số đỉnh hấp thụ ở các bước sóng 0.94µm , 1,22µm , 1,38µm . Còn các vùng hấp thụ bên cạnh các đỉnh gọi là các cửa sổ quang , trong khoảng 0,85µm , 1,3µm , 1,55µm chúng được sử dụng cho thông tin quang vì đặc tính suy hao thấp của nó . Trong hấp thụ do bản thân vật liệu có suy hao do hấp thụ cực tím và suy hao hấp thụ hồng ngoại . Suy hao hấp thụ cực tím có đỉnh ở bước sóng 0,1µm , với hồng ngoại là ở 10µm . Các loại suy hao này giảm rất nhanh ở các bước sóng không phải là đỉnh nên suy hao của chúng đạt bé nhất trong khoảng bước sóng 1,0÷1,6 µm Suy hao do tán xạ : Tán xạ Rayleigh : là hiện tượng ánh sáng bị tán xạ theo các hướng khác nhau khi nó gặp một vật kích thước không quá lớn so với bước sóng ánh sáng . Trong quá trình sản xuất sợi quang từ lõi thuỷ tinh đường kính vài mm tới vài chục mm , người ta nung nóng ở nhiệt độ 20000C và kéo chay thành dạng sợi . Tại thời điểm thuỷ tinh sợi quang được làm lạnh đột ngột xuống nhiệt độ phòng 200C . Sự làm lạnh đột ngột sẽ tạo ra sự không đồng đều ở hệ số khúc xạ tạo nên do vật liệu , còn có quán tính ở nhiệt độ cao trong sợi quang . Sự không đồng đều này của chiết xuất khúc xạ là nguyên nhân gây nên tán xạ Rayleigh trong sợi quang . Độ tán xạ tỷ lệ nghịch với mũ bốn bước sóng , bởi vậy khi ánh sáng lan truyền với bước sóng dài hơn thì có suy hao nhỏ hơn và ngược lại . Suy hao tán xạ do cấu trúc sợi quang không đồng nhất : các sợi quang trong thực tế thì không thể có tiết diện mặt cắt ngang là tròn lý tưởng và cấu trúc hình học đều dọc suốt lõi và vỏ . Như vậy tại bề mặt biên giữa lõi và vỏ vẫn tồn tại một số chỗ gồ ghề , tại những chỗ này gây nên suy hao quang , làm tăng sự suy hao quang bới các phản xạ bất bình thường đối với ánh sáng lan truyền . Suy hao do hàn nối , ghép nối . Suy hao do hàn nối : việc hàn nối sợi quang trong lắp đặt tuyến cáp quang là rất quan trọng vì quá trình này cần phải được thống nhất về trục sợi quang và không được để có khe hở . Nếu không đồng nhất về trục thì một phần ánh sáng sẽ phát xaxaj ra bê ngoài , còn nếu có khe hở thì tạo ra suy hao phản xạ ( phản xạ Fresnel) . Nếu không làm tốt việc hàn nối thì suy hao hàn nối là rất lớn . C¸c khuyÕt tËt khi ghÐp nèi sîi quang DÞch chuyÓn ngang(a);DÞch chuyÓn gãc(b);DÞch chuyÓn däc trôc (c) Suy hao ghép nối quang sợi quang và linh kiện thu – phát quang : điều kiện để ghép ánh sáng từ nguồn phát quang vào sợi quang được xác định bằng khẩu độ số NA . Khi so sánh các đặc điểm của LED và LD thì khi ghép vào sợi quang LD có đặc điểm về suy hao tốt hơn ngay cả khi sử dụng thấu kính để tập trung ánh sáng . Còn với các loại sợi quang khác nhau , nếu có NA lớn thì sợi MM có suy hao lớn hơn sợi SM vì chùm sáng của MM bị trải rộng . c. Các loại sợi quang . - Sợi SI-MM : truyền dẫn nhiều mode , tán sắc mode và tán sắc vật liệu lớn , độ rộng băng thông nhỏ , có tích số B.L nhỏ ( khoảng 10 ÷ 20 Mb/s-Km ) . Vì vậy nó sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn tốc độ nhỏ , cự ly ngắn . - Sợi GI-MM : có tán sắc mode nhỏ , tán sắc vật liệu bằng 0 tại λ = 1,3µm , độ rộng băng truyền lớn hơn sợi SI-MM , có tích số B.L lớn ( khoảng 2000 Mb/s-Km ) . Dùng trong hệ thống truyền dẫn tốc độ trung bình , cự ly trung bình cho cả hai bước sóng 0,85μm và 1,3µm . - Sợi SI-MM : không tán sắc mode , chủ yếu là tán sắc vật liệu và cấu trúc . Ở bước sóng lớn hơn 1μm thì sợi làm việc ở chế đọ đơn mode . Sợi có tán sắc và suy hao rất nhỏ , băng truyền lớn , tích B.L đạt hàng trăm ( Gb/s-Km) .Tại λ =1,55μm sợi có suy hao rất nhỏ , thường được chế tạo có tán sắc dịch chuyển để sợi có tán sắc bằng 0 ở λ = 1,55µm . Được sử dụng cho truyền dẫn đường dài , tốc độ lớn . Nếu sử dụng laze đơn mode thì tán sắc rất nhỏ , phát huy được tối đa ưu điểm của sợi đơn mode . d. Các phương pháp ghép nối sợi quang . + Phương pháp lồng ống ( thường được dùng ở mối ghép cố định ) : dùng ống thuỷ tinh được gia công chính xác về kích thước trong ứng với sợi quang cần ghép nối ( hình 1.15 ) . Ống lông 1 đầu có dạng hình côn để dễ đưa sợi quang 4 vào , trên thân ống có lỗ 2 để đổ dung dịch liên kết 3 . Hình 1.15.Ghép nối sợi quang bằng phương pháp ống lồng + Phương pháp ổ cắm ( được dùng cho các sợi quang bằng chất dẻo , hình 1.16 ) Các sợi quang 2 được lồng vào các ống kim loại 3 , các ống kim loại này lại được lắp vào cặp ổ cắm 4 của cụm ghép . Khi đưa hai nửa của ổ cắm vào nhau , các sợi quang 2 từ hai phía được đưa tới tiếp xúc với nhau . Hình 1.16.Ghép nối bằng phương pháp ổ cắm . + Ghép bằng khớp cơ khí tĩnh : Sợi quang 1 được lồng vào ống chất dẻo 2 , ống chất doe này có gân bên trong và có khe chứa dung dịch liên kết , đườn kính trong của ống vừa bằng kích thước sợi quang . Hai sơi jquang khi ghép vào với nhau phải có một khe hở 3 để chứa dung dịch liên kết . Toàn bộ ống chất dẻo 2 được bảo vệ bằng khớp cơ khí 4,5. Hình 1.17.Khớp cơ khí + Ghép nối bằng nẹp cơ khí Dùng một số nẹp cơ khí bọc quanh mối ghép 2 sợi quang ( thanh nẹp để dọc theo sợi quang ) , sau đó đổ dung dịch phối hợp chiết suất , rồi mối ghép được bọc trong ống nhựa co nhiệt , đây là loạ ống nhựa chuyên dụng , nó sẽ co lại khi bị nung nóng nhằm ôm chặt mối ghép . + Nối sợi quang bằng phương pháp hàn Dùng lửa hồ quang hoặc laze để hàn hai sợi quang với nhau , nó bao gồm các khâu sau : Hiệu chỉnh để hai đầu dây đồng trục n»m c¸ch nhau khoảng vài mm (a) Dùng lửa hồ quang làm mềm hai đầu sợi quang (b) Đưa hai đầu sợi quang vào tiếp xúc trực tiếp với nhau , trong khi vẫn nung hai đầu dây đó bằng hồ quang (c) Hoàn thiện quá trình hàn (d) Hình 1.18.Hàn sợi quang + Ghép nối bằng khớp cơ khí cơ động Trong kỹ thuật nhiều lúc cần sự ghép hai sợi quang chắc chắn tin cậy trong một thời gian nào đó , vì vậy người ta đã chế tạo loại khớp ghép nối cơ khí có thể tháo lắp . Tại đầu sợi quang 1 phải bóc bỏ một đoạn vỏ bảo vệ ( khoảng 40 mm) sau đó lồng chúng vào các đai cơ khí 6 và giữ ở đấy nhờ các ống chạn 2 và 9 (chúng có lỗ để bơm keo gắn chặt 2 và 3 ) . Như vậy chỉ cần có ốc liên kết 7 , có thể liên kết hai sợi quang với nhau . Hình 1.19.Khớp nối cơ khí động : Chuẩn bị đầu sợi quang để ghép nối (a) , nối sợi ưuang (b) . phần sợi quang có bọc bảo vệ ; 2- các ống chặn ; 3- lỗ bơm keo gắn ; 4- ống lồng thuỷ tinh ; 5- Sợi quang ; 6- đai cơ khí ; 7-ốc liên kết . 1.4.3.2.Cáp sợi quang . Trong thực tế người ta không để một sợi cáp đơn lẻ mà tổ hợp lại thành cáp sợi quang . Một dây cáp quang bên trong có nhiều sợi quang . Cấu trúc cáp quang phải thoả mãn các yêu cầu chính là : Bảo vệ sợi quang trước tác động về cơ , lý ,hoá học của điều kiện bên ngoài . Các dặc tính truyền dẫn của sợi quang phải ổn định . Khả năng lắp đặt , vận hành , bảo dưỡng , sửa chữa sợi quang dễ dàng . Có ký hiệu để dễ phân biệt khi sử dụng Cáp quang được chia thành rất nhiều loại , song hiện nay sử dụng chủ yếu là loại cáp có cấu trúc cổ điển và loại trục có rãnh a . Một số loại cáp điển hình : Cáp băng dẹt: để cáp chứa được nhiều sợi quang người ta ghép các sợi lên từng băng dẹt làm bằng chất dẻo , các băng được xếp chồng lên nhau trong khe răng lược hoặc trong lõi của vỏ cáp , vỏ bọc và chất gia cường của cáp có thể là kim loại hoặc nhựa , sợi tổng hợp . Hình 1.19 Cáp lõi có khe răng lược : loại cáp này có độ bền cao , các sợi quang được bố trí trong các khe của lõi cáp cho nên rất ổn định , tránh được sự uốn cong của sợi quang . Hình 1.20 Cáp thả lỏng trong ống : ở loại cáp này sợi quang được đặt trong ống có chứa chất độn mềm , tuỳ theo số lượng sợi mà ống có đường kính khác nhau . Vỏ bọc của loại cáp này có thể làm bằng kim loại hoặc chất dẻo có độ bền cao . Hinh 1.21 Cáp treo : cáp treo được dùng ở nhiều nơi khác nhau , ở mạng thuê bao vùng nông thôn , vùng có nhiều ao hồ đầm lầy . Yêu cầu cáp treo phải có độ bền cơ học chụi được tải trọng của bản thân nó và gió bão . Loại cáp nhẹ tự treo không cần dây treo đi kèm , còn loại có trọng lượng lớn phải có dây treo để chống kéo dãn , biến dạng cáp .Vỏ bọc ngoài của cáp phải chống đỡ được sự phá hoại của môi trường , các loại gặm nhấm . Hình 1.22. Cáp biển : loại cáp này dùng trong hệ thống thông tin xuyên đại dương , giữa các nước hoặc giữa đất liền với các đảo xa , các công trình trên biển . Cáp có dung lượng truyền lớn , cự ly xa . Các sợi quang trong cáp là các sợi đơn mode làm việc ở các bước sóng 1300nm và 1500nm .Cáp được gia cường có độ bền vững cơ học cao , chịu được sức căng , áp lực của nước ở đáy đại dương , vỏ cáp chống được ẩm ướt , chống được sức căng , áp lực của nước ở đáy đại dương , chống được sức tàn phá của môi trường nước biển . b. Nối , lắp đặt cáp quang : Trong quá trình phát triển mạng thông tin quang , phải tổ chức lắp đặt thông tin quang .Cáp quang được lắp đặt ở dưới nước , dưới đất , theo kênh chuyên dụng . Trong khi lắp đặt phải đạt được các yêu cầu : Có khả năng chống ẩm cao Chịu được các tác động cơ khí mà không bị gãy , đứt , hoặc bị chen ép vỡ . Các phương pháp thường dùng là : + Dùng khung : dùng khung cơ khí để làm giá đỡ cho các mối hàn các sợi quang là phương pháp được áp dụng khá phổ biến . Khung có số thanh dọc 4 bằng số sợi trong một cáp quang . Trên mỗi thanh có gá một mối nối . Hình 1.19-b cho phép mối nối không bị lực kéo dọc sợi quang làm hỏng , đồng thời giữ được vị trí ổn định cho từng sợi quang riêng biệt . Toàn bộ khung có gắn các sợi quang được đặt trong ống bảo vệ bằng vật liệu chịu nhiệt 5 , tránh được sự xâm nhập của bụi bẩn , ẩm , đảm bảo an toàn cho các mối nối Hình 1.19.Khung đỡ các mối nối cáp quang + Dùng thanh chịu lực : các sơi quang trong cáp quang được nối với nhau theo một trong những phương pháp đã nêu ở trên , sau đó phải tiến hành nối hai sợi cáp với nhau . Để đảm mối ghép toàn người ta dùng các thanh 5 đóng vai trò giữ cố định cự ly giữa hai ống bảo vệ 3 đồng thời là thanh chịu lực kéo chủ yếu khi lắp đặt cáp quang . Để chống ẩm cho các mối nối người ta bọc chúng trong ống đầu nối 8 và gia cường bằng đai 2 ( để bảo vệ các mối nối không bị gãy , vỡ ) đồng thời đổ keo gắn kín 4 vào chỗ tiếp giáp . Hình 1.20.Ghép nối cáp quang bằng phương pháp dùng thanh chịu lực . + Dùng hộp hoặc giá định hình : có thể xếp các sợi quang tấm , sau đó từng sợi được nối với nhau từng đoi một theo một trật tự nhất định . Tuỳ theo số lượng sợi quang trong mỗi cáp người ta xếp chúng vào các hộp nhựa và đóng kín ( hình 1.21) . Cũng có thể dùng phương pháp đặt các sợi quang lẻ 1 vào khe ( nơi tiếp xúc của hai nửa hình trụ ) trên tấm 2 , sau đó để các tấm chặn này vào hộp băng nhựa và đóng kín . CHƯƠNG II . THIẾT KẾ ,THI CÔNG TUYẾN CÁP QUANG VINH – ĐÀ NẴNG . 2.1.Yêu cầu thiết kế . Tuyến cáp quang Vinh – Đà Nẵng với tổng chiều dài là 485 Km , là tuyến thông tin quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế nói chung của đất nước và đặc biệt là khu vực miền Trung . Với lí do đó mà chúng ta cần phải đặt ra những yêu cầu kĩ thuật cần đạt được là : a.Tổn hao trong sợi quang thấp nhất . Tín hiệu quang truyền trong sợi quang từ vị trí phát đến vị trí thu bị suy giảm biên độ theo dạng hàm mũ . Nếu công suất trung bình đầu vào sợi quang là PP , sợi quang có độ dài L thì công suất trung bình đầu ra sợi quang PT được tính như sau : PT= Pp.exp(-α.L) ( 2.1) Trong đó : α là đại lượng đặc trưng của sợi quang gọi là hệ số suy hao riêng , nó còn là suy hao trên 1 Km sợi quang . Trong khi tính toán thiết kế tuyến , ngoài suy hao sợi quang ta còn phải xét tới suy hao từ các mối hàn , các bộ nối và còn dự phòng suy hao cho sợi quang trên 1 Km chiều dài của sợi . Suy hao trung bình của sợi quang trên 1 Km sợi là αs trong thiết kế được tính như sau : αs= αF + αM + ( 2.2) Trong đó : αs là suy hao trung bình của sợi quang do nhà sản xuất đặt ra αM là suy hao dự phòng cho sợi quang αh là suy hao các mối hàn trên toàn tuyến . Khi ta đã biết được quỹ công suất Pb thì độ dài tối đa của sợi quang được tính như sau : Lmax= (2.3) Khi thiết kế ta luôn mong sao L đạt cực đại , vì vậy PT sẽ là công suất trung bình nhỏ nhất ở đầu vào máy thu với tốc độ bit truyền B mong muốn . Mà : PT = Np . γ . h. B (2.4) Trong đó : Np là số photon trung bình trên bit H là hằng số Planck γ là tần số sóng ánh sáng nên L sẽ giảm theo hàm logarit khi B tăng . Từ thực tế ta thấy : Với bước sóng λ= 0,85μm : thì L không vượt quá 40 Km với mọi giá trị của B .Đối với yêu cầu B100 Mb/s thì người ta không sử dụng bước sóng này . Với bước sóng λ=1,3µm : thì có thể đạt L vượt 100 Km khi B<1Gb/s do có ảnh hưởng của suy hao lớn . Nên sử dụng loại sợi SM để có thể đạt L lớn hơn . Với bước sóng λ=1,55µm : thì có thể đạt L> 200 Km khi B tới 5 Gb/s , với tốc độ bit B lớn hơn thì L giảm rất nhanh do ảnh hưởng của tán sắc sợi quang . Nên sử dụng loại sợi SM để đạt được L lớn hơn , nếu có sợi SM tán sắc dịch chuyển thì cả B và L cùng được nâng lên nhiều . b.Giới hạn về độ tán sắc sợi quang . Đối với giới hạn về độ tán sắc thì tích B.L là một đại lượng dùng để đánh giá khi thiết kế tuyến thông tin quang . Tán sắc gây ra cho tuyến thông tin quang bao gồm tán sắc mode (TMODE) , tán sắc vật liệu ( TMAT) và tán sắc cấu trúc . Còn đối với sợi đơn mode thì không có TMODE mà chỉ có TMAT và tán sắc cấu trúc gọi là tán sắc màu . Tán sắc tổng cộng của tuyến sợi quang được tính : T2s = T2CHR + T2MODE (2.5) Ở đây : TCHR ≈ TMAT = D.L.∆λ (2.6) TMODE = (2.7) Trong đó : L là độ dài tuyến sợi quang BL là dải thông giới hạn bởi tán sắc mode D là hệ số tán sắc của 1 Km sợi quang ∆λ là độ rộng phổ nguồn quang Với các loại sợi đa mode khác nhau ( SI , GI ) thì cách tính cách tính tương ứng theo công thức : (2.8) Độ tán sắc của tuyến làm giới hạn về khoảng cách truyền dẫn L và tốc độ bit B . Mỗi loại sợi quang khi tốc độ bit tăng quá một ngưỡng nào đó thì do ảnh hưởng của tán sắc mà L giảm rất nhanh . Do ảnh hưởng của tán sắc mode có giá trị L và B rất nhỏ hơn sợi đơn mode , ảnh hưởng của tán sắc còn càng được giảm nữa nếu sử dụng sợi đơn mode dịch tán sắc khi này cự ly truyền dẫn L và tốc độ bit B đạt giá trị lớn . c. Tạp âm là thấp nhất Tạp âm trong các linh kiện thu quang được thể hiện dưới dạng dòng điện tạp âm . Các nguồn tạp âm của linh kiện thu quang là : Tạp âm nhiệt : Là tạp âm gây ra do điện trở tải của diode thu quang cũng như trở kháng vào của bộ khuyếch đại . Tạp âm nhiệt It phụ thuộc vào nhiệt độ , băng tạp âm , điện trở tải theo công thức I2t = Trong đó : K: là hằng số Boltzman T: nhiệt độ tuyệt đối , độ K B: bề rộng băng , đơn vị Hz R: điện trở tải , đơn vị Ohm Tạp âm nhiệt của máy thu quang còn phụ thuộc vào hệ số tạp âm của bộ khuyếch đại . Tạp âm lượng tử : Do biến động ngẫu nhiên năng lượng của các photon đạp vào diode thu quang . dòng tạp âm lượng tử Iq được tính bởi : Iq2 = 2.e.R.Popt.B = 2.e.Iph . B Tạp âm dòng tối : Dòng điện nhiễu do các diode thu quang phát ra khi không có ánh sáng chiếu vào cũng gây nên tạp âm thăng giáng . Tạp âm do dòng tối được tính bởi công thức : I2q = 2.e.iD .B Trong đó : iD là dòng tối của diode phát quang . 2.2.Chọn hệ thống thông tin quang và các phần tử trong hệ thống . 2.2.1.Chọn hệ thống thông tin quang . Khi thiết kế bất kỳ một tuyến thông tin nào ta cũng phải quan tâm đến yếu tố giá thành . Giá thành tuyến quyết định đến các giải pháp kỹ thuật cụ thể . Điều này cho thấy rằng không phải cứ áp dụng kỹ thuật hiện đại , tiên tiến nhất là thoả mãn được yêu cầu thực tế dề ra mà nhiều khi những điều kiện sử dụng cụ thể lại phù hợp với khả năng về kinh tế mới là giải pháp tốt nhất cho bài toán thiết kế đặt ra . Các hệ thống thông tin quang hiện nay đang được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn là các hệ thống thông tin quang đảm bảo truyền thông tin tốt , dung lượng đủ lớn và giá thành hợp lý . Khi thiết kế hệ thống thông tin quang sợi ta phải chú ý đến điều kiện kinh tế cho phép mà từ đó đưa ra giải pháp kỹ thuật phù hợp nhất như : Sợi quang đơn mode (SM) tốt hơn sợi đa mode (MM) về suy hao và tán sắc nhưng có công nghệ chế tạo phức tạp hơn nên giá thành cao hơn . Nguồn phát quang LED dễ chế tạo , giá thành rẻ hơn nguồn phát quang LD nhưng ánh sáng phát ra là không kết hợp , công suất nhỏ ,còn LD có ưu điểm là phát ra ánh sáng kết hợp , công suất ra lớn hơn , độ rộng đường phổ hẹp hơn . Nguồn thu quang PIN có thiên áp ngược đặt lên nó nhỏ hơn , độ nhạy thấp hơn , giá thành rẻ hơn so với ADP , còn ADP thì có lượng tạp âm cao hơn , độ nhạy cao hơn và nó cho chất lượng thông tin đầu ra tốt hơn Vậy giá thành của một hệ thống thông tin quang sợi là một trong những nhân tố quyết định mà ta cần phải xem xét trong bài toán thiết kế . Như chúng ta đã biết hai thành phố Vinh và Đà Nẵng là hai thành phố rất quan trọng trong việc phát triển trong chiến lược phát triển kinh tế cả nước nói chung và đặc biệt là của miền Trung nói riêng . Tuyến thông tin Vinh – Đà Nẵng khi được xây dựng sẽ đảm bảo thông tin liên lạc giữa các tỉnh , thành phố suốt dọc miền trung đặc biệt là giữa các thành phố lớn như Vinh , TP Huế , TP Đà Nẵng , điều đó có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc nó đảm bảo được một trong những yêu cầu thiết yếu trong quá trình nhằm phát triển kinh tế của vùng đát miền Trung đầy tiềm năng này . Chính vì vậy mà với tuyên thông tin đang thiết kế Vinh – Đà Nẵng chúng ta chọn hệ thống thông tin quang kết hợp ( Coherent ) với những lý do sau : Tính ưu việt hơn so với hệ thống IM/DD Yêu cầu nhiệm vụ thông tin của tuyến hiện nay , cho một thời gian dài và phát triển trong tương lai . Phù hợp với xu hướng phát triển thông tin nói chung và thuận tiện cho việc nâng cấp hệ thống sau này . 2.2.2.Chọn các phần tử trong hệ thống . Việc chọn các phần tử cho hệ thống có sự ràng buộc , liên quan lẫn nhau , khi chế tạo sợi quang người ta đã tối ưu hoá ở từng bước sóng công tác ( tại bước sóng này có sự suy hao và tán sắc nhỏ nhất ) , chọn nguồn phát và thu phải phù hợp với bước sóng và độ nhạy , đồng thời khi lựa chọn phải đáp ứng các yêu cầu về mặt dung lượng thông tin đảm bảo cho hiện tại , lâu dài và dự phòng phát triển trong tương lai ,cũng như về mặt kinh tế .Trên nguyên tắc là phải đạt được các yêu cầu kỹ thuật , phù hợp về giá thành , tức là cần phải có một luận chứng kỹ thuật hợp lý . Căn cứ vào nhiềm vụ thông tin liên lạc hiện nay và trong tương lai , ding lượng của tuyến cần thiết kế là 10 Gb/s . Trên cơ sở chọ dung lượng cho hệ thống và các bước trong phân tích ta chọn các phần tử cơ bản của hệ thống như sau : Bước sóng công tác : λ=1,55μm do đây là bước sóng có khả năng truyền dẫn cự ly xa và tốc độ lớn , các hướng phát triển của thông tin quang hiện nay đều tập trung cho bước sóng này nhờ ưu điểm của nó so với các bước sóng công tác thấp hơn . Cáp quang : * Chọn sợi quang : việc chọn sợi quang phù hợp được thực hiện sau khi đã chọn bước sóng công tác . Sợi quang là môi trường truyền dẫn tín hiệu từ máy phát đến máy thu quang . Căn cứ vào B,L ch trước chọn sợi quang đơn mode SM hay đa mode GI cho phù hợp . Khi B< 100MB/s và L< 20Km ta chọn sợi GI , còn đối với tốc độ bit cao , cự ly lớn ta chọn sợi SM thường hay sợi SM tán sắc dịch chuyển . Sợi quang đa mode GI dùng cho bước sóng λ=0,85μm và λ=1,3μm đồng thời các thiết bị quang đa mode thường rẻ hơn đơn mode . Sợi quang đơn mode dùng cho các bước sóng dài từ 1,3÷1,6μm , có giá thành đắt hơn sợi quang đa mode GI cho nên k