1. Sợi quang được kết hợp như thế nào?
Trả lời: Sợi quang bao gồm hai phần cơ bản: lõi làm bằng vật liệu quang trong suốt và lớp vỏ bọc và lớp phủ.
2. Các thông số cơ bản mô tả đặc tính truyền dẫn của đường cáp quang là gì?
Trả lời: Chúng bao gồm suy hao, độ phân tán, băng thông, bước sóng cắt, đường kính trường mode, v.v.
3. Nguyên nhân gây suy giảm sợi quang là gì?
Trả lời: Suy hao sợi quang là sự suy giảm công suất quang giữa hai mặt cắt ngang của sợi quang, liên quan đến bước sóng. Nguyên nhân chính gây suy hao là tán xạ, hấp thụ và mất mát quang học do đầu nối và mối nối gây ra.
4. Hệ số suy giảm sợi quang được định nghĩa như thế nào?
Trả lời: Được xác định bằng độ suy giảm trên một đơn vị chiều dài của một sợi quang đồng nhất ở trạng thái ổn định (dB/km).
5. Suy hao chèn là gì?
Trả lời: Là tình trạng suy giảm gây ra do việc lắp các thành phần quang học (như lắp đầu nối hoặc bộ ghép nối) vào đường truyền quang.
6. Băng thông của cáp quang liên quan đến điều gì?
Trả lời: Băng thông của sợi quang là tần số điều chế khi biên độ công suất quang giảm 50% hoặc 3dB so với biên độ tần số bằng không trong hàm truyền của sợi quang. Băng thông của sợi quang gần như tỷ lệ nghịch với chiều dài của nó, và tích của băng thông và chiều dài là một hằng số.
7. Có bao nhiêu loại phân tán sợi quang? Nó liên quan đến điều gì?
Trả lời: Sự phân tán của sợi quang là sự mở rộng độ trễ nhóm trong sợi quang, bao gồm sự phân tán chế độ, sự phân tán vật liệu và sự phân tán cấu trúc. Nó phụ thuộc vào đặc điểm của cả nguồn sáng và sợi quang.
8. Làm thế nào để mô tả đặc tính phân tán của tín hiệu lan truyền trong sợi quang?
Trả lời: Nó có thể được mô tả bằng ba đại lượng vật lý: độ mở rộng xung, băng thông của sợi quang và hệ số tán sắc của sợi quang.
9. Bước sóng cắt là bao nhiêu?
Trả lời: Là bước sóng ngắn nhất mà chỉ có thể truyền mode cơ bản trong sợi quang. Đối với sợi quang đơn mode, bước sóng cắt của nó phải ngắn hơn bước sóng của ánh sáng truyền đi.
10. Sự phân tán của sợi quang sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất của hệ thống truyền thông sợi quang?
Trả lời: Sự phân tán của sợi quang sẽ làm cho xung quang bị mở rộng trong quá trình truyền trong sợi quang, ảnh hưởng đến tỷ lệ lỗi bit, khoảng cách truyền và tốc độ hệ thống.
11. Phương pháp tán xạ ngược là gì?
Trả lời: Phương pháp tán xạ ngược là phương pháp đo độ suy giảm dọc theo chiều dài của sợi quang. Hầu hết công suất quang trong sợi quang truyền về phía trước, nhưng một phần nhỏ bị tán xạ ngược về phía bộ phát sáng. Sử dụng máy quang phổ tại bộ phát sáng để quan sát đường cong thời gian của tán xạ ngược, không chỉ có thể đo được chiều dài và độ suy giảm của sợi quang đồng nhất được kết nối từ một đầu, mà còn có thể đo được các điểm không đều cục bộ, điểm gãy và tổn thất công suất quang do các mối nối và đầu nối gây ra.
12. Nguyên lý thử nghiệm của máy đo phản xạ miền thời gian quang học (OTDR) là gì? Chức năng của nó là gì?
Trả lời: OTDR dựa trên nguyên lý tán xạ ngược ánh sáng và phản xạ Fresnel. Nó sử dụng ánh sáng tán xạ ngược được tạo ra khi ánh sáng lan truyền trong sợi quang để thu thập thông tin suy giảm. Nó có thể được sử dụng để đo suy giảm sợi quang, suy hao mối nối, vị trí điểm lỗi sợi quang và hiểu được sự phân bố suy hao dọc theo chiều dài của sợi quang. Nó là một công cụ không thể thiếu trong xây dựng, bảo trì và giám sát cáp quang. Các chỉ số chính của nó bao gồm: phạm vi động, độ nhạy, độ phân giải, thời gian đo và vùng mù.
13. Vùng mù của OTDR là gì? Ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra như thế nào? Xử lý vùng mù trong kiểm tra thực tế như thế nào?
Trả lời: Thông thường, một loạt các "điểm mù" do độ bão hòa của đầu thu OTDR do phản xạ tạo ra bởi các điểm đặc trưng như đầu nối chủ động và khớp nối cơ học được gọi là vùng mù.
Các vùng mù trong sợi quang được chia thành vùng mù sự kiện và vùng mù suy giảm: khoảng cách chiều dài từ điểm bắt đầu của đỉnh phản xạ đến đỉnh bão hòa của bộ thu gây ra bởi sự can thiệp của các đầu nối chủ động được gọi là vùng mù sự kiện; khoảng cách từ điểm bắt đầu của đỉnh phản xạ đến các điểm sự kiện có thể nhận dạng khác gây ra bởi sự can thiệp của các đầu nối chủ động trong sợi quang được gọi là vùng mù suy giảm.
Đối với OTDR, vùng mù càng nhỏ thì càng tốt. Vùng mù sẽ tăng lên khi độ rộng của xung mở rộng. Mặc dù độ rộng xung tăng làm tăng chiều dài đo, nhưng nó cũng làm tăng vùng mù đo. Do đó, khi kiểm tra sợi quang, nên sử dụng xung hẹp để đo sợi quang và các điểm sự kiện liền kề của phụ kiện OTDR, trong khi xung rộng nên được sử dụng để đo đầu xa của sợi quang.
14. OTDR có thể đo được nhiều loại sợi quang khác nhau không?
A: Nếu bạn sử dụng mô-đun OTDR chế độ đơn để đo sợi quang đa chế độ hoặc sử dụng mô-đun OTDR chế độ đa để đo sợi quang chế độ đơn có đường kính lõi là 62,5mm, kết quả đo chiều dài sợi quang sẽ không bị ảnh hưởng, nhưng kết quả suy hao sợi quang, suy hao đầu nối quang và suy hao phản hồi sẽ không chính xác. Do đó, khi đo sợi quang, bạn phải chọn OTDR phù hợp với sợi quang cần đo để có thể có được kết quả chính xác cho tất cả các chỉ số hiệu suất.
15. "1310nm" hoặc "1550nm" trong các thiết bị kiểm tra quang học thông thường có nghĩa là gì?
A: Là chỉ bước sóng của tín hiệu quang. Phạm vi bước sóng được sử dụng trong truyền thông sợi quang là vùng cận hồng ngoại, bước sóng nằm trong khoảng từ 800nm đến 1700nm. Thường được chia thành dải bước sóng ngắn và dải bước sóng dài, dải trước chỉ bước sóng 850nm, dải sau chỉ 1310nm và 1550nm.
16. Trong các sợi quang thương mại hiện nay, bước sóng ánh sáng nào có độ phân tán nhỏ nhất? Bước sóng ánh sáng nào có độ suy hao nhỏ nhất?
Trả lời: Ánh sáng có bước sóng 1310nm có độ tán sắc nhỏ nhất, và ánh sáng có bước sóng 1550nm có độ suy hao nhỏ nhất.
17. Sợi quang được phân loại như thế nào theo sự thay đổi chiết suất của lõi sợi quang?
Trả lời: Có thể chia thành sợi quang chiết suất bậc và sợi quang chiết suất gradien. Sợi quang chiết suất bậc có băng thông hẹp, thích hợp cho truyền thông dung lượng nhỏ, cự ly ngắn; sợi quang chiết suất gradien có băng thông rộng, thích hợp cho truyền thông dung lượng trung bình và lớn.
18. Sợi quang được phân loại như thế nào theo các chế độ sóng ánh sáng khác nhau được truyền trong sợi quang?
Trả lời: Có thể chia thành sợi quang đơn mode và sợi quang đa mode. Đường kính lõi của sợi quang đơn mode xấp xỉ từ 1 đến 10μm. Ở một bước sóng làm việc nhất định, chỉ có một mode cơ bản duy nhất được truyền đi, phù hợp với các hệ thống truyền thông dung lượng lớn và khoảng cách xa. Sợi quang đa mode có thể truyền nhiều mode sóng ánh sáng, với đường kính lõi xấp xỉ từ 50 đến 60μm và hiệu suất truyền dẫn của chúng kém hơn so với sợi quang đơn mode.
Khi truyền tải bảo vệ vi sai dòng điện của bảo vệ ghép kênh, thường sử dụng sợi quang đa chế độ giữa thiết bị chuyển đổi quang điện lắp đặt tại phòng thông tin liên lạc của trạm biến áp và thiết bị bảo vệ lắp đặt tại phòng điều khiển chính.
19. Ý nghĩa của khẩu độ số (NA) của sợi quang chiết suất bước là gì?
Trả lời: Khẩu độ số (NA) biểu thị khả năng thu sáng của sợi quang. NA càng lớn thì khả năng thu sáng của sợi quang càng mạnh.
20. Tính lưỡng chiết của sợi quang đơn mode là gì?
Trả lời: Có hai chế độ phân cực trực giao trong một sợi quang đơn mode. Khi sợi quang không hoàn toàn đối xứng hình trụ, hai chế độ phân cực trực giao không bị suy biến. Giá trị tuyệt đối của hiệu số chiết suất của hai chế độ phân cực trực giao là lưỡng chiết.
21. Cấu trúc cáp quang phổ biến nhất là gì?
Trả lời: Có hai loại: loại xoắn lớp và loại khung xương.
22. Các thành phần chính của cáp quang là gì?
Trả lời: Nó chủ yếu bao gồm: lõi sợi, mỡ sợi quang, vật liệu vỏ bọc, PBT (polybutylene terephthalate) và các vật liệu khác.
23. Lớp vỏ cáp quang có ý nghĩa gì?
Trả lời: Là phần tử bảo vệ (thường là dây thép hoặc đai thép) được sử dụng trong cáp quang cho mục đích đặc biệt (như cáp quang ngầm, v.v.). Lớp giáp được gắn vào vỏ bọc bên trong của cáp quang.
24. Vật liệu nào được sử dụng để làm vỏ cáp quang?
Trả lời: Vỏ bọc hoặc lõi cáp quang thường được làm bằng vật liệu polyethylene (PE) và polyvinyl clorua (PVC), có chức năng bảo vệ lõi cáp khỏi các tác động bên ngoài.
25. Liệt kê các loại cáp quang đặc biệt được sử dụng trong hệ thống điện.
Trả lời: Chủ yếu có ba loại cáp quang đặc biệt:
Cáp quang composite dây tiếp địa (OPGW), sợi quang được đặt trong đường dây điện của kết cấu xoắn nhôm bọc thép. Ứng dụng của cáp quang OPGW có chức năng kép là dây tiếp địa và truyền thông, cải thiện hiệu quả tỷ lệ sử dụng của cột điện và tháp điện.
Cáp quang quấn (GWWOP), nơi có đường truyền hiện hữu, loại cáp quang này được quấn hoặc treo trên dây tiếp địa.
Cáp quang tự hỗ trợ (ADSS) có độ bền kéo cao và có thể treo trực tiếp giữa hai tháp điện, với chiều dài tối đa lên tới 1000m.
26. Có bao nhiêu cấu trúc ứng dụng cho cáp quang OPGW?
Trả lời: Chủ yếu là: 1) Lớp ống nhựa xoắn + cấu trúc ống nhôm; 2) Ống nhựa trung tâm + cấu trúc ống nhôm; 3) Cấu trúc khung nhôm; 4) Cấu trúc ống nhôm xoắn; 5) Cấu trúc ống thép không gỉ một lớp (cấu trúc ống thép không gỉ trung tâm, cấu trúc xoắn lớp ống thép không gỉ); 6) Cấu trúc ống thép không gỉ hỗn hợp (cấu trúc ống thép không gỉ trung tâm, cấu trúc xoắn lớp ống thép không gỉ).
27. Các thành phần chính của dây xoắn bên ngoài lõi cáp quang OPGW là gì?
Trả lời: Nó được cấu tạo từ dây AA (dây hợp kim nhôm) và dây AS (dây thép bọc nhôm).
28. Điều kiện kỹ thuật cần thiết để lựa chọn model cáp quang OPGW là gì?
Trả lời: 1) Độ bền kéo danh nghĩa (RTS) của cáp OPGW (kN); 2) Số lõi sợi (SM) của cáp OPGW; 3) Dòng điện ngắn mạch (kA); 4) Thời gian ngắn mạch (giây); 5) Phạm vi nhiệt độ (℃).
29. Độ uốn cong của cáp quang được giới hạn như thế nào?
Trả lời: Bán kính uốn cong của cáp quang phải không nhỏ hơn 20 lần đường kính ngoài của cáp quang và không nhỏ hơn 30 lần đường kính ngoài của cáp quang trong quá trình thi công (trạng thái không tĩnh).
30. Trong thi công cáp quang ADSS cần chú ý những điều gì?
Trả lời: Có ba công nghệ chính: thiết kế cơ khí cáp quang, xác định điểm treo và lựa chọn và lắp đặt phần cứng hỗ trợ.
31. Có những loại phụ kiện cáp quang chính nào?
Trả lời: Phụ kiện cáp quang là phần cứng được sử dụng để lắp đặt cáp quang, chủ yếu bao gồm: kẹp căng, kẹp treo, bộ chống rung, v.v.
32. Đầu nối sợi quang có hai thông số hiệu suất cơ bản nhất, đó là gì?
Trả lời: Đầu nối sợi quang thường được gọi là khớp nối sống. Đối với các yêu cầu về hiệu suất quang của đầu nối sợi đơn, trọng tâm là hai thông số hiệu suất cơ bản nhất là suy hao chèn và suy hao phản hồi.
33. Có bao nhiêu loại đầu nối cáp quang được sử dụng phổ biến?
Trả lời: Theo các phương pháp phân loại khác nhau, đầu nối sợi quang có thể được chia thành các loại khác nhau. Theo phương tiện truyền dẫn khác nhau, chúng có thể được chia thành đầu nối sợi quang đơn mode và đầu nối sợi quang đa mode; theo cấu trúc khác nhau, chúng có thể được chia thành nhiều loại khác nhau như FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT, v.v.; theo mặt đầu chân của đầu nối, chúng có thể được chia thành FC, PC (UPC) và APC. Đầu nối sợi quang thường dùng: Đầu nối sợi quang loại FC/PC, đầu nối sợi quang loại SC, đầu nối sợi quang loại LC.
34. Trong hệ thống thông tin cáp quang, các mục sau đây thường được tìm thấy. Vui lòng cho biết tên của chúng.
AFC, bộ chuyển đổi FC Bộ chuyển đổi ST Bộ chuyển đổi SC Đầu nối FC/APC, FC/PC Đầu nối SC Đầu nối ST Dây vá LC Dây vá MU Dây vá đơn chế độ hoặc đa chế độ.
35. Độ suy hao chèn (hay độ suy hao chèn) của đầu nối cáp quang là bao nhiêu?
Trả lời: Là giá trị giảm công suất hiệu dụng của đường truyền do việc lắp đầu nối gây ra. Đối với người dùng, giá trị càng nhỏ càng tốt. ITU-T quy định giá trị của nó không được vượt quá 0,5dB.
36. Suy hao phản xạ (hay suy hao phản xạ, suy hao phản xạ, suy hao phản xạ) của đầu nối cáp quang là bao nhiêu?
Trả lời: Đây là phép đo thành phần công suất đầu vào được phản xạ từ đầu nối và trả về dọc theo kênh đầu vào. Giá trị điển hình của nó không được nhỏ hơn 25dB.
37. Sự khác biệt nổi bật nhất giữa ánh sáng phát ra từ điốt phát quang và tia laser bán dẫn là gì?
Trả lời: Ánh sáng do điốt phát quang tạo ra là ánh sáng không liên tục với phổ rộng; ánh sáng do tia laser tạo ra là ánh sáng liên tục với phổ rất hẹp.
38. Sự khác biệt rõ ràng nhất giữa đặc tính hoạt động của điốt phát quang (LED) và laser bán dẫn (LD) là gì?
Trả lời: LED không có ngưỡng, trong khi LD có ngưỡng. Laser chỉ được tạo ra khi dòng điện được đưa vào vượt quá ngưỡng.
39. Có hai loại laser bán dẫn chế độ dọc đơn thường được sử dụng là gì?
Trả lời: Laser DFB và laser DBR, cả hai đều là laser phản hồi phân tán và phản hồi quang học của chúng được cung cấp bởi mạng Bragg phản hồi phân tán trong khoang quang học.
40. Có hai loại thiết bị thu quang chính nào?
Trả lời: Chúng chủ yếu là điốt quang (ống PIN) và điốt quang tuyết lở (APD).
41. Những yếu tố nào gây ra tiếng ồn trong hệ thống truyền thông cáp quang?
Trả lời: Có tiếng ồn do tỷ lệ tiêu biến không đủ tiêu chuẩn, tiếng ồn do cường độ ánh sáng thay đổi ngẫu nhiên, tiếng ồn do độ dao động thời gian, tiếng ồn điểm và tiếng ồn nhiệt của máy thu, tiếng ồn chế độ của sợi quang, tiếng ồn do sự mở rộng xung do tán sắc, tiếng ồn phân bố chế độ của LD, tiếng ồn do tần số chirp của LD và tiếng ồn do phản xạ.
42. Các loại sợi quang chính hiện đang được sử dụng để xây dựng mạng lưới truyền dẫn là gì? Các đặc điểm chính của chúng là gì?
Trả lời: Có ba loại chính, đó là sợi quang đơn mode thông thường G.652, sợi quang đơn mode dịch chuyển tán sắc G.653 và sợi quang dịch chuyển tán sắc khác không G.655.
Sợi quang đơn mode G.652 có độ phân tán lớn ở băng tần C 1530-1565nm và băng tần L 1565-1625nm, thường là 17-22psnm•km. Khi tốc độ hệ thống đạt 2,5Gbit/giây trở lên, cần phải bù tán sắc. Ở tốc độ 10Gbit/giây, chi phí bù tán sắc hệ thống tương đối cao. Đây là loại sợi quang được sử dụng phổ biến nhất trong mạng truyền dẫn hiện tại.
Độ phân tán của sợi quang dịch chuyển phân tán G.653 trong băng tần C và băng tần L thường là -1-3,5psnm•km và không có độ phân tán nào ở 1550nm. Tốc độ hệ thống có thể đạt tới 20Gbit/giây và 40Gbit/giây, khiến nó trở thành sợi quang tốt nhất cho truyền dẫn đường dài cực xa một bước sóng. Tuy nhiên, do đặc tính không có độ phân tán, khi sử dụng DWDM để mở rộng dung lượng sẽ xảy ra hiệu ứng phi tuyến, dẫn đến nhiễu xuyên âm tín hiệu và FWM trộn bốn sóng, do đó không phù hợp với DWDM.
Sợi quang dịch chuyển phân tán không bằng không G.655: Độ phân tán của sợi quang dịch chuyển phân tán không bằng không G.655 trong băng tần C là 1 đến 6 psnm•km và độ phân tán trong băng tần L thường là 6 đến 10 psnm•km. Độ phân tán nhỏ, tránh được vùng phân tán bằng không, ngăn chặn FWM trộn bốn sóng và có thể được sử dụng để mở rộng dung lượng DWDM và mở các hệ thống tốc độ cao. Sợi quang G.655 mới có thể mở rộng diện tích hiệu dụng lên gấp 1,5 đến 2 lần so với sợi quang thông thường. Diện tích hiệu dụng lớn có thể làm giảm mật độ công suất và giảm hiệu ứng phi tuyến tính của sợi quang.
43. Tính phi tuyến tính của sợi quang là gì?
Trả lời: Nghĩa là khi công suất quang của sợi vượt quá một giá trị nhất định, chiết suất của sợi quang sẽ liên quan phi tuyến tính với công suất quang, đồng thời sinh ra tán xạ Raman và tán xạ Brillouin, làm thay đổi tần số ánh sáng tới.
44. Tính phi tuyến tính của sợi quang sẽ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình truyền dẫn?
Trả lời: Hiệu ứng phi tuyến sẽ gây ra một số tổn thất và nhiễu bổ sung, làm giảm hiệu suất của hệ thống. Công suất quang của hệ thống WDM lớn và được truyền đi theo khoảng cách dài dọc theo sợi quang, do đó xảy ra méo phi tuyến. Có hai loại méo phi tuyến: tán xạ kích thích và khúc xạ phi tuyến. Trong số đó, tán xạ kích thích bao gồm tán xạ Raman và tán xạ Brillouin. Hai loại tán xạ trên làm giảm năng lượng của ánh sáng tới, gây ra tổn thất. Có thể bỏ qua khi công suất sợi đầu vào nhỏ.
45. PON (Mạng quang thụ động) là gì?
Trả lời: PON là mạng quang vòng sợi quang trong mạng truy cập người dùng cục bộ, dựa trên các thiết bị quang thụ động như bộ ghép và bộ chia.
Nhiều nguyên nhân gây suy giảm sợi quang
1. Các yếu tố chính gây ra sự suy giảm sợi là: nội tại, uốn cong, đùn, tạp chất, không đồng đều và va chạm.
Nội tại: Là suy hao vốn có của sợi quang, bao gồm: tán xạ Rayleigh, hấp thụ vốn có, v.v.
Uốn cong: Khi sợi quang bị uốn cong, một phần ánh sáng trong sợi quang sẽ bị mất do tán xạ, gây ra suy hao.
Đùn: Mất mát do sợi quang bị uốn cong nhẹ khi bị ép.
Tạp chất: Tạp chất trong sợi quang hấp thụ và phân tán ánh sáng truyền trong sợi quang, gây ra suy hao.
Không đồng đều: Mất mát do chiết suất không đồng đều của vật liệu sợi quang.
Lắp ghép: Tổn thất xảy ra khi lắp ghép sợi quang, chẳng hạn như: trục khác nhau (yêu cầu độ đồng trục của sợi quang đơn mode nhỏ hơn 0,8μm), mặt đầu không vuông góc với trục, mặt đầu không đều, đường kính lõi lắp ghép không khớp và chất lượng hợp nhất kém.
Khi ánh sáng đi vào từ một đầu của sợi quang và đi ra từ đầu kia, cường độ ánh sáng sẽ yếu đi. Điều này có nghĩa là sau khi tín hiệu quang truyền qua sợi quang, một phần năng lượng ánh sáng bị suy yếu. Điều này cho thấy có một số chất nhất định trong sợi quang hoặc vì lý do nào đó, chặn đường đi của tín hiệu quang. Đây là tổn thất truyền dẫn của sợi quang. Chỉ bằng cách giảm tổn thất của sợi quang, tín hiệu quang mới có thể truyền đi thông suốt.
2. Phân loại suy hao sợi quang
Tổn thất sợi quang có thể được chia thành tổn thất vốn có của sợi quang và tổn thất bổ sung do điều kiện sử dụng gây ra sau khi sợi quang được tạo ra. Các phân khu cụ thể như sau:
Suy hao trong sợi quang có thể được chia thành suy hao vốn có và suy hao bổ sung.
Suy hao cố hữu bao gồm suy hao tán xạ, suy hao hấp thụ và suy hao do cấu trúc sợi quang không hoàn hảo.
Tổn thất bổ sung bao gồm tổn thất do uốn cong vi mô, tổn thất do uốn cong và tổn thất do nối.
Trong số đó, tổn thất bổ sung là do con người gây ra trong quá trình lắp đặt sợi quang. Trong các ứng dụng thực tế, việc kết nối từng sợi quang là điều không thể tránh khỏi và kết nối sợi quang sẽ gây ra tổn thất. Việc uốn cong, ép và kéo căng sợi quang cũng sẽ gây ra tổn thất. Đây đều là những tổn thất do điều kiện sử dụng sợi quang gây ra. Lý do chính là trong những điều kiện này, chế độ truyền dẫn trong lõi sợi quang đã thay đổi. Có thể tránh được tổn thất bổ sung càng nhiều càng tốt. Dưới đây, chúng tôi chỉ thảo luận về tổn thất vốn có của sợi quang.
Trong số các tổn thất vốn có, tổn thất tán xạ và tổn thất hấp thụ được xác định bởi các đặc điểm của bản thân vật liệu sợi quang, và tổn thất vốn có gây ra ở các bước sóng làm việc khác nhau cũng khác nhau. Việc hiểu cơ chế tạo ra tổn thất và phân tích định lượng quy mô tổn thất do các yếu tố khác nhau gây ra là vô cùng quan trọng để phát triển sợi quang tổn thất thấp và sử dụng sợi quang hợp lý.
3. Sự mất mát hấp thụ vật liệu
Vật liệu dùng để làm sợi quang có thể hấp thụ năng lượng ánh sáng. Sau khi các hạt trong vật liệu sợi quang hấp thụ năng lượng ánh sáng, chúng rung động và sinh ra nhiệt, năng lượng bị mất đi, do đó tạo ra tổn thất hấp thụ. Chúng ta biết rằng vật chất bao gồm các nguyên tử và phân tử, và các nguyên tử bao gồm các hạt nhân nguyên tử và các electron ngoài hạt nhân, và các electron quay quanh hạt nhân nguyên tử theo một quỹ đạo nhất định. Điều này giống như trái đất mà chúng ta đang sống và các hành tinh như sao Kim và sao Hỏa quay quanh mặt trời. Mỗi electron có một năng lượng nhất định và nằm trên một quỹ đạo nhất định, hay nói cách khác, mỗi quỹ đạo có một mức năng lượng nhất định.
Mức năng lượng quỹ đạo gần hạt nhân thấp hơn, và mức năng lượng quỹ đạo xa hạt nhân hơn thì cao hơn. Kích thước của sự chênh lệch mức năng lượng này giữa các quỹ đạo được gọi là chênh lệch mức năng lượng. Khi một electron chuyển từ mức năng lượng thấp sang mức năng lượng cao, nó hấp thụ năng lượng của sự chênh lệch mức năng lượng tương ứng.
Trong sợi quang, khi một electron ở một mức năng lượng nhất định được chiếu xạ bằng ánh sáng có bước sóng tương ứng với chênh lệch mức năng lượng, electron ở quỹ đạo mức năng lượng thấp sẽ chuyển sang quỹ đạo có mức năng lượng cao hơn. Electron này hấp thụ năng lượng ánh sáng, dẫn đến mất mát hấp thụ ánh sáng.
Silic dioxit (SiO2), vật liệu cơ bản để chế tạo sợi quang, tự hấp thụ ánh sáng. Một loại được gọi là hấp thụ tia cực tím và loại còn lại được gọi là hấp thụ hồng ngoại. Hiện tại, truyền thông sợi quang thường chỉ hoạt động trong phạm vi bước sóng từ 0,8 đến 1,6 μm, vì vậy chúng tôi chỉ thảo luận về tổn thất trong phạm vi hoạt động này.
Đỉnh hấp thụ được tạo ra bởi sự chuyển đổi electron trong thủy tinh thạch anh là khoảng bước sóng 0,1 đến 0,2 μm trong vùng cực tím. Khi bước sóng tăng, hiệu ứng hấp thụ của nó giảm dần, nhưng diện tích bị ảnh hưởng rất rộng, lên đến các bước sóng trên 1 μm. Tuy nhiên, sự hấp thụ tia cực tím có ít tác động đến sợi quang thạch anh hoạt động trong vùng hồng ngoại. Ví dụ, trong vùng ánh sáng khả kiến với bước sóng 0,6 μm, sự hấp thụ tia cực tím có thể đạt tới 1 dB/km, và ở bước sóng 0,8 μm, nó giảm xuống còn 0,2 đến 0,3 dB/km, và ở bước sóng 1,2 μm, nó chỉ còn khoảng 0,1 dB/km.
Sự mất mát hấp thụ hồng ngoại của sợi quang thạch anh là do rung động phân tử của vật liệu hồng ngoại. Có một số đỉnh hấp thụ rung động trong dải trên 2 μm.
Do ảnh hưởng của nhiều thành phần pha tạp trong sợi quang nên sợi quang thạch anh không thể có cửa sổ suy hao thấp trong băng tần trên 2μm và giới hạn suy hao lý thuyết ở bước sóng 1,85μm là ldB/km.
Qua nghiên cứu, người ta cũng phát hiện ra rằng có một số "phân tử phá hoại" trong thủy tinh thạch anh gây ra rắc rối, chủ yếu là một số tạp chất kim loại chuyển tiếp có hại, chẳng hạn như đồng, sắt, crom, mangan, v.v. Những "kẻ xấu" này tham lam hấp thụ năng lượng ánh sáng dưới sự chiếu xạ của ánh sáng, nhảy xung quanh và gây ra tổn thất năng lượng ánh sáng. Loại bỏ "kẻ gây rối" và tinh chế hóa học các vật liệu được sử dụng để chế tạo sợi quang có thể làm giảm đáng kể tổn thất.
Một nguồn hấp thụ khác trong sợi quang thạch anh là hydroxyl (OHˉ). Theo nghiên cứu của thời kỳ đó, người ta phát hiện ra rằng hydroxyl có ba đỉnh hấp thụ trong dải làm việc của sợi quang, đó là 0,95μm, 1,24μm và 1,38μm, trong đó tổn thất hấp thụ ở bước sóng 1,38μm là nghiêm trọng nhất và có tác động lớn nhất đến sợi quang. Ở bước sóng 1,38μm, tổn thất đỉnh hấp thụ do hàm lượng hydroxide chỉ 0,0001 tạo ra cao tới 33dB/km.
Các hydroxide này đến từ đâu? Có nhiều nguồn hydroxide. Đầu tiên, có nước và hợp chất hydroxide trong vật liệu dùng để làm sợi quang. Các hợp chất hydroxide này không dễ bị loại bỏ trong quá trình tinh chế nguyên liệu thô, và cuối cùng vẫn ở trong sợi quang dưới dạng hydroxide; thứ hai, có một lượng nhỏ nước trong hydroxide dùng để làm sợi quang; thứ ba, nước được tạo ra do các phản ứng hóa học trong quá trình sản xuất sợi quang; thứ tư, hơi nước được đưa vào do không khí bên ngoài xâm nhập. Tuy nhiên, quy trình sản xuất hiện tại đã phát triển đến mức khá cao và hàm lượng hydroxide đã giảm xuống mức đủ thấp để có thể bỏ qua tác động của nó đối với sợi quang.
4. Tổn thất phân tán
Trong đêm tối, nếu bạn chiếu đèn pin lên bầu trời, bạn có thể thấy một chùm sáng. Mọi người cũng đã nhìn thấy những chùm sáng dày đặc từ đèn pha trên bầu trời đêm.
Vậy tại sao chúng ta nhìn thấy những chùm sáng này? Đó là vì có rất nhiều hạt nhỏ như khói và bụi lơ lửng trong khí quyển. Khi ánh sáng chiếu vào những hạt này, nó sẽ tán xạ và bắn ra mọi hướng. Hiện tượng này lần đầu tiên được Rayleigh phát hiện, vì vậy mọi người gọi sự tán xạ này là "Rayleigh scattering".
Sự tán xạ xảy ra như thế nào? Hóa ra các hạt nhỏ như phân tử, nguyên tử và electron tạo nên vật chất rung động ở một số tần số cố hữu nhất định và có thể giải phóng ánh sáng có bước sóng tương ứng với tần số rung động. Tần số rung động của một hạt được xác định bởi kích thước của hạt. Hạt càng lớn, tần số rung động càng thấp và bước sóng ánh sáng giải phóng càng dài; hạt càng nhỏ, tần số rung động càng cao và bước sóng ánh sáng giải phóng càng ngắn. Tần số rung động này được gọi là tần số rung động cố hữu của hạt. Tuy nhiên, rung động này không tự tạo ra mà cần một lượng năng lượng nhất định. Khi một hạt được chiếu sáng bằng ánh sáng có bước sóng nhất định và tần số của ánh sáng được chiếu sáng giống với tần số rung động cố hữu của hạt thì sẽ gây ra cộng hưởng. Các electron trong hạt bắt đầu rung động ở tần số rung động này, dẫn đến hạt tán xạ ánh sáng theo mọi hướng và năng lượng của ánh sáng tới được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng của hạt, và hạt phát lại năng lượng dưới dạng năng lượng ánh sáng. Do đó, đối với những người quan sát từ bên ngoài, dường như ánh sáng chiếu vào hạt và sau đó bay ra theo mọi hướng.
Sự tán xạ Rayleigh cũng xảy ra trong sợi quang, và tổn thất ánh sáng do điều này gây ra được gọi là tổn thất tán xạ Rayleigh. Với trình độ công nghệ sản xuất sợi quang hiện tại, có thể nói rằng tổn thất tán xạ Rayleigh là không thể tránh khỏi. Tuy nhiên, vì độ lớn của tổn thất tán xạ Rayleigh tỷ lệ nghịch với lũy thừa bốn của bước sóng ánh sáng, nên tác động của tổn thất tán xạ Rayleigh có thể giảm đáng kể khi sợi quang hoạt động trong vùng bước sóng dài.
5. Thiếu hụt bẩm sinh, không ai có thể giúp được
Cấu trúc sợi quang không hoàn hảo, chẳng hạn như có bọt khí, tạp chất hoặc độ dày không đều trong sợi quang, đặc biệt là giao diện lõi-lớp phủ không đều. Khi ánh sáng đến những nơi này, một phần ánh sáng sẽ bị tán xạ theo mọi hướng, gây ra tổn thất. Có thể khắc phục tổn thất này bằng cách cải thiện quy trình sản xuất sợi quang. Sự tán xạ khiến ánh sáng phát ra theo mọi hướng và một phần ánh sáng tán xạ được phản xạ trở lại theo hướng ngược lại với hướng truyền của sợi quang. Phần ánh sáng tán xạ này có thể được tiếp nhận ở đầu tới của sợi quang. Sự tán xạ ánh sáng khiến một phần năng lượng ánh sáng bị mất, điều này không mong muốn. Tuy nhiên, chúng ta cũng có thể sử dụng hiện tượng này, vì nếu chúng ta phân tích cường độ của phần ánh sáng nhận được ở đầu truyền, chúng ta có thể kiểm tra các điểm gãy, khuyết tật và tổn thất của sợi quang này. Theo cách này, thông qua sự khéo léo của con người, những điều xấu có thể biến thành điều tốt.
Mất sợi quang Trong những năm gần đây, truyền thông sợi quang đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Một vấn đề quan trọng trong việc thực hiện truyền thông sợi quang là giảm thiểu tối đa tổn thất của sợi quang. Cái gọi là tổn thất đề cập đến sự suy giảm của sợi quang trên một đơn vị chiều dài, và đơn vị là dB/km. Mức độ mất sợi quang ảnh hưởng trực tiếp đến khoảng cách truyền hoặc khoảng cách giữa các trạm chuyển tiếp. Do đó, việc hiểu và giảm tổn thất sợi quang có ý nghĩa thực tế to lớn đối với truyền thông sợi quang.
1. Mất mát hấp thụ của sợi quang
Nguyên nhân là do sự hấp thụ năng lượng ánh sáng của vật liệu sợi quang và tạp chất. Chúng tiêu thụ năng lượng ánh sáng dưới dạng năng lượng nhiệt trong sợi quang, đây là một tổn thất quan trọng trong tổn thất sợi quang. Tổn thất hấp thụ bao gồm:
① Mất mát hấp thụ nội tại của vật liệu Đây là mất mát do hấp thụ nội tại của vật liệu. Nó có hai dải, một dải trong vùng 8-12μm của cận hồng ngoại. Sự hấp thụ nội tại của dải này là do rung động. Dải hấp thụ nội tại khác của vật liệu nằm trong dải cực tím. Khi sự hấp thụ rất mạnh, đuôi của nó sẽ bị kéo về dải 0,7-1,1μm.
②Tổn thất hấp thụ do tạp chất và ion tạp chất Vật liệu sợi quang chứa các kim loại chuyển tiếp như sắt, đồng, crom, v.v. Chúng có các đỉnh hấp thụ và dải hấp thụ riêng và thay đổi theo trạng thái hóa trị của chúng. Tổn thất sợi quang do hấp thụ các ion kim loại chuyển tiếp phụ thuộc vào nồng độ của chúng. Ngoài ra, sự hiện diện của OH- cũng tạo ra tổn thất hấp thụ. Đỉnh hấp thụ cơ bản của OH- gần 2,7μm và dải hấp thụ nằm trong phạm vi 0,5-1,0μm. Đối với sợi quang thạch anh nguyên chất, tổn thất do tạp chất gây ra có thể được bỏ qua.
③ Mất mát hấp thụ khuyết tật nguyên tử Khi vật liệu sợi quang bị nung nóng hoặc bức xạ mạnh, nó sẽ bị kích thích để tạo ra khuyết tật nguyên tử, dẫn đến hấp thụ ánh sáng và mất mát, nhưng nhìn chung hiệu ứng này rất nhỏ.
2. Suy hao do tán xạ của sợi quang
Sự tán xạ bên trong sợi quang sẽ làm giảm công suất truyền và tạo ra tổn thất. Sự tán xạ quan trọng nhất là tán xạ Rayleigh, do mật độ và thành phần thay đổi bên trong vật liệu sợi quang.
Trong quá trình gia nhiệt vật liệu sợi quang, do sự khuấy động nhiệt, độ nén của các nguyên tử không đồng đều, mật độ vật liệu không đồng đều, sau đó chiết suất không đồng đều. Sự không đồng đều này được cố định trong quá trình làm mát và kích thước của nó nhỏ hơn bước sóng của sóng ánh sáng. Khi ánh sáng gặp những vật liệu không đồng đều này nhỏ hơn bước sóng của sóng ánh sáng và có những dao động ngẫu nhiên trong quá trình truyền, hướng truyền bị thay đổi, xảy ra hiện tượng tán xạ và mất mát. Ngoài ra, nồng độ oxit không đồng đều có trong sợi quang và pha tạp không đồng đều cũng có thể gây ra hiện tượng tán xạ và mất mát.
3. Tổn thất tán xạ của ống dẫn sóng
Đây là sự tán xạ gây ra bởi sự biến dạng ngẫu nhiên hoặc độ nhám của giao diện. Trên thực tế, đó là sự chuyển đổi chế độ hoặc sự ghép nối chế độ gây ra bởi sự biến dạng hoặc độ nhám của bề mặt. Một chế độ sẽ tạo ra các chế độ truyền dẫn và chế độ bức xạ khác do sự dao động của giao diện. Vì sự suy giảm của các chế độ khác nhau được truyền trong sợi quang là khác nhau, nên trong quá trình chuyển đổi chế độ đường dài, chế độ có độ suy giảm thấp sẽ trở thành chế độ có độ suy giảm lớn. Sau khi chuyển đổi liên tục và chuyển đổi ngược, mặc dù tổn thất của từng chế độ sẽ được cân bằng, nhưng chế độ nói chung sẽ tạo ra tổn thất bổ sung, nghĩa là tổn thất bổ sung được tạo ra do sự chuyển đổi chế độ. Tổn thất bổ sung này là tổn thất tán xạ của ống dẫn sóng. Để giảm tổn thất này, cần phải cải thiện quy trình sản xuất sợi quang. Đối với các sợi quang được kéo tốt hoặc có chất lượng cao, về cơ bản có thể bỏ qua tổn thất này.
4. Mất mát bức xạ do uốn cong sợi quang
Sợi quang mềm và có thể uốn cong. Tuy nhiên, sau khi uốn cong đến một mức độ nhất định, mặc dù sợi quang có thể dẫn ánh sáng, nhưng nó sẽ thay đổi đường truyền của ánh sáng. Việc chuyển đổi từ chế độ truyền sang chế độ bức xạ khiến một phần năng lượng ánh sáng thâm nhập vào lớp vỏ bọc hoặc đi qua lớp vỏ bọc để trở thành chế độ bức xạ và rò rỉ ra ngoài, do đó tạo ra tổn thất. Khi bán kính uốn cong lớn hơn 5 đến 10 cm, tổn thất do uốn cong gây ra có thể được bỏ qua.
Nguồn: Công ty TNHH Công nghệ sợi Dongguan HX
1. Sợi quang được kết hợp như thế nào?
Trả lời: Sợi quang bao gồm hai phần cơ bản: lõi làm bằng vật liệu quang trong suốt và lớp vỏ bọc và lớp phủ.
2. Các thông số cơ bản mô tả đặc tính truyền dẫn của đường cáp quang là gì?
Trả lời: Chúng bao gồm suy hao, độ phân tán, băng thông, bước sóng cắt, đường kính trường mode, v.v.
3. Nguyên nhân gây suy giảm sợi quang là gì?
Trả lời: Suy hao sợi quang là sự suy giảm công suất quang giữa hai mặt cắt ngang của sợi quang, liên quan đến bước sóng. Nguyên nhân chính gây suy hao là tán xạ, hấp thụ và mất mát quang học do đầu nối và mối nối gây ra.
4. Hệ số suy giảm sợi quang được định nghĩa như thế nào?
Trả lời: Được xác định bằng độ suy giảm trên một đơn vị chiều dài của một sợi quang đồng nhất ở trạng thái ổn định (dB/km).
5. Suy hao chèn là gì?
Trả lời: Là tình trạng suy giảm gây ra do việc lắp các thành phần quang học (như lắp đầu nối hoặc bộ ghép nối) vào đường truyền quang.
6. Băng thông của cáp quang liên quan đến điều gì?
Trả lời: Băng thông của sợi quang là tần số điều chế khi biên độ công suất quang giảm 50% hoặc 3dB so với biên độ tần số bằng không trong hàm truyền của sợi quang. Băng thông của sợi quang gần như tỷ lệ nghịch với chiều dài của nó, và tích của băng thông và chiều dài là một hằng số.
7. Có bao nhiêu loại phân tán sợi quang? Nó liên quan đến điều gì?
Trả lời: Sự phân tán của sợi quang là sự mở rộng độ trễ nhóm trong sợi quang, bao gồm sự phân tán chế độ, sự phân tán vật liệu và sự phân tán cấu trúc. Nó phụ thuộc vào đặc điểm của cả nguồn sáng và sợi quang.
8. Làm thế nào để mô tả đặc tính phân tán của tín hiệu lan truyền trong sợi quang?
Trả lời: Nó có thể được mô tả bằng ba đại lượng vật lý: độ mở rộng xung, băng thông của sợi quang và hệ số tán sắc của sợi quang.
9. Bước sóng cắt là bao nhiêu?
Trả lời: Là bước sóng ngắn nhất mà chỉ có thể truyền mode cơ bản trong sợi quang. Đối với sợi quang đơn mode, bước sóng cắt của nó phải ngắn hơn bước sóng của ánh sáng truyền đi.
10. Sự phân tán của sợi quang sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất của hệ thống truyền thông sợi quang?
Trả lời: Sự phân tán của sợi quang sẽ làm cho xung quang bị mở rộng trong quá trình truyền trong sợi quang, ảnh hưởng đến tỷ lệ lỗi bit, khoảng cách truyền và tốc độ hệ thống.
11. Phương pháp tán xạ ngược là gì?
Trả lời: Phương pháp tán xạ ngược là phương pháp đo độ suy giảm dọc theo chiều dài của sợi quang. Hầu hết công suất quang trong sợi quang truyền về phía trước, nhưng một phần nhỏ bị tán xạ ngược về phía bộ phát sáng. Sử dụng máy quang phổ tại bộ phát sáng để quan sát đường cong thời gian của tán xạ ngược, không chỉ có thể đo được chiều dài và độ suy giảm của sợi quang đồng nhất được kết nối từ một đầu, mà còn có thể đo được các điểm không đều cục bộ, điểm gãy và tổn thất công suất quang do các mối nối và đầu nối gây ra.
12. Nguyên lý thử nghiệm của máy đo phản xạ miền thời gian quang học (OTDR) là gì? Chức năng của nó là gì?
Trả lời: OTDR dựa trên nguyên lý tán xạ ngược ánh sáng và phản xạ Fresnel. Nó sử dụng ánh sáng tán xạ ngược được tạo ra khi ánh sáng lan truyền trong sợi quang để thu thập thông tin suy giảm. Nó có thể được sử dụng để đo suy giảm sợi quang, suy hao mối nối, vị trí điểm lỗi sợi quang và hiểu được sự phân bố suy hao dọc theo chiều dài của sợi quang. Nó là một công cụ không thể thiếu trong xây dựng, bảo trì và giám sát cáp quang. Các chỉ số chính của nó bao gồm: phạm vi động, độ nhạy, độ phân giải, thời gian đo và vùng mù.
13. Vùng mù của OTDR là gì? Ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra như thế nào? Xử lý vùng mù trong kiểm tra thực tế như thế nào?
Trả lời: Thông thường, một loạt các "điểm mù" do độ bão hòa của đầu thu OTDR do phản xạ tạo ra bởi các điểm đặc trưng như đầu nối chủ động và khớp nối cơ học được gọi là vùng mù.
Các vùng mù trong sợi quang được chia thành vùng mù sự kiện và vùng mù suy giảm: khoảng cách chiều dài từ điểm bắt đầu của đỉnh phản xạ đến đỉnh bão hòa của bộ thu gây ra bởi sự can thiệp của các đầu nối chủ động được gọi là vùng mù sự kiện; khoảng cách từ điểm bắt đầu của đỉnh phản xạ đến các điểm sự kiện có thể nhận dạng khác gây ra bởi sự can thiệp của các đầu nối chủ động trong sợi quang được gọi là vùng mù suy giảm.
Đối với OTDR, vùng mù càng nhỏ thì càng tốt. Vùng mù sẽ tăng lên khi độ rộng của xung mở rộng. Mặc dù độ rộng xung tăng làm tăng chiều dài đo, nhưng nó cũng làm tăng vùng mù đo. Do đó, khi kiểm tra sợi quang, nên sử dụng xung hẹp để đo sợi quang và các điểm sự kiện liền kề của phụ kiện OTDR, trong khi xung rộng nên được sử dụng để đo đầu xa của sợi quang.
14. OTDR có thể đo được nhiều loại sợi quang khác nhau không?
A: Nếu bạn sử dụng mô-đun OTDR chế độ đơn để đo sợi quang đa chế độ hoặc sử dụng mô-đun OTDR chế độ đa để đo sợi quang chế độ đơn có đường kính lõi là 62,5mm, kết quả đo chiều dài sợi quang sẽ không bị ảnh hưởng, nhưng kết quả suy hao sợi quang, suy hao đầu nối quang và suy hao phản hồi sẽ không chính xác. Do đó, khi đo sợi quang, bạn phải chọn OTDR phù hợp với sợi quang cần đo để có thể có được kết quả chính xác cho tất cả các chỉ số hiệu suất.
15. "1310nm" hoặc "1550nm" trong các thiết bị kiểm tra quang học thông thường có nghĩa là gì?
A: Là chỉ bước sóng của tín hiệu quang. Phạm vi bước sóng được sử dụng trong truyền thông sợi quang là vùng cận hồng ngoại, bước sóng nằm trong khoảng từ 800nm đến 1700nm. Thường được chia thành dải bước sóng ngắn và dải bước sóng dài, dải trước chỉ bước sóng 850nm, dải sau chỉ 1310nm và 1550nm.
16. Trong các sợi quang thương mại hiện nay, bước sóng ánh sáng nào có độ phân tán nhỏ nhất? Bước sóng ánh sáng nào có độ suy hao nhỏ nhất?
Trả lời: Ánh sáng có bước sóng 1310nm có độ tán sắc nhỏ nhất, và ánh sáng có bước sóng 1550nm có độ suy hao nhỏ nhất.
17. Sợi quang được phân loại như thế nào theo sự thay đổi chiết suất của lõi sợi quang?
Trả lời: Có thể chia thành sợi quang chiết suất bậc và sợi quang chiết suất gradien. Sợi quang chiết suất bậc có băng thông hẹp, thích hợp cho truyền thông dung lượng nhỏ, cự ly ngắn; sợi quang chiết suất gradien có băng thông rộng, thích hợp cho truyền thông dung lượng trung bình và lớn.
18. Sợi quang được phân loại như thế nào theo các chế độ sóng ánh sáng khác nhau được truyền trong sợi quang?
Trả lời: Có thể chia thành sợi quang đơn mode và sợi quang đa mode. Đường kính lõi của sợi quang đơn mode xấp xỉ từ 1 đến 10μm. Ở một bước sóng làm việc nhất định, chỉ có một mode cơ bản duy nhất được truyền đi, phù hợp với các hệ thống truyền thông dung lượng lớn và khoảng cách xa. Sợi quang đa mode có thể truyền nhiều mode sóng ánh sáng, với đường kính lõi xấp xỉ từ 50 đến 60μm và hiệu suất truyền dẫn của chúng kém hơn so với sợi quang đơn mode.
Khi truyền tải bảo vệ vi sai dòng điện của bảo vệ ghép kênh, thường sử dụng sợi quang đa chế độ giữa thiết bị chuyển đổi quang điện lắp đặt tại phòng thông tin liên lạc của trạm biến áp và thiết bị bảo vệ lắp đặt tại phòng điều khiển chính.
19. Ý nghĩa của khẩu độ số (NA) của sợi quang chiết suất bước là gì?
Trả lời: Khẩu độ số (NA) biểu thị khả năng thu sáng của sợi quang. NA càng lớn thì khả năng thu sáng của sợi quang càng mạnh.
20. Tính lưỡng chiết của sợi quang đơn mode là gì?
Trả lời: Có hai chế độ phân cực trực giao trong một sợi quang đơn mode. Khi sợi quang không hoàn toàn đối xứng hình trụ, hai chế độ phân cực trực giao không bị suy biến. Giá trị tuyệt đối của hiệu số chiết suất của hai chế độ phân cực trực giao là lưỡng chiết.
21. Cấu trúc cáp quang phổ biến nhất là gì?
Trả lời: Có hai loại: loại xoắn lớp và loại khung xương.
22. Các thành phần chính của cáp quang là gì?
Trả lời: Nó chủ yếu bao gồm: lõi sợi, mỡ sợi quang, vật liệu vỏ bọc, PBT (polybutylene terephthalate) và các vật liệu khác.
23. Lớp vỏ cáp quang có ý nghĩa gì?
Trả lời: Là phần tử bảo vệ (thường là dây thép hoặc đai thép) được sử dụng trong cáp quang cho mục đích đặc biệt (như cáp quang ngầm, v.v.). Lớp giáp được gắn vào vỏ bọc bên trong của cáp quang.
24. Vật liệu nào được sử dụng để làm vỏ cáp quang?
Trả lời: Vỏ bọc hoặc lõi cáp quang thường được làm bằng vật liệu polyethylene (PE) và polyvinyl clorua (PVC), có chức năng bảo vệ lõi cáp khỏi các tác động bên ngoài.
25. Liệt kê các loại cáp quang đặc biệt được sử dụng trong hệ thống điện.
Trả lời: Chủ yếu có ba loại cáp quang đặc biệt:
Cáp quang composite dây tiếp địa (OPGW), sợi quang được đặt trong đường dây điện của kết cấu xoắn nhôm bọc thép. Ứng dụng của cáp quang OPGW có chức năng kép là dây tiếp địa và truyền thông, cải thiện hiệu quả tỷ lệ sử dụng của cột điện và tháp điện.
Cáp quang quấn (GWWOP), nơi có đường truyền hiện hữu, loại cáp quang này được quấn hoặc treo trên dây tiếp địa.
Cáp quang tự hỗ trợ (ADSS) có độ bền kéo cao và có thể treo trực tiếp giữa hai tháp điện, với chiều dài tối đa lên tới 1000m.
26. Có bao nhiêu cấu trúc ứng dụng cho cáp quang OPGW?
Trả lời: Chủ yếu là: 1) Lớp ống nhựa xoắn + cấu trúc ống nhôm; 2) Ống nhựa trung tâm + cấu trúc ống nhôm; 3) Cấu trúc khung nhôm; 4) Cấu trúc ống nhôm xoắn; 5) Cấu trúc ống thép không gỉ một lớp (cấu trúc ống thép không gỉ trung tâm, cấu trúc xoắn lớp ống thép không gỉ); 6) Cấu trúc ống thép không gỉ hỗn hợp (cấu trúc ống thép không gỉ trung tâm, cấu trúc xoắn lớp ống thép không gỉ).
27. Các thành phần chính của dây xoắn bên ngoài lõi cáp quang OPGW là gì?
Trả lời: Nó được cấu tạo từ dây AA (dây hợp kim nhôm) và dây AS (dây thép bọc nhôm).
28. Điều kiện kỹ thuật cần thiết để lựa chọn model cáp quang OPGW là gì?
Trả lời: 1) Độ bền kéo danh nghĩa (RTS) của cáp OPGW (kN); 2) Số lõi sợi (SM) của cáp OPGW; 3) Dòng điện ngắn mạch (kA); 4) Thời gian ngắn mạch (giây); 5) Phạm vi nhiệt độ (℃).
29. Độ uốn cong của cáp quang được giới hạn như thế nào?
Trả lời: Bán kính uốn cong của cáp quang phải không nhỏ hơn 20 lần đường kính ngoài của cáp quang và không nhỏ hơn 30 lần đường kính ngoài của cáp quang trong quá trình thi công (trạng thái không tĩnh).
30. Trong thi công cáp quang ADSS cần chú ý những điều gì?
Trả lời: Có ba công nghệ chính: thiết kế cơ khí cáp quang, xác định điểm treo và lựa chọn và lắp đặt phần cứng hỗ trợ.
31. Có những loại phụ kiện cáp quang chính nào?
Trả lời: Phụ kiện cáp quang là phần cứng được sử dụng để lắp đặt cáp quang, chủ yếu bao gồm: kẹp căng, kẹp treo, bộ chống rung, v.v.
32. Đầu nối sợi quang có hai thông số hiệu suất cơ bản nhất, đó là gì?
Trả lời: Đầu nối sợi quang thường được gọi là khớp nối sống. Đối với các yêu cầu về hiệu suất quang của đầu nối sợi đơn, trọng tâm là hai thông số hiệu suất cơ bản nhất là suy hao chèn và suy hao phản hồi.
33. Có bao nhiêu loại đầu nối cáp quang được sử dụng phổ biến?
Trả lời: Theo các phương pháp phân loại khác nhau, đầu nối sợi quang có thể được chia thành các loại khác nhau. Theo phương tiện truyền dẫn khác nhau, chúng có thể được chia thành đầu nối sợi quang đơn mode và đầu nối sợi quang đa mode; theo cấu trúc khác nhau, chúng có thể được chia thành nhiều loại khác nhau như FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT, v.v.; theo mặt đầu chân của đầu nối, chúng có thể được chia thành FC, PC (UPC) và APC. Đầu nối sợi quang thường dùng: Đầu nối sợi quang loại FC/PC, đầu nối sợi quang loại SC, đầu nối sợi quang loại LC.
34. Trong hệ thống thông tin cáp quang, các mục sau đây thường được tìm thấy. Vui lòng cho biết tên của chúng.
AFC, bộ chuyển đổi FC Bộ chuyển đổi ST Bộ chuyển đổi SC Đầu nối FC/APC, FC/PC Đầu nối SC Đầu nối ST Dây vá LC Dây vá MU Dây vá đơn chế độ hoặc đa chế độ.
35. Độ suy hao chèn (hay độ suy hao chèn) của đầu nối cáp quang là bao nhiêu?
Trả lời: Là giá trị giảm công suất hiệu dụng của đường truyền do việc lắp đầu nối gây ra. Đối với người dùng, giá trị càng nhỏ càng tốt. ITU-T quy định giá trị của nó không được vượt quá 0,5dB.
36. Suy hao phản xạ (hay suy hao phản xạ, suy hao phản xạ, suy hao phản xạ) của đầu nối cáp quang là bao nhiêu?
Trả lời: Đây là phép đo thành phần công suất đầu vào được phản xạ từ đầu nối và trả về dọc theo kênh đầu vào. Giá trị điển hình của nó không được nhỏ hơn 25dB.
37. Sự khác biệt nổi bật nhất giữa ánh sáng phát ra từ điốt phát quang và tia laser bán dẫn là gì?
Trả lời: Ánh sáng do điốt phát quang tạo ra là ánh sáng không liên tục với phổ rộng; ánh sáng do tia laser tạo ra là ánh sáng liên tục với phổ rất hẹp.
38. Sự khác biệt rõ ràng nhất giữa đặc tính hoạt động của điốt phát quang (LED) và laser bán dẫn (LD) là gì?
Trả lời: LED không có ngưỡng, trong khi LD có ngưỡng. Laser chỉ được tạo ra khi dòng điện được đưa vào vượt quá ngưỡng.
39. Có hai loại laser bán dẫn chế độ dọc đơn thường được sử dụng là gì?
Trả lời: Laser DFB và laser DBR, cả hai đều là laser phản hồi phân tán và phản hồi quang học của chúng được cung cấp bởi mạng Bragg phản hồi phân tán trong khoang quang học.
40. Có hai loại thiết bị thu quang chính nào?
Trả lời: Chúng chủ yếu là điốt quang (ống PIN) và điốt quang tuyết lở (APD).
41. Những yếu tố nào gây ra tiếng ồn trong hệ thống truyền thông cáp quang?
Trả lời: Có tiếng ồn do tỷ lệ tiêu biến không đủ tiêu chuẩn, tiếng ồn do cường độ ánh sáng thay đổi ngẫu nhiên, tiếng ồn do độ dao động thời gian, tiếng ồn điểm và tiếng ồn nhiệt của máy thu, tiếng ồn chế độ của sợi quang, tiếng ồn do sự mở rộng xung do tán sắc, tiếng ồn phân bố chế độ của LD, tiếng ồn do tần số chirp của LD và tiếng ồn do phản xạ.
42. Các loại sợi quang chính hiện đang được sử dụng để xây dựng mạng lưới truyền dẫn là gì? Các đặc điểm chính của chúng là gì?
Trả lời: Có ba loại chính, đó là sợi quang đơn mode thông thường G.652, sợi quang đơn mode dịch chuyển tán sắc G.653 và sợi quang dịch chuyển tán sắc khác không G.655.
Sợi quang đơn mode G.652 có độ phân tán lớn ở băng tần C 1530-1565nm và băng tần L 1565-1625nm, thường là 17-22psnm•km. Khi tốc độ hệ thống đạt 2,5Gbit/giây trở lên, cần phải bù tán sắc. Ở tốc độ 10Gbit/giây, chi phí bù tán sắc hệ thống tương đối cao. Đây là loại sợi quang được sử dụng phổ biến nhất trong mạng truyền dẫn hiện tại.
Độ phân tán của sợi quang dịch chuyển phân tán G.653 trong băng tần C và băng tần L thường là -1-3,5psnm•km và không có độ phân tán nào ở 1550nm. Tốc độ hệ thống có thể đạt tới 20Gbit/giây và 40Gbit/giây, khiến nó trở thành sợi quang tốt nhất cho truyền dẫn đường dài cực xa một bước sóng. Tuy nhiên, do đặc tính không có độ phân tán, khi sử dụng DWDM để mở rộng dung lượng sẽ xảy ra hiệu ứng phi tuyến, dẫn đến nhiễu xuyên âm tín hiệu và FWM trộn bốn sóng, do đó không phù hợp với DWDM.
Sợi quang dịch chuyển phân tán không bằng không G.655: Độ phân tán của sợi quang dịch chuyển phân tán không bằng không G.655 trong băng tần C là 1 đến 6 psnm•km và độ phân tán trong băng tần L thường là 6 đến 10 psnm•km. Độ phân tán nhỏ, tránh được vùng phân tán bằng không, ngăn chặn FWM trộn bốn sóng và có thể được sử dụng để mở rộng dung lượng DWDM và mở các hệ thống tốc độ cao. Sợi quang G.655 mới có thể mở rộng diện tích hiệu dụng lên gấp 1,5 đến 2 lần so với sợi quang thông thường. Diện tích hiệu dụng lớn có thể làm giảm mật độ công suất và giảm hiệu ứng phi tuyến tính của sợi quang.
43. Tính phi tuyến tính của sợi quang là gì?
Trả lời: Nghĩa là khi công suất quang của sợi vượt quá một giá trị nhất định, chiết suất của sợi quang sẽ liên quan phi tuyến tính với công suất quang, đồng thời sinh ra tán xạ Raman và tán xạ Brillouin, làm thay đổi tần số ánh sáng tới.
44. Tính phi tuyến tính của sợi quang sẽ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình truyền dẫn?
Trả lời: Hiệu ứng phi tuyến sẽ gây ra một số tổn thất và nhiễu bổ sung, làm giảm hiệu suất của hệ thống. Công suất quang của hệ thống WDM lớn và được truyền đi theo khoảng cách dài dọc theo sợi quang, do đó xảy ra méo phi tuyến. Có hai loại méo phi tuyến: tán xạ kích thích và khúc xạ phi tuyến. Trong số đó, tán xạ kích thích bao gồm tán xạ Raman và tán xạ Brillouin. Hai loại tán xạ trên làm giảm năng lượng của ánh sáng tới, gây ra tổn thất. Có thể bỏ qua khi công suất sợi đầu vào nhỏ.
45. PON (Mạng quang thụ động) là gì?
Trả lời: PON là mạng quang vòng sợi quang trong mạng truy cập người dùng cục bộ, dựa trên các thiết bị quang thụ động như bộ ghép và bộ chia.
Nhiều nguyên nhân gây suy giảm sợi quang
1. Các yếu tố chính gây ra sự suy giảm sợi là: nội tại, uốn cong, đùn, tạp chất, không đồng đều và va chạm.
Nội tại: Là suy hao vốn có của sợi quang, bao gồm: tán xạ Rayleigh, hấp thụ vốn có, v.v.
Uốn cong: Khi sợi quang bị uốn cong, một phần ánh sáng trong sợi quang sẽ bị mất do tán xạ, gây ra suy hao.
Đùn: Mất mát do sợi quang bị uốn cong nhẹ khi bị ép.
Tạp chất: Tạp chất trong sợi quang hấp thụ và phân tán ánh sáng truyền trong sợi quang, gây ra suy hao.
Không đồng đều: Mất mát do chiết suất không đồng đều của vật liệu sợi quang.
Lắp ghép: Tổn thất xảy ra khi lắp ghép sợi quang, chẳng hạn như: trục khác nhau (yêu cầu độ đồng trục của sợi quang đơn mode nhỏ hơn 0,8μm), mặt đầu không vuông góc với trục, mặt đầu không đều, đường kính lõi lắp ghép không khớp và chất lượng hợp nhất kém.
Khi ánh sáng đi vào từ một đầu của sợi quang và đi ra từ đầu kia, cường độ ánh sáng sẽ yếu đi. Điều này có nghĩa là sau khi tín hiệu quang truyền qua sợi quang, một phần năng lượng ánh sáng bị suy yếu. Điều này cho thấy có một số chất nhất định trong sợi quang hoặc vì lý do nào đó, chặn đường đi của tín hiệu quang. Đây là tổn thất truyền dẫn của sợi quang. Chỉ bằng cách giảm tổn thất của sợi quang, tín hiệu quang mới có thể truyền đi thông suốt.
2. Phân loại suy hao sợi quang
Tổn thất sợi quang có thể được chia thành tổn thất vốn có của sợi quang và tổn thất bổ sung do điều kiện sử dụng gây ra sau khi sợi quang được tạo ra. Các phân khu cụ thể như sau:
Suy hao trong sợi quang có thể được chia thành suy hao vốn có và suy hao bổ sung.
Suy hao cố hữu bao gồm suy hao tán xạ, suy hao hấp thụ và suy hao do cấu trúc sợi quang không hoàn hảo.
Tổn thất bổ sung bao gồm tổn thất do uốn cong vi mô, tổn thất do uốn cong và tổn thất do nối.
Trong số đó, tổn thất bổ sung là do con người gây ra trong quá trình lắp đặt sợi quang. Trong các ứng dụng thực tế, việc kết nối từng sợi quang là điều không thể tránh khỏi và kết nối sợi quang sẽ gây ra tổn thất. Việc uốn cong, ép và kéo căng sợi quang cũng sẽ gây ra tổn thất. Đây đều là những tổn thất do điều kiện sử dụng sợi quang gây ra. Lý do chính là trong những điều kiện này, chế độ truyền dẫn trong lõi sợi quang đã thay đổi. Có thể tránh được tổn thất bổ sung càng nhiều càng tốt. Dưới đây, chúng tôi chỉ thảo luận về tổn thất vốn có của sợi quang.
Trong số các tổn thất vốn có, tổn thất tán xạ và tổn thất hấp thụ được xác định bởi các đặc điểm của bản thân vật liệu sợi quang, và tổn thất vốn có gây ra ở các bước sóng làm việc khác nhau cũng khác nhau. Việc hiểu cơ chế tạo ra tổn thất và phân tích định lượng quy mô tổn thất do các yếu tố khác nhau gây ra là vô cùng quan trọng để phát triển sợi quang tổn thất thấp và sử dụng sợi quang hợp lý.
3. Sự mất mát hấp thụ vật liệu
Vật liệu dùng để làm sợi quang có thể hấp thụ năng lượng ánh sáng. Sau khi các hạt trong vật liệu sợi quang hấp thụ năng lượng ánh sáng, chúng rung động và sinh ra nhiệt, năng lượng bị mất đi, do đó tạo ra tổn thất hấp thụ. Chúng ta biết rằng vật chất bao gồm các nguyên tử và phân tử, và các nguyên tử bao gồm các hạt nhân nguyên tử và các electron ngoài hạt nhân, và các electron quay quanh hạt nhân nguyên tử theo một quỹ đạo nhất định. Điều này giống như trái đất mà chúng ta đang sống và các hành tinh như sao Kim và sao Hỏa quay quanh mặt trời. Mỗi electron có một năng lượng nhất định và nằm trên một quỹ đạo nhất định, hay nói cách khác, mỗi quỹ đạo có một mức năng lượng nhất định.
Mức năng lượng quỹ đạo gần hạt nhân thấp hơn, và mức năng lượng quỹ đạo xa hạt nhân hơn thì cao hơn. Kích thước của sự chênh lệch mức năng lượng này giữa các quỹ đạo được gọi là chênh lệch mức năng lượng. Khi một electron chuyển từ mức năng lượng thấp sang mức năng lượng cao, nó hấp thụ năng lượng của sự chênh lệch mức năng lượng tương ứng.
Trong sợi quang, khi một electron ở một mức năng lượng nhất định được chiếu xạ bằng ánh sáng có bước sóng tương ứng với chênh lệch mức năng lượng, electron ở quỹ đạo mức năng lượng thấp sẽ chuyển sang quỹ đạo có mức năng lượng cao hơn. Electron này hấp thụ năng lượng ánh sáng, dẫn đến mất mát hấp thụ ánh sáng.
Silic dioxit (SiO2), vật liệu cơ bản để chế tạo sợi quang, tự hấp thụ ánh sáng. Một loại được gọi là hấp thụ tia cực tím và loại còn lại được gọi là hấp thụ hồng ngoại. Hiện tại, truyền thông sợi quang thường chỉ hoạt động trong phạm vi bước sóng từ 0,8 đến 1,6 μm, vì vậy chúng tôi chỉ thảo luận về tổn thất trong phạm vi hoạt động này.
Đỉnh hấp thụ được tạo ra bởi sự chuyển đổi electron trong thủy tinh thạch anh là khoảng bước sóng 0,1 đến 0,2 μm trong vùng cực tím. Khi bước sóng tăng, hiệu ứng hấp thụ của nó giảm dần, nhưng diện tích bị ảnh hưởng rất rộng, lên đến các bước sóng trên 1 μm. Tuy nhiên, sự hấp thụ tia cực tím có ít tác động đến sợi quang thạch anh hoạt động trong vùng hồng ngoại. Ví dụ, trong vùng ánh sáng khả kiến với bước sóng 0,6 μm, sự hấp thụ tia cực tím có thể đạt tới 1 dB/km, và ở bước sóng 0,8 μm, nó giảm xuống còn 0,2 đến 0,3 dB/km, và ở bước sóng 1,2 μm, nó chỉ còn khoảng 0,1 dB/km.
Sự mất mát hấp thụ hồng ngoại của sợi quang thạch anh là do rung động phân tử của vật liệu hồng ngoại. Có một số đỉnh hấp thụ rung động trong dải trên 2 μm.
Do ảnh hưởng của nhiều thành phần pha tạp trong sợi quang nên sợi quang thạch anh không thể có cửa sổ suy hao thấp trong băng tần trên 2μm và giới hạn suy hao lý thuyết ở bước sóng 1,85μm là ldB/km.
Qua nghiên cứu, người ta cũng phát hiện ra rằng có một số "phân tử phá hoại" trong thủy tinh thạch anh gây ra rắc rối, chủ yếu là một số tạp chất kim loại chuyển tiếp có hại, chẳng hạn như đồng, sắt, crom, mangan, v.v. Những "kẻ xấu" này tham lam hấp thụ năng lượng ánh sáng dưới sự chiếu xạ của ánh sáng, nhảy xung quanh và gây ra tổn thất năng lượng ánh sáng. Loại bỏ "kẻ gây rối" và tinh chế hóa học các vật liệu được sử dụng để chế tạo sợi quang có thể làm giảm đáng kể tổn thất.
Một nguồn hấp thụ khác trong sợi quang thạch anh là hydroxyl (OHˉ). Theo nghiên cứu của thời kỳ đó, người ta phát hiện ra rằng hydroxyl có ba đỉnh hấp thụ trong dải làm việc của sợi quang, đó là 0,95μm, 1,24μm và 1,38μm, trong đó tổn thất hấp thụ ở bước sóng 1,38μm là nghiêm trọng nhất và có tác động lớn nhất đến sợi quang. Ở bước sóng 1,38μm, tổn thất đỉnh hấp thụ do hàm lượng hydroxide chỉ 0,0001 tạo ra cao tới 33dB/km.
Các hydroxide này đến từ đâu? Có nhiều nguồn hydroxide. Đầu tiên, có nước và hợp chất hydroxide trong vật liệu dùng để làm sợi quang. Các hợp chất hydroxide này không dễ bị loại bỏ trong quá trình tinh chế nguyên liệu thô, và cuối cùng vẫn ở trong sợi quang dưới dạng hydroxide; thứ hai, có một lượng nhỏ nước trong hydroxide dùng để làm sợi quang; thứ ba, nước được tạo ra do các phản ứng hóa học trong quá trình sản xuất sợi quang; thứ tư, hơi nước được đưa vào do không khí bên ngoài xâm nhập. Tuy nhiên, quy trình sản xuất hiện tại đã phát triển đến mức khá cao và hàm lượng hydroxide đã giảm xuống mức đủ thấp để có thể bỏ qua tác động của nó đối với sợi quang.
4. Tổn thất phân tán
Trong đêm tối, nếu bạn chiếu đèn pin lên bầu trời, bạn có thể thấy một chùm sáng. Mọi người cũng đã nhìn thấy những chùm sáng dày đặc từ đèn pha trên bầu trời đêm.
Vậy tại sao chúng ta nhìn thấy những chùm sáng này? Đó là vì có rất nhiều hạt nhỏ như khói và bụi lơ lửng trong khí quyển. Khi ánh sáng chiếu vào những hạt này, nó sẽ tán xạ và bắn ra mọi hướng. Hiện tượng này lần đầu tiên được Rayleigh phát hiện, vì vậy mọi người gọi sự tán xạ này là "Rayleigh scattering".
Sự tán xạ xảy ra như thế nào? Hóa ra các hạt nhỏ như phân tử, nguyên tử và electron tạo nên vật chất rung động ở một số tần số cố hữu nhất định và có thể giải phóng ánh sáng có bước sóng tương ứng với tần số rung động. Tần số rung động của một hạt được xác định bởi kích thước của hạt. Hạt càng lớn, tần số rung động càng thấp và bước sóng ánh sáng giải phóng càng dài; hạt càng nhỏ, tần số rung động càng cao và bước sóng ánh sáng giải phóng càng ngắn. Tần số rung động này được gọi là tần số rung động cố hữu của hạt. Tuy nhiên, rung động này không tự tạo ra mà cần một lượng năng lượng nhất định. Khi một hạt được chiếu sáng bằng ánh sáng có bước sóng nhất định và tần số của ánh sáng được chiếu sáng giống với tần số rung động cố hữu của hạt thì sẽ gây ra cộng hưởng. Các electron trong hạt bắt đầu rung động ở tần số rung động này, dẫn đến hạt tán xạ ánh sáng theo mọi hướng và năng lượng của ánh sáng tới được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng của hạt, và hạt phát lại năng lượng dưới dạng năng lượng ánh sáng. Do đó, đối với những người quan sát từ bên ngoài, dường như ánh sáng chiếu vào hạt và sau đó bay ra theo mọi hướng.
Sự tán xạ Rayleigh cũng xảy ra trong sợi quang, và tổn thất ánh sáng do điều này gây ra được gọi là tổn thất tán xạ Rayleigh. Với trình độ công nghệ sản xuất sợi quang hiện tại, có thể nói rằng tổn thất tán xạ Rayleigh là không thể tránh khỏi. Tuy nhiên, vì độ lớn của tổn thất tán xạ Rayleigh tỷ lệ nghịch với lũy thừa bốn của bước sóng ánh sáng, nên tác động của tổn thất tán xạ Rayleigh có thể giảm đáng kể khi sợi quang hoạt động trong vùng bước sóng dài.
5. Thiếu hụt bẩm sinh, không ai có thể giúp được
Cấu trúc sợi quang không hoàn hảo, chẳng hạn như có bọt khí, tạp chất hoặc độ dày không đều trong sợi quang, đặc biệt là giao diện lõi-lớp phủ không đều. Khi ánh sáng đến những nơi này, một phần ánh sáng sẽ bị tán xạ theo mọi hướng, gây ra tổn thất. Có thể khắc phục tổn thất này bằng cách cải thiện quy trình sản xuất sợi quang. Sự tán xạ khiến ánh sáng phát ra theo mọi hướng và một phần ánh sáng tán xạ được phản xạ trở lại theo hướng ngược lại với hướng truyền của sợi quang. Phần ánh sáng tán xạ này có thể được tiếp nhận ở đầu tới của sợi quang. Sự tán xạ ánh sáng khiến một phần năng lượng ánh sáng bị mất, điều này không mong muốn. Tuy nhiên, chúng ta cũng có thể sử dụng hiện tượng này, vì nếu chúng ta phân tích cường độ của phần ánh sáng nhận được ở đầu truyền, chúng ta có thể kiểm tra các điểm gãy, khuyết tật và tổn thất của sợi quang này. Theo cách này, thông qua sự khéo léo của con người, những điều xấu có thể biến thành điều tốt.
Mất sợi quang Trong những năm gần đây, truyền thông sợi quang đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Một vấn đề quan trọng trong việc thực hiện truyền thông sợi quang là giảm thiểu tối đa tổn thất của sợi quang. Cái gọi là tổn thất đề cập đến sự suy giảm của sợi quang trên một đơn vị chiều dài, và đơn vị là dB/km. Mức độ mất sợi quang ảnh hưởng trực tiếp đến khoảng cách truyền hoặc khoảng cách giữa các trạm chuyển tiếp. Do đó, việc hiểu và giảm tổn thất sợi quang có ý nghĩa thực tế to lớn đối với truyền thông sợi quang.
1. Mất mát hấp thụ của sợi quang
Nguyên nhân là do sự hấp thụ năng lượng ánh sáng của vật liệu sợi quang và tạp chất. Chúng tiêu thụ năng lượng ánh sáng dưới dạng năng lượng nhiệt trong sợi quang, đây là một tổn thất quan trọng trong tổn thất sợi quang. Tổn thất hấp thụ bao gồm:
① Mất mát hấp thụ nội tại của vật liệu Đây là mất mát do hấp thụ nội tại của vật liệu. Nó có hai dải, một dải trong vùng 8-12μm của cận hồng ngoại. Sự hấp thụ nội tại của dải này là do rung động. Dải hấp thụ nội tại khác của vật liệu nằm trong dải cực tím. Khi sự hấp thụ rất mạnh, đuôi của nó sẽ bị kéo về dải 0,7-1,1μm.
②Tổn thất hấp thụ do tạp chất và ion tạp chất Vật liệu sợi quang chứa các kim loại chuyển tiếp như sắt, đồng, crom, v.v. Chúng có các đỉnh hấp thụ và dải hấp thụ riêng và thay đổi theo trạng thái hóa trị của chúng. Tổn thất sợi quang do hấp thụ các ion kim loại chuyển tiếp phụ thuộc vào nồng độ của chúng. Ngoài ra, sự hiện diện của OH- cũng tạo ra tổn thất hấp thụ. Đỉnh hấp thụ cơ bản của OH- gần 2,7μm và dải hấp thụ nằm trong phạm vi 0,5-1,0μm. Đối với sợi quang thạch anh nguyên chất, tổn thất do tạp chất gây ra có thể được bỏ qua.
③ Mất mát hấp thụ khuyết tật nguyên tử Khi vật liệu sợi quang bị nung nóng hoặc bức xạ mạnh, nó sẽ bị kích thích để tạo ra khuyết tật nguyên tử, dẫn đến hấp thụ ánh sáng và mất mát, nhưng nhìn chung hiệu ứng này rất nhỏ.
2. Suy hao do tán xạ của sợi quang
Sự tán xạ bên trong sợi quang sẽ làm giảm công suất truyền và tạo ra tổn thất. Sự tán xạ quan trọng nhất là tán xạ Rayleigh, do mật độ và thành phần thay đổi bên trong vật liệu sợi quang.
Trong quá trình gia nhiệt vật liệu sợi quang, do sự khuấy động nhiệt, độ nén của các nguyên tử không đồng đều, mật độ vật liệu không đồng đều, sau đó chiết suất không đồng đều. Sự không đồng đều này được cố định trong quá trình làm mát và kích thước của nó nhỏ hơn bước sóng của sóng ánh sáng. Khi ánh sáng gặp những vật liệu không đồng đều này nhỏ hơn bước sóng của sóng ánh sáng và có những dao động ngẫu nhiên trong quá trình truyền, hướng truyền bị thay đổi, xảy ra hiện tượng tán xạ và mất mát. Ngoài ra, nồng độ oxit không đồng đều có trong sợi quang và pha tạp không đồng đều cũng có thể gây ra hiện tượng tán xạ và mất mát.
3. Tổn thất tán xạ của ống dẫn sóng
Đây là sự tán xạ gây ra bởi sự biến dạng ngẫu nhiên hoặc độ nhám của giao diện. Trên thực tế, đó là sự chuyển đổi chế độ hoặc sự ghép nối chế độ gây ra bởi sự biến dạng hoặc độ nhám của bề mặt. Một chế độ sẽ tạo ra các chế độ truyền dẫn và chế độ bức xạ khác do sự dao động của giao diện. Vì sự suy giảm của các chế độ khác nhau được truyền trong sợi quang là khác nhau, nên trong quá trình chuyển đổi chế độ đường dài, chế độ có độ suy giảm thấp sẽ trở thành chế độ có độ suy giảm lớn. Sau khi chuyển đổi liên tục và chuyển đổi ngược, mặc dù tổn thất của từng chế độ sẽ được cân bằng, nhưng chế độ nói chung sẽ tạo ra tổn thất bổ sung, nghĩa là tổn thất bổ sung được tạo ra do sự chuyển đổi chế độ. Tổn thất bổ sung này là tổn thất tán xạ của ống dẫn sóng. Để giảm tổn thất này, cần phải cải thiện quy trình sản xuất sợi quang. Đối với các sợi quang được kéo tốt hoặc có chất lượng cao, về cơ bản có thể bỏ qua tổn thất này.
4. Mất mát bức xạ do uốn cong sợi quang
Sợi quang mềm và có thể uốn cong. Tuy nhiên, sau khi uốn cong đến một mức độ nhất định, mặc dù sợi quang có thể dẫn ánh sáng, nhưng nó sẽ thay đổi đường truyền của ánh sáng. Việc chuyển đổi từ chế độ truyền sang chế độ bức xạ khiến một phần năng lượng ánh sáng thâm nhập vào lớp vỏ bọc hoặc đi qua lớp vỏ bọc để trở thành chế độ bức xạ và rò rỉ ra ngoài, do đó tạo ra tổn thất. Khi bán kính uốn cong lớn hơn 5 đến 10 cm, tổn thất do uốn cong gây ra có thể được bỏ qua.
Nguồn: Công ty TNHH Công nghệ sợi Dongguan HX
