Tiểu luận Hệ thống thông tin quang

HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GIÁO VIÊN: NGUYỄN VĂN PHÒNG Nhóm thực hiện: Nhóm 6 Cáp sợi quang (Optical Fiber488 × 351 - 303k - pngvtf.vn Phần I: Cấu tạo và nguyên lý sợi quang Cáp quang là một loại cáp viễn thông làm bằng thủy tinh hoặc nhựa, sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu. Cáp quang dài, mỏng thành phần của thủy tinh trong suốt bằng đường kính của một sợi tóc. Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và được sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa. Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang ít bị nhiễu, tốc độ cao (đây là tốc độ truyền dữ liệu, phân biệt với tốc độ tín hiệu) và truyền xa hơn. Cáp quang gồm các phần sau: Core: Trung tâm phản chiếu của sợi quang nơi ánh sáng đi Cladding: Vật chất quang bên ngoài bao bọc lõi mà phản xạ ánh sáng trở lại vào lõi. Buffer coating: Lớp phủ dẻo bên ngoài bảo vệ sợi không bị hỏng và ẩm ướt Strength Materriel: Thành phần này được các hãng sản xuất cáp sợi quang thêm vào theo từng chủng loại cụ thể để tăng cường sự chắc chắn của cáp nhằm hạn chế tối đa lực cơ học có thể tác độ lên sợi cáp quang. Jacket: Hàng trăm hay hàng ngàn sợi quang được đặt trong bó gọi là Cáp quang. Những bó này được bảo vệ bởi lớp phủ bên ngoài của cáp được gọi là jacket Ưu điểm của cáp quang Dung lượng lớn Kích thước và trọng lượng nhỏ do đó dễ dàng lắp đặt Không bị nhiễu bởi các tín hiện điện, điện từ hoặc thậm chí cả bức xạ ánh sáng Tính cách điện do được làm từ thủy tinh, không chứa vật chất dẫn điện nên rất an toàn khi sử dụng trong các môi trường đòi hỏi tính an toàn cao Tính bảo mật cao do không thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thường Độ tin cậy cao do cáp quang được thiết kế thích hợp có thể chịu đựng được những điều kiện về nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt và thậm chí có thể hoạt động ở dưới nước Tính linh hoạt do các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các dạng thông tin số liệu, thoại và video. Các hệ thống này đều có thể tương thích với các chuẩn RS.232, RS422, V.35, Ethernet, Arcnet, FDDI, T1, T2, T3, Sonet, thoại 2/4 dây, tín hiệu E/M, video tổng hợp và còn nhiều nữa Dễ dàng nâng cấp khi chỉ cần thay thế thiết bị thu phát quang còn hệ thống cáp sợi quang vẫn có thể được dữ nguyên PHÂN LOẠI:Phân loại theo mốt truyền dẫn: Multimode (đa mode) Multimode stepped index (chiết xuất bước): Lõi lớn (100 micron), các tia tạo xung ánh sáng có thể đi theo nhiều đường khác nhau trong lõi: thẳng, zig-zag… tại điểm đến sẽ nhận các chùm tia riêng lẻ, vì vậy xung dễ bị méo dạng. Multimode graded index (chiết xuất liên tục): Lõi có chỉ số khúc xạ giảm dần từ trong ra ngoài cladding. Các tia gần trục truyền chậm hơn các tia gần cladding. Các tia theo đường cong thay vì zig-zag. Các chùm tia tại điểm hội tụ, vì vậy xung ít bị méo dạng. Sợi quang đa mode là kiểu sợi350 × 263 - 21k - jpgforum.hatinhonline.com Single mode (đơn mode) Loại sợi quang: singlemode138 × 140 - 12k - jpg Lõi nhỏ (8 mocron hay nhỏ hơn), hệ số thay đổi khúc xạ thay đổi từ lõi ra cladding ít hơn multimode. Các tia truyền theo phương song song trục. Xung nhận được hội tụ tốt, ít méo dạng. Phân loại theo chỉ số chiết suất Việc phân loại sợi dẫn quang phụ thuộc vào sự thay đổi thành phần chiết suất của lõi sợi, được chia làm ba loại sợi quang thông dụng như sau: a)Sợi quang có chiết suất phân bậc (Sợi SI: Step-Index): Đây là loại có chỉ số chiết suất đồng đều ở lõi sợi và khác nhau rõ rệt với chiết suất lớp vỏ phản xạ. Các tia sáng từ nguồn sáng truyền vào sợi quang với góc tới khác nhau sẽ truyền theo những đường truyền khác nhau, tức là truyền cùng vận tốc nhưng thời gian đến cuối sợi sẽ khác nhau. Do đó khi đưa một xung ánh sáng vào đầu sợi do hiện tượng tán sắc ánh sáng nên cuối sợi nhận được một xung ánh sáng rộng hơn. Loại sợi này có độ tán sắc lớn nên không thể truyền tín hiệu số tốc độ cao và cự ly quá dài. b) Sợi quang có chiết suất giảm dần (Sợi GI: Gradien-Index): Sợi GI có phân chiết suất hình Parabol, chỉ số chiết suất của lõi không đều nhau, mà nó thay đổi một cách liên tục giảm dần từ tâm lõi ra ranh giới phân cách lõi - vỏ, nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn cong dần. Độ tán sắc của GI nhỏ hơn nhiều so với sợi SI Phân loại theo cấu trúc vật liệu Sợi thủy tinh Sợi lõi thủy tinh vỏ chất dẻo Sợi thủy tinh nhiều thành phần Sợi chất dẻo Cáp sợi quang AMP đa mode607 × 530 - 67k - gifbaongoc.com.vn Cáp sợi quang loại chôn trực252 × 374 - 26k - gifdiendandaihoc.vn Thông số vật lý của hai loại cáp này:Đường kính lõi sợi (phần truyền tin):Core.Đơn mode (single mode): 9/125;Đa mode (multi mode): 50/125 và 62.5/125.Đường kính vỏ phản xạ: Cladding thì cả đơn mode (single mode) và đa mode (multi mode) đều như nhau là 125um.Nguyên lý hoạt động của các sợi quang: Thông tin được truyền dẫn qua cáp quang bắt đầu ở dạng một dòng điện mang theo một lượng dữ liệu số hoá. Một nguồn sáng, thường là nguồn laser, chuyển hoá dòng điện này thành những xung ánh sáng và đưa chúng vào những sợi cáp. Ở điểm nhận tín hiệu, một điốt ảnh (thiết bị dò ánh sáng) nhận xung ánh sáng và chuyển hoá chúng thành dòng điện và tái tạo lại thông tin gốc. Xung ánh sáng đi qua lõi của sợi quang bằng rất nhiều hướng được gọi là những đường dẫn (mode) bằng cách phản xạ qua lớp sơn bọc ngoài. Trong một sợi cáp quang, những luồng dữ liệu khác nhau được đưa qua lõi của sợi cáp cùng lúc sử dụng những bước sóng thấp khác nhau của ánh sáng cho mỗi luồng. Ánh sáng có thể đi theo dạng zic zac đối với khi truyền tin ở khoảng cách ngắn. Với khoảng cách xa, những sợi mỏng hơn được sử dụng để truyền tín hiệu ánh sáng qua một đường đi có tính chất định vị hơn và qua thẳng tâm của sợi. Sợi quang đơn mode (single mode) hay sợi quang đa mode (multi mode) đều chỉ truyền một tín hiệu (là dữ liệu mà ta cần truyền). Muốn truyền nhiều dữ liệu từ các kênh khác nhau, ta phải dùng đến công nghệ WDM (truyền nhiều bước sóng trên cùng một sợi quang). Sợi đa mode (multi mode) có thể truyền cùng lúc nhiếu ánh sáng với góc anpha khác nhau, còn sợi đơn mode (single mode) chỉ có thể truyền 1 ánh sáng với 1 bước sóng nhất định.Do sợi quang là vật liệu truyền thông tin dựa trên định luật phản xạ ánh sáng. Tia sáng khi đi từ môi trường có chiết suất cao qua môi trường chiết suất thấp thì không đi thằng (hay còn gọi là tán xạ) mà sẽ phản xạ lại. Do đó, khi ánh sáng mang thông tin, sẽ được truyền đi mà không bị suy hao gì cả (vì nó cứ chạy lòng vòng trong đó, phản xạ bên này, rồi phản xạ bên kia. Sợi quang đơn mode (single mode) thì lõi có chiết suất là một hằng số và chiết suất của vỏ cũng là 1 hằng số. Khi đó ánh sáng sẽ truyền đi theo đường ziczac trong sợi quang (độ lệch pha của tín hiệu khi đó sẽ đáng kể). Sợi đa mode (multi mode) là công nghệ tiên tiến hơn, chiết suất từ lõi ra đến vỏ sẽ giảm từ từ (nhưng vẫn đảm bảo một tỉ số chiết suất để ánh sáng chỉ phản xạ chứ không tán xạ), khi đó thì ánh sáng sẽ đi theo đường cong, độ lệch pha sẽ ít hơn nhiều so với hình ziczac của loại đơn mode (single mode). Minh họa đường đi của ánh sáng truyền trong lõi: ===================- - - - - - >- - - - - - - - >- - - đường ánh sáng===================Đơn mode (Single Mode)===================/ \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \- - - - - - - - - - - - - - - - - - đường ánh sáng\ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ / \ /===================Đa mode (Multi mode)  Ưu điểm của cáp quang . • Mỏng hơn - Cáp quang được thiết kế có đường kính nhỏ hơn cáp đồng. • Dung lượng tải cao hơn - Bởi vì sợi quang mỏng hơn cáp đồng, nhiều sợi quang có thể được bó vào với đường kính đã cho hơn cáp đồng. Điều này cho phép nhiều kênh đi qua cáp của bạn. • Suy giảm tín hiệu ít - Tín hiệu bị mất trong cáp quang ít hơn trong cáp đồng. • Tín hiệu ánh sáng - Không giống tín hiệu điện trong cáp đồng, tín hiệu ánh sáng từ sợi quang không bị nhiễu với những sợi khác trong cùng cáp. Điều này làm cho chất lượng tín hiệu tốt hơn. • Sử dụng điện nguồn ít hơn - Bởi vì tín hiệu trong cáp quang giảm ít, máy phát có thể sử dụng nguồn thấp hơn thay vì máy phát với điện thế cao được dùng trong cáp đồng.  hiệu số - Cáp quang lý tưởng thích hợp để tải thông tin dạng số mà đặc biệt hữu dụng trong mạng máy tính. • Không cháy - Vì không có điện xuyên qua cáp quang, vì vậy không có nguy cơ hỏa hạn xảy ra.