Page 1
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, các hệ thống thông tin được phát triển
mạnh mẽ hơn bao giờ hết, đáp ứng được phần nào sự bùng nổ thông tin
trên toàn thế giới. Các mạng thông tin điện hiện đại có cấu trúc điển hình
gồm các nút mạng được tổ chức nhờ các hệ thống truyền dẫn khác nhau
như cáp đối xứng, cáp đồng trục, sóng vi ba, vệ tinh… Nhu cầu thông tin
ngày càng tăng, đòi hỏi số lượng kênh truyền dẫn rất lớn, song các hệ
thống truyền dẫn kể trên không tổ chức được các luồng kênh cực lớn.
Đối với kỹ thuật thông tin quang, người ta đã có thể tạo ra được các
hệ thống truyền dẫn tới vài chục Gb/s. Một số nước trên thế giới ngày
nay, hệ thống truyền dẫn quang đã chiếm trên 50% toàn bộ hệ thống
truyền dẫn. Xu hướng mới hiện nay của ngành Viễn thông thế giới là cáp
quang hoá hệ thống truyền dẫn nội hạt, quốc gia, và đường truyền dẫn
quốc tế.
Đối với Việt Nam chúng ta, với chính sách đi thẳng vào công nghệ
hiện đại, trong những năm qua, ngành Bưu điện Việt Nam đã hoàn thành
vô hoá mạng lưới truyền dẫn liên tỉnh, xây dựng và đưa vào sử dụng hệ
thống truyền dẫn quang quốc gia 2,5 Gb/s với cấu hình Ring. Và trong
giai đoạn hiện nay ngành đang chủ trương cáp quang hoá mạng thông tin
nội hạt, mạng trung kế liên đài… do những ưu điểm siêu việt của cáp sợi
quang.
Thành phần chính của hệ thống truyền dẫn quang là các sợi dẫn
quang được chế tạo thành cáp sợi quang. Sợi quang với các thông số của
nó quyết định các đặc tính truyền dẫn trên tuyến. Do đó, đòi hỏi phải xác
định chính xác các thông số của nó.
Thông thường, thông số của sợi quang đã được xác định do nhà sản
xuất. Tuy nhiên, khi sử dụng nó, trong thi công, lắp đặt, sử dụng… ta
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 2
cũng cần đo đạc lại vài thông số cần thiết cho một tuyến cáp sợi quang
như : suy hao toàn tuyến, suy hao trung bình, suy hao hàn nối, suy hao
ghép, khoảng cách của cuộn cáp sử dụng, khoảng cách của toàn tuyến…
Trong đó, quan trọng nhất là phải xác định một cách tương đối chính xác
của sự cố xảy ra trên tuyến.
Một trong các phương pháp để xác định của thông số trên đang
được sử dụng rộng rãi là sử dụng thiết bị OTDR để đo. Trong bản đồ án
này, nêu ra các phương pháp đo, trong đó giới thiệu các phương thức đo
được bằng OTDR, đồng thời cũng nêu ra những yếu tố ảnh hưởng đến sai
số của phép đo.
Với thời gian có hạn, kiến thức còn hạn hẹp, bản đồ án này còn có
nhiều thiếu sót, rất mong có sự đóng góp của các thầy cô giáo.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã tận tình quan tâm giúp đỡ
tôi đẻ hoàn thành được bản đồ án này.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 3
CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SỢI QUANG
1.1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN QUANG
1.1.1. Sự phát triển của hệ thống thông tin quang.
Thông tin xuất hiện trong xã hội loài người từ rất sơm, từ xa xưa
con người đã biết sử dụng lửa và phản chiếu ánh sáng để báo hiệu cho
nhau và đây có thể coi là một hình thức thông tin bằng ánh sáng sơm nhất.
Sau đó, các hình thức thông tin phong phú dần và ngày càng được phát
triển thành những hệ thống thông tin hiện đại như ngày nay. Ở trình độ
phát triển cao về thông tin như hiện nay, các hệ thống thông tin quang
được coi là các hệ thống thông tin tiên tiến bậc nhất, nó đã được triển
khai nhanh trên mạng lưới viễn thông các nước trên thế giới với đủ mọi
cấu hình linh hoạt, ở các tốc độ và cự ly truyền dẫn phong phú, đảm bảo
chất lượng dịch vụ viễn thông tốt nhất. Ở nước ta ta, các hệ thống thong
tin quang đã được phát triển rộng khắp cả nước trong những năm gần đây,
và đang đóng vai trò chủ đạo trong mạng truyền dẫn hiện tại.
Để có được vị trí như ngày nay, các hệ thống thông tin quang đã trải
qua sự phát triển nhanh chóng đáng ghi nhớ của nó. Vào năm 1960, việc
phát minh ra laser để làm nguồn phát quang đã mở ra một thời kỳ mới có
ý nghĩa rất to lớn trong líchử của kỹ thuật thông tin sử dụng dải tần số
ánh sáng. Vào thời điểm đó, hàng loạt các thực nghiệm về thông tin trên
bầu khí quyển được tiến hành ngay sau đó. Tuy nhiên, chi phí cho các
công việc này quá tốn kém, kinh phí cho việc sản xuất các thành phần
thiết bị để vượt qua được các cản trở do điều kiện thời tiết tự nhiên đã gây
ra là con số khổng lồ. Chính vì vậy chưa thu hút được sự chú ý của mạng
lưới.
Bên cạnh đó, một hướng nghiên cứu khác đã tạo được hệ thống
truyền tin đáng tin cậy hơn thông tin qua khí quyển là sự phát minh ra sợi
dẫn quang. Các sợi dẫn quang lần đầu tiên được chế tạo mặc dù có suy
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 4
hao rất lớn (tới khoảng 1000dB/km) đã tạo ra được một mô hình hệ thống
có xu hướng linh hoạt hơn. Năm 1966 Kao và một số nàh khoa học khác
đã tìm ra bản chất suy hao của sợi dẫn quang. Những nhận định này đã
được sáng tỏ khi Kapron, Keck và Maurer chế tạo thành công sợi thuỷ
tinh có suy hao 20 dB/km vào năm 1970. Suy hao này nhỏ hơn nhiều so
với thời điểm đầu chế tạo sợi và cho phép tạo ra cự ly truyền dẫn tương
đương với các hệ thống truyền dẫn bằng cáp đồng. Với sự cố gắng không
ngừng của các nhà nghiên cứu, các sợi dẫn quang có suy hao nhỏ hơn lần
lượt ra đời. Cho tới đầu những năm 1980, các hệ thống thông tin trên sợi
dẫn quang đã được phổ biến khá rộng với vùng bước sóng làm việc
1300mm. Cho tới nay, sợi dẫn quang đã đạt tới mức suy hao rất nhỏ tới <
0,2 dB/km tại bươcsongs 1550nm đã cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của
công nghệ sợi quang trong những năm qua. Cùng với công nghệ chế tạo
các nguồn phát triểnát và thu quang, sợi dẫn quang đã tạo ra các hệ thống
thông tin quang với nhiều ưu điểm trội hơn hẳn so với các hệ thống thông
tinâcps kim loại là :
-Suy hao truyền dẫn rất nhỏ.
-Bằng tần truyền dẫn lớn.
-Không bị ảnh hưởng của nhiếu điện từ
-Có tính bảo mật tín hiệu thông tin.
-Có kích thước và trọng lượng nhỏ.
-Sợi có tính cách điện tốt.
-Tin cậy và linh hoạt.
-Sợi được chế tạo từ vật liệu rất sẵn có.
Do các ưu điểm trên mà các hệ thống thông tin quang được áp dụng
rộng rãi trên mạng lưới. Chúng có thể được xây dựng làm các tuyến
đường trục, trung kế, liên tỉnh, thuê bao kéo dài cho tới cà việc truy nhập
vào mạng thuê bao linh hoạt và đáp ứng được mọi môi trường lắp đặt từ
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 5
trong nhà, trong các cấu hình thiết bị cho tới xuyên lục địa, vượt đại
dương v.v… Các hệ thống thông tin quang cũng rất phù hợp với các hệ
thống truyền dẫn số không loại trừ tín hiệu dưới dạng ghép kênh nào, các
tiêu chuẩn Bắc Mỹ, châu Âu hay Nhật Bản.
Hiện nay, các hệ thống thông tin quang đã được áp dụng rộng rãi
trên thế giới, chúng đáp ứng cả tín hiệu tương tự (analog) và số (digital),
chúng cho phép truyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp và băng
rộng, đáp ứng đầy đủ mọi yêu cầu của mạng số hoá liên kết đa dịch vụ
(ISDN). Số lượng cáp quang hiện nay được lắp đặt trên thế giới với số
lượng rất lớn, ở đủ mọi tốc độ truyền dẫn với các cự ly khác nhau, các cấu
trúc mạng đa dạng. Nhiều nước lấy cáp quang là môi trường truyền dẫn
chính trong mạng lưới viễn thông của họ. Các hệ thống thông tin quang sẽ
là mũi đôtj phá về tốc độ, cự ly truyền dẫn và cấu hình linh hoạt cho các
dịch vụ viễn thông cấp cao.
1.1.2. Cấu trúc và các thành phần chính trong tuyến truyền dẫn quang.
Cho tới nay, các hệ thống thông tin quang đã trải qua nhiều năm
khai thác trên mạng lưới dưới cấu trúc truyền khác nhau. Nhìn chung, các
hệ thống thông tin quang thường phù hợp hơn cho việc truyền dẫn tín hiệu
số và hầu hết các quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang đều đi
theo hướng này. Theo quan niệm thống nhất như vậy, ta có thế xem xét
cấu trúc của tuyến thông tin quang bao gồm các thành phần chính như
hình 1.1 dưới đây :
Hình 1.1. Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang.
Bộ thu quang
Mạch điều khiển
Nguồn phát quang
Đầu thu quang
Chuyển đổi tín hiệu
Tín hiệu điện v�o
Tín hiệu điện ra
Bộ phát quang Sợi quang
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 6
Các thành phần chính của tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi
quang và phần thu quang. Phần phát quang được cấu tạo gồm có nguồn
phát tín hiệu quang và các mạch điện điều khiển liên kết với nhau. Cáp
sợi quang gồm có các sợi dẫn quang và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo
vệ khỏi tác động có hại từ môi trường bên ngoài. Phần thu quang do bộ
tách sóng quang và các mạch khuếch đại, tái tạo tín hiệu hợp thành. Ngoài
các thành phần chủ yếu này, tuyến thông tin quang còn có các bộ ghép nối
quang (Connector). Các mối hàn, các bộ ghép nối quang, chia quang vấcc
trạm lặp, tất cả tạo nên một tuyến thông tin quang hoàn chỉnh.
Tương tự như cápđồng, cáp sợi quang được khai thác với những
điều kiện lắp đặt khác nhau. Chúng có thể được trao ngoài trời, chôn trực
tiếp dưới đất, kéo trong cổng, đặt dưới biển. Tuỳ thuộc vào các điều kiện
lắp đặt khác nhau mà độ dài chế tạo của cáp cũng khác nhau, có thể dài từ
vài trăm mét tới vài kilomet. Tuy nhiên đôi khi thi công, các kích cỡ của
cáp cũng phụ thuộc vào từng điều kiện cụ thể, chẳng hạn như cáp đượ kéo
trong cống sẽ không thể cho phép dài được, cáp có độ dài khá lớn thường
được dùng cho treo hoặc chôn trực tiếp. Các mối hàn sẽ kết nối các độ dài
cáp thành độ dài tổng cộng của tuyến được lắp đặt.
Sợi quang có cấu trúc rất mảnh. Nó được cấu tạo chủ yếu bằng vật
liệu thuỷ tinh. Dạng của sợi quang là hình ống trụ gồm hai lớp thuỷ tinh
lồng vào nhau và có độ đồng tâm cao. Đường kính của lõi dẫn ánh sáng
vào khoảng 50µm đối với sợi đơn mode. Đường kính ngoài của lớp vỏ
phản xạ thông thường vào khoảng 125µm cho cả 2 loại sợi. Có ba loại sợi
quang là sợi đa mode chỉ số chiết suất phân bậc, sợi đa mode chỉ số chiết
suất gradien, và sợi quang đơn mode. Tham số quan trọng nhất của cáp
sợi quang tham gia quyết định độ dài của tuyến là suy hao sợi quang theo
bước sóng. Đặc tuyến suy hao của sợi quang theo bước sóng tồn tại ba
vùng mà tại đó có suy hao thấp là các vùng bước sóng 850nm, 1300nm,
1550nm. Ba vùng bước sóng này được sử dụng cho các hệ thống thông tin
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 7
quang và gọi là các vùng cửa sổ thứ nhất, cửa sổ thứ hai và cửa sổ thứ ba
tương ứng.
Thiết bị phát quang có nhiệm vụ phát ánh sáng mang tín hiệu vào
đường truyền sợi quang. Cấu trúc thiết bị phát quang gồm có nguồn phát
quang, mạch điều khiển điện, và mạch tiếp nhận tín hiệu đầu vào. Nguồn
phát quang ở thiết bị phát có thể sử dụng đioe phát quang (LED) hoặc
Laser bán dẫn (LD). Tín hiệu ở đầu vào thiết bị phát ở dạng số hoặc đôi
khi códạng tương tự sẽ được tiếp nhận để đưa vào phần điều khiển. Mạch
điều khiển thực hiện biến đổi tín hiệu điện dưới dạng điện áp thành xung
dòng. Cuốicùng nguồn phát sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu điện này thành
tín hiệu quang tương ứng và phát vào sợi quang. Hình 1.2 là sơ đồ khối
của thiết bị phát quang.
Hình 1.3. Sơ đồ thiết bị phát quang
Tín hiệu ánh sáng đã được điều chế tại nguồn phát quang sẽ lan
truyền dọc theo sợi dẫn quang để tới phần thu quang khi truyền trên sợi
dẫn quang, tín hiệu ánh sáng thường bị suy hao và méo do các yếu tố hấp
thụ, tán xạ, tán sắc gây nên. Bộ tách sóng quang ở phần thu thực hiện
trực tiếp nhận ánh sáng và tách lấy tín hiệu từ hướng phát tới. Tín hiệu
quang được biến đổi trực tiếp trở lại thành tín hiệu điện. Các photodiôt
PIN và photodiode thác APD đều có thểư dụng làm các bộ tách sóng
quang trong các hệ thống thông tin quang, cả hai loại này đều có hiệu suất
làm việc cao và có tốc độ chuyển đổi nhanh. Các vật liệu bán dẫn chế tạo
nênghiên cứuác bộ tách sóng quang sẽ quyết định bước sóng làm việc của
chúng và đuôi sợi quang đầu vào của các bộ tách sóng quang cũng phải
phù hợp với sợi dẫn quang được sử dụng trên tuyến lắp đặt. Yếu tố quan
Mã hoá Điều
khiển
Nguồn phát
Tín hiệu v�o
Clock v�o
Sợi quang
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 8
trọng nhất phản ánh hiệu suất làm việc của thiết bị thu quang là độ nhạy
thu quang, nó mô tả công suất quang nhỏ nhất có thể thu được ở một tốc
độ truyền dẫn số nào đó ứng với tỷ lệ lỗi bit của hệ thống; điều này tưng
tự như tỷ số tín hiệu trên tạp âm ở các hệ thống truyền dẫn tương tự. Sau
khi tín hiệu quang được tách tại bộ tách sóng quang, tín hiệu điện thu
được tại đầu ra photodiode sẽ được khuếch đại và khôi phục trởvề dạng
tín hiệu như ở đầu vào thiết bị phát. Như vậy sơ đồ của thiết bị thu quang
sẽ có thể được mô tả như hình 1.4 sau :
Hình 1.4. Sơ đồ thiết bị thu quang sô.
1.1.3. Những ưu điểm và ứng dụng của thông tin sợi quang.
So với dây kim loại, sợi quang có nhiều ưu điểm đáng chú ý là :
-Suy hao thấp : Cho phép kéo dài khoảng cách tiếp vận và do đó
giảm được số trạm tiếp vận.
-Dải thôgn tin rất rộng : có thể thiết lập hệ thống truyền dẫn tốc độ
cao.
-Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ : dễ lắp đặt và chiếm ít chỗ.
-Hoàn toàn cách điện : không chịu ảnh hưởng của sấm sét.
-Không bị can nhiễu bởi trường điện từ : vẫn hoạt động trong vùng
có nhiễu điện từ mạnh.
-Vật liệu chế tạo có rất nhiều trong thiên nhiên.
tách sóng photodiode
Khuếch đại
Điều chỉnh
Quyết định Tín hiệu ra
Clock ra
Sợi quang
Trích Clock
Giải mã
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 9
Nói chung, dùng hệ thống thông tin sợi quang kinhtế hơn so với sợi
kim loại với cùng dung lượng và cự ly.
Sợi quang được ứng dụng trong thông tin và một số mục đích khác.
Vị trí của sợi quang trong mạng lưới thông tin trong giai đoạn hiện nay
bao gồm :
-Mạng đường trục Quốc gia.
-Đường trung kế.
-Đường cáp thả biển liên quốc gia.
-Đường truyền số liệu.
-Mạng truyền hình.
Và sắp tới, mạng viễn thông Việt Nam sẽ đưa vào sử dụng.
-Thuê bao cáp sợi quang.
-Mạng số đa dịch vụ ISDN.
1.2. LÝ THUYẾT VỀ SỢI QUANG.
1.2.1. Nguyên lý truyền anhsangs trong sợi quang.
1.2.1.1. Chiết suất của môi trường.
Chiết suất của môi trường được xác định bởi tỷ số của vận tốc ánh
sáng truyền trong chân không và vận tốc ánh sáng truyền trong môi
trường ấy.
V
Cn =
n : Chiết suất của môi trường, không có đơn vị.
C : Vận tốc ánh sáng trong chân không, đơn vị m/s
V : vận tốc ánh sáng trong môi trường, đơn vị m/s.
Vì V ≤ C nên n ≥ 1.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 10
Chiết suất của một môi trường phụ thuộc vào bước sóng của ánh
sáng truyền trong nó.
Các nguồn quang dùng trong thông tin quang phát ra anhsangs trong
một khoảng hẹp chứ không phải chỉ có một bước sóng. Do đó vận tốc
truyền của nhóm ánh sáng này được gọi là vận tốc nhóm Vnh và chiết
suốt môi trường cũng được đánh giá theo chiết suất nhóm : nnh.
λλ
d
dnnnnh −=
1.2.1.2. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng.
Khi tia sáng truyền trong môi trường 1 đến mặt ngăn cách với môi
trường 2 thì tia sáng tách thành 2 tia mới : một tia phản xạ lại môi trường
1 và một tia khúc xạ sang môi trường 2. Tia phản xạ và tia khúc xạ quan
hệ với tia tới như sau :
-Càng nằm trong mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới và pháp
tuyến của mặt ngăn cách tại điểm tới).
-Góc phản xạ bằng góc tới : θ’1=θ1.
-Góc khúc xạ được xác định từ công thức Snell :
n1sinθ1= n1sinθ2.
Hình 1.5. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng.
1.2.1.3. Sự phản sạ toàn phần.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 11
Từ công thức Senll đã nêu trên ta thấy :
-Nếu n1 < n2 thì θ1 > θ2 : Tia khúc xạ gãy về phía gần pháp tuyến
-Nếu n1 > n2 thì θ1 < θ2 : Tia khúc xạ gãy về phía gần pháp tuyến
hơn.
Trường hợp n1 > n2, nếu tăng θ1 thì θ2 cũng tăng và θ2 luôn lớn
hơn θ1 . Khi θ2 = 900, tức tia khúc xạ song song với mặt tiếp giáp, thì θ1
được gọi là góc tới hạn : θth ; nếu tiếp tục tăng θ1 > θth thì không còn tia
khúc xạ mà chỉ có tia phản xạ (hình 1.6). Hiện tượng này được gọi là sự
phản xạ toàn phần.
Dựa vào định luật khúc xạ ánh sáng (công thức Snell)với θ2 = 900
có thể tích được góc tới hạn θth .
1
2
1
2
n
narcSinhay
n
nSin thth == θθ
Hình 1.6. Sự phản xạ toàn phần.
1.2.2. Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang.
1.2.2.1. Nguyên lý truyền dẫn chung.
Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang được chế tạo
gồm một lõi (core) bằng thuỷ tinh có chiết suất n1 và một lớp vỏ phản
xạ(Clalding) cũng bằng thuỷ tinh có chiết suất n2 với n1 > n2 (hình 1.7),
ánh sáng truyền trong lõi sợi quang sẽ phản xạ đi phản xạ lại nhiều lần
(phản xạ toàn phần) trên mặt tiếp giáp giữa lõi và lớp vỏ phản xạ . Do đó
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 12
ánh sáng có thể truyền được trong sợi có cự ly dài ngay cả khi sợi bị uốn
cong nhưng với một độ cong có giới hạn.
Hình 1.7. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang.
1.2.2.2. Khẩu độ số NA.
Sự phản xạ toàn phần chỉ xảy ra đối với những tia sáng có góc tới ở
đầu sợi nhỏ hơn góc tới hạn θth (hình 1.8). Sin của góc tới hạn này được
gọi là khẩu độ số, ký hiệu NA :
NA = Sin θth .
Hình 1.8. Đường truyền của tia sáng với góc tới khác nhau.
Áp dụng công thức Snell tính NA :
Tại điểmA đối với tia 2 :
nosinθmax = n1sin(900 - θth)
mà n0 = 1 (chiết suất của không khí
sin (900 - θth ) = cosθth )
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 13
1
221
2220 ;1sin190(
n
nviSin
n
nSin ththth =−=−=− θθθ
Do đó : ∆≈−== 2122
21max nnnSinNA θ
Trong đó 1
2121
22
21
2 n
nn
n
nn −≈
−=∆ : độ lệch chiết suất tương đối.
Độ lệch chiết suất tương đối ∆ có giá trị khoảng từ 0,002 đến 0,013
(tức là từ 0,2% đến 1,3%).
1.2.3. Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang.
Cấu trúc chung của sợi quang gồm một lõi bằng thuỷ tinh có chiết
suất lớn và một lớp vỏ bọc cũng bằng thuỷ tinh nhưng có chiết suất nhỏ
hơn. Chiết suất của lớp bọc không thay đổi, còn chiết suất của lõi nói
chung thay đổi theo bán kính (khoảng cách tính từ trục của sơi ra). Sự
biến thiến chiết suất theo bán kính được viết dưới dạng tổng quát như sau,
và đường biểu diễn như trên hình 1.9.
∆−
=
2
2
1
1 ]][1[
n
a
rn
ng
r ; r ≤ a (trong lõi) ; a < r ≤ b (lớp bọc)
Trong đó : n1 : là chiết suất lớn nhất ở lõi
n2 : là chiết suất lớp bọc.
1
21
n
nn −=∆ : độ chênh lệch chiết suất.
r : Khoảng cách tính từ trục sợi đến điểm tính chiết suất.
a : bán kính lõi sợi.
b : bán kính lớp bọc.
g : số mũ quyết định dạng biến thiến , g ≥ 1.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 14
Các giá trị thông dụng của g :
g = 1 : dạng tam giác.
g = 2 : dạng parabol
g →∞ : dạng nhảy bậc.
Hình 1.9. Các dạng phân bố chiết suất.
1.2.3.1. Sợi quang có chiết suất nhảy bậc (sợi SI).
Đây là loại sợi có cấu tạo đơn giản nhất với chiết suất của lõi và lớp
bọc khác nhau một cách rõ rệt như hình bậc thang. Các tia từ nguồn quang
phóng vào đầu sợi với góc tới khác nhau sẽ truyền theo những đường
khác nhau như hình 1.10.
Hình 1.10 : truyền ánh sáng trong sợi có chiết suất bậc (CI).
Các tia sáng truyền trong lõi sợi cùng với vận tốc mà chiều dài
đường truyền khác nhau nên thời gian truyền sẽ khác nhau trêncùng một
chiều dài sợi. Điều này dẫn đến một hiện tượng. Khi đưa một xung ánh
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 15
sáng vào một đầu sợi lại nhận được một xung ánh sáng rộng hơn ở cuối
sợi, là hiện tượng tán sắc.
Do có độ tán sắc lớn nên sợi SI không thể truyền tín hiệu số có tốc
độ cao qua cự ly dài được. Nhược điểm này có thể khắc phục được trong
loại sợi có chiết suất giảm dần.
1.2.3.2. Sợi quang có chiết suất giảm dần (sợi GI).
Sợi GI có dạng phân bố chiết suất lõi hình Parabol.
≤<
≤∆−=
bran
ara
rn
n r
;
;])(1[
1
2
12
1)(
Vì chiết suóât thay đổi một cách liên tục nên tia sáng truyền trong
lõi bị uốn cong dần như hình 1.11 sau :
Hình 1.11. Truyền ánh sáng trong sợi GI.
Đường truyền của các tia sáng trong sợi GI cũng không bằng nhau
nhưng vận tốc truyền cũng thay đổi theo. Các tia truyền xa trục có đường
truyền dài hơn nhưng có vận tốc truyền lớn hơn và ngược lại, các tia
truyền gần trục có đường truyền ngắn hơn nhưng vận tốc truyền lại nhỏ
hơn. Tia truyền dọc theo trục có đường truyền ngắn nhất. Nhưng đi với
vận tốc nhỏ nhất vì chiết suất ở trục là lớn nhất. Nếu chế tạo chính xác, sự
phân bố chiết suất theo đường parabol (g = 2) thì đường đi của các tia
sáng có dạng hình sin và thời gian truyền của các tia này bằng nhau. Độ
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 16
tán sắc của sợi GI nhỏ hơn nhiều so với sợi SI . Ví dụ : độ chênh lệch thời
gian truyền 1 km chỉ khoảng 0,1ns.
Cần lưu ý rằng góc mở θ ở đầu sợi GI cũng thay đổi theo bán kính r
vì n1 là hàm n1(r).
NAa
rNAnrnSin r ≤−=−= 22
21)( )(1)(θ
Trên trục sợi : r = 0 thì θ(O) = θmax.
Trên mặt giao tiếp r = a thì θ(a) = 0.
1.2.3.3. Các dạng chiết suất khác .
Hai dạng chiết suất SI và GI được dùng phổ biến. Ngoài ra còn một
số dạng chiết suất khác nằhm đáp ứng nhu cầu đặc biệt như :
*Dạng giảm chiết suất lớp bọc : (Hình 1.12.a).
Trong kỹ thuật chế tạo sợi quang, muốn thuỷ tinh có chiết suất lớn
phải tiêm nhiều tạp chất vào, điều này tang suy hao. Dạng giảm chiết suất
lỡp bọc nhằm đảm bảo độ lệch chiết suất ∆ nhưng có chiết suất lõi n1
không cao.
*Dạng dịch độ tán sắc : (Hình 1.12b).
Như đã biết, độ tán sắc tổng cộng của sợi quang sẽ triệt tiêu ở bước
sóng gần 1300 nm. Người ta có thể dịch điểm có độ tán sắc triệt tiêu đến
bước sóng 1550nm bằng cách dùng sợi quang có dạng chiết suất như hình
1.12b.
*Dạng san bằng tán sắc.
Với mục đích làm giảm độ tán sắc của sợi quang trong một khoảng
bước sóng. Chẳng hạn đáp ứng cho kỹ thuật ghép kênh, như hình 1.12.c.
Dạng chiết suất này khá phức tạp nên hiện nay chỉ mới áp dụng trong thí
nghiệm chứ chưa đưa ra thực tế.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 17
Hình 1.12 : Các dạng chiết suất đặc biệt.
1.2.4. Sợi đa mode và đơn mode :
Có hai hướng để khảo sát sự truyền ánh sáng trong sợi quang : một
hướng dùng lý thuyết tia sáng và một hướng dùng lý thuyết sóng ánh
sáng. Thường thường lý thuyết tia sáng được áp dụng vì nó đơn giản, dễ
hình dung. Song cũng có những khái niệm không thể dùng lý thuyết tia để
diễn tả một cách chính xác, người ta phải dùng đến lý thuyết sóng. Mode
là một trong những khái niệm đó.
Sóng ánh sáng cũng là một sóng điện từ có thể áp dụng các phương
trình Maxwell với điều kiện biên cụ thể của sợi quang để xác định biểu
thức sóng truyền trong nó. Dựa trên biểu thức sóng đã xác định có thể
phân tích các đặc điểm truyền dẫn của sóng.
Trong khuôn khổ có hạn, ta sẽ không trình bày các bước giải
phương trình maxwell mà chỉ nêu lên các thông số rút ra từ kết quả có
liên quan đến đặc tính truyền dẫn của sợi quang.
Một Mode sóng là một trạng thái truyền ổn định của ánh sáng trong
sợi. Khi truyền trong sợi ánh sáng đi theo nhiều đường, trạng thái ổn định
của các đường này được gọi là những mode. Có thể hình dung gần đúng
một mode ứng với một tia sáng. Các mode được ký hiệu LPVµ với v = 0,
1, 2, 3, .... và µ = 1, 2, 3, ... Mode thấp nhất là LP01.
Số mode truyền được trong sợi phụ thuộc các thông số của sợi,
trong đó có thừa số V.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 18
NAakNAan
V ....2
==λ
Trong đó : a : là bán kính lõi sợi.
λ : là bước sóng.
λ
nK
2= : là số sóng.
NA : là khẩu độ số.
Một cách tổng quát, số mode N truyền được trong sợi tính gần đúng
như sau :
2.
2
2
+≈
g
gVN
Trong đó : V : là thừa số v.
g : là số mũ trong hàm chiết suất.
Số mode truyền được trong sợi chiết suất nhảy bậc (SI). với g → ∞
là :
2
2VN ≈
Với chiết suất giảm dần (GI) có g = 2 thì số mode
4
2V
V =
Ví dụ : một sợi quang loại GI (g = 2), với a = 25 µm , NA = 0,2 ở
bước sóng λ = 1 µm có thừa số V là :
4,31102,0.25.1
2≈== πµ
µ
πm
mV
Số mode truyền trong sơi này là :
.2474
4,31
4
22
≈==V
N
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 19
Sợi có thể truyền được nhiều mode được gọi là sợi đa mode và sợi
chỉ truyền một mode được gọi là sợi đơn mode.
1.2.4.1. Sợi đa mode (mm : multi - mode).
Sợi đa mode có đường kính lõi và khẩu độ số lớn nên thừa số V và
số mode N cũng lớn. Các thông số của loại sợi đa mode thông dụng
(50/125 µm) là :
-Đường kính lõi : d = 2a = 50µm
-Đường kính lớp bọc : D = 2b = 125µm
-Độ lệch chiết suất : ∆ = 0,01 = 1%
-Chiết suất lớn nhất của lõi n1 = 1,46.
Nếu làm việc ở bước sóng λ = 0,85 µm thì :
382..2
..2
1 ≈∆== naNAaVλ
π
λ
π
Và số mode truyền được trong sợi là : (Nếu là sợi SI).
7262
2
≈≈V
N
Sợi đa mode có thể có chiết suất suốt nhảy bậc hoặc chiết suất giảm
dần (Hình 1.13).
Hình 1.13 : Kích thước sợi đa mode theo tiêu chuẩn CCITT
(50/125µm).
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 20
1.2.4.2. Sợi đơn mode (Sµ) : single mode).
Khi giảm kích thước lõi sợi để chỉ có một mode sóng cơ bản (LP01)
truyền được trong sợi thì gọi là sợi đơn mode. Trên lý thuyết, sợi làm việc
ở chế độ đơn mode khi thừa số V < VC1 = 2,405.
Vì chỉ có một mode sóng truyền truyền trong sợi nên độ tán sắc do
nhiều đường truyền bằng không và sợi đơn mode có dạng phân bố chiết
suất nhảy bậc (Hình 1.14).
Các thông số của sợi đơn mode thông dụng là :
-Đường kính lõi : d = 2a - 9µm ÷ 10µm
-Đường kính lớp bọc : D = 2b - 125µm
-Độ lệch chiết suất : ∆ = 0,003 = 0,3%
-Chiết suất lõi : n1 = 1,46.
Hình 1.14. Kích thước sợi đơn Mode .
Các thông số truyền dẫn của sợi đa mode và đơn mode sẽ được phân
tích ở phần sau, ở đây chỉ so sánh những nét nổi bật của hai loại sợi này.
Độ tán sắc của sợi đơn mode nhỏ hơn nhiều so với sợi đa mode (kể
cả loại sợi GI), đặc biệt ở bước sóng λ = 1300 nm độ tán sắc của sợi đơn
mode rất thấp ( ~ 0); Do đó dải thông của sợi đơn mode rất rộng. Song vì
kích thước của các linh kiện quang cũng phải tương ứng và có thiết bị hàn
cầu ngày nay đều có thể đáp ứng và do đó sợi đơn mode được dùng phổ
biến.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 21
CHƯƠNG 2 : SUY HAO VÀ TÁN SẮC XẠ TRONG SỢI QUANG
2.1. SUY HAO TRONG SỢI QUANG.
2.1.1. Định nghĩa :
Công suất quang truyền trên sợi sẽ bị giảm dân theo cự lý với quy
luật hàm số mũ tương tự như tín hiệu điện. Biểu thức tổng quát của hàm
số truyền công suất có dang :
10
,
)0()( 10.L
L PP
α−
=
Trong đó : P(()) : là công suất ở đầu sợi (L = 0)
P(L) : là công suất ở cự ly L (km) tính từ đầu sợi
α : là hệ số suy hao.
Hình 2.1. Công suất truyền trên sợi quang.
-Độ suy hao được tính bởi :
2
1lg10)(
P
PdBA =
Trong đó : P1 = P(0) : là công suất đưa vào đầu sợi.
P2 = P(L) : là công suất ra ở cuối sợi.
-Hệ số suy hao trung bình .
)(
)()/(
kmL
dBAkmdB =α
Trong đó : A : là suy hao của sợi.
L : là chiều dài sợi.
Về nguyên lý đây không phải là giá trị tuyệt đối (đại lượng α) mà là
quan hệ công suất hoặc mức, do đó phép đo đơn giản hơn.
2.1.2. Đặc tuyến suy hao.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 22
Đặc tuyến suy hao của sợi quang khác nhau tuỳ theo chủng loại sợi
nhưng tất cả đều thể hiện được các đặc tính suy hao chung. Một đặc tuyến
điển hình của loại sợi đơn mode như hình 2.2 sau :
Hình 2.2. Đặc tuyến suy hao của sợi đơn mode.
Trên đặc tuyến suy hao của sợi quang có 3 vùng bước sóng có suy
hao thấp, còn gọi là 3 cửa sổ suy hao.
-Cửa số thứ nhất có bước sóng 850nm: Được xem là bước sóng có
suy hao thấp nhất đối với những sợi quang được chế tạo trong giai đoạn
đầu . Suy hao trung bình ở bước sóng này từ 2 - 3 dB/km. Ngày nay bước
sóng này ít được dùng vì suy hao ở đó chưa phải là thấp nhất.
-Cửa số thứ hai có bước sóng 1300nm : suy hao ở bước sóng này
tương đối thấp khoảng 0,4 - 0,5 dB/km. Đặc biệt, ở bước sóng này có độ
tán sắc rất thấp nên đang được sử dụng rộng rãi hiện nay.
-Cửa số thứ ba có bước sóng 1550nm : cho đến nay suy hao ở bước
sóng này là thấp nhất, có thể dưới 0,2 dB/km. Trong những sợi quang
bình thường, độ tán sắc ở bước sóng 1550nm lớn hơn so với ở bước sóng
1300. Nhưng với loại sợi có dạng phân bố chiết suất đặc biệt, có thể giảm
độ tán sắc ở bước sóng 1550 nm. Lúc đó sử dụng cửa sổ thứ ba sẽ có được
cả hai điểm : suy hao thấp và tán sắc nhỏ. Bước sóng 1550 nm sẽ được sử
dụng rộng rãi trong tương lại, nhất là các tuyến cáp quang thả biển.
2.1.3. Các loại suy hao trong sợi quang.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 23
2.1.3.1. Suy ao do hấp thụ :
*Do tự hấp thụ (hấp thụ bằng cực tím và hồng ngoại) :
Do có cấu tạo vỏ điện tử bao và do mối liên quan giữa năng lượng
và tần số bức xạ quang, nên các nguyên tử của vật liệu sợi quang cũng
phản ứng với ánh sáng theo đặc tính chọn lọc bước sóng.
Như thế, vật liệu cơ bản chế tạo sợi quang sẽ cho ánh sáng qua tự
do trong một dải bước sóng xác định với suy hao rất nhỏ, hoặc hầu như
không suy hao. Còn ở các bước sóng khác sẽ có hiện tượng cộng hưởng
quang, quang năng bị hấp thụ và chuyển hoá thành nhiệt năng.
Thuỷ tinh silica (SiO2) hiện nay được sử dụng để chế tạo sị quang
có các đỉnh cộng hưởng nằm trong vùng viễn hồng ngoại 10µm đến 20
µm, khá xa vùng bước sóng sử dụng hiện nay cho thông tin quang là từ
0,8µm đến 1,6µm hoặc trong vùng lân cận.
Tuy vậy, hiện tượng cộng hưởng hấp thụ hồng ngoại cũng còn ảnh
hưởng suy hao ở các bước sóng gần phía trên bước sóng 1,6µm. Người ta
thấy rằng từ bước sóng 1,6µm trở lên thì suy hao tăng rất nhanh theo bước
sóng.
Như vậy, bản thân thuỷ tinh tinh khiết cũng hấp thụ ánh sáng trong
vùng cực tím và vùng hồng ngoại. Độ hấp thụ thay đổi theo bước sóng
như hình 2.3. Sự hấp thụ trong vùng hồng ngoại gây trở ngại cho khuynh
hứng sử dụng các bước sóng dài trong thôn tin quang.
Hình 2.3. Suy hao do hấp thụ vùng cực tím và hồng ngoại.
*Do tạp chất kim loại :
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 24
Trong thực tế , vật liệu chế tạo không hoàn toàn tinh khiết mà có
lẫn các ion kin loại như : Fe, Cu, Cr, Mn, Ni, Co... Các tạp chất này là
một trong những nguồn hấp thụ năng lượng ánh sáng. Hiện nay, các hệ
thống truyền dẫn quang chủ yếu làm việc ở bước sóng 1,3µm và 1,55µm
nhưng suy hao ở các bước sóng này lại rất nhạy cảm với sự không tinh
khiết này của vật liệu.
Muốn đạt được sợi quang có độ suy hao dưới 1dB/km cần phải có
thuỷ tinh thật tinh khiết với nông độ tạp chất khong qua một phần tỷ (10-
9) với công nghệ chế tạo sợi hiện đại, người ta có thể làm sạch kim loại và
suy hao do các ion kim loại không còn vai trò đáng kể nào nữa.
*Do hấp thụ của ion OH :
Sự có mặt của các ion OH- của nước còn sót lại trong vật liệu khi
chế tạo cũng tạo ra một độ suy hao hấp thụ đáng kể. Độ hấp thụ của ion
OH- chủ yếu ở bước sóng 2700nm nằm ngoài vùng bước sóng dùng trong
thông tin quang từ 8500nm đến 1600nm... Ngoài ra, độ hấp thụ tăng vọt ở
các bước sóng 950nm, 1250nm và 1383 nm.
Như vậy, độ ẩm là một trong những nguyên nhân gây suy hao của
sợi quang . Trong quá trình chế tạo, nồng độ của các ion OH trong lõi sợi
được giữ ở mức dươi một phần tỷ (10-9) để giảm độ hấp thụ của nó và ở
các sợi có chất lượng cao chỉ còn đỉnh tiêu hao ở bước sóng 1250nm và
1383nm.
2.1.3.2. Suy hao do tán xạ ánh sáng.
Nguyên nhân gây suy hao do tán xạ là chủ yếu do tán xạ Ray leigh
và do mặt phân cách giữa lõi và lớp bọc không hoàn hảo :
*Tán xạ ray leigh :
Nói chung khi sóng điện từ truyền trong môi trường điện môi gặp
những chỗ không đồng nhất sẽ xẩy ra hiện tượng tán xạ. Những chỗ
không đồng nhất trong sợi quang đó cách sắp xếp của các phân tử thuỷ
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 25
tinh , các khuyết tật của sợi như : bọt không khí, các vết nứt... khi kích
thước của vùng không đồng nhất vào khoảng 1/10 bước sóng thì chúng trở
thành những nguồn điểm để tán xạ. Các tia sáng truyền qua những chỗ
không đồng nhất này sẽ toả ra nhiều hướng chỉ một phần năng lượng ánh
sáng truyền theo hướng cũ, phần còn lại truyền theo các hướng khác nhau,
thậm chí truyền ngược về phía nguồn quang.
Một đặc điểm quan trọng của tán xạ Rayleigh là tỷ lệ nghịch với luỹ
thừa bậc 4 của bước sóng (λ-4) nên giảm rất nhanh về phía trước sóng dài
như hình 2.4.
αTX (λ) = αTX(λ) . 40 )(
λ
λ
Trong đó : αTX (λ0) : là hệ số tán xạ tại bước sóng mẫu λ0 xác định
theo vật liệu chế tạo sợi.
α(dB/km)
5
4
3
2
1
0
0,7 0,8 1,3 1,6 λ(nm)
Hình 2.4. Suy hao do tán xạ Rayleigh.
Ở bước sóng 850nm, suy hao do tán xạ Rayleigh của sợi Silica
khoảng 1 - 2 dB/km và ở bước sóng 1300 nm suy hao chỉ khoảng 0,3
dB/km . Ở bước sóng 1550nm suy hao còn thấp hơn nữa.
*Tán xạ do mặt phân cách giữa lõi và lớp vỏ không hoàn hảo.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 26
Khi tia sáng truyền đến những chố không hoàn hảo giưa lõi và lớp
bọc tia sáng sẽ bị tán xạ. Lúc đó, một tia tới sẽ có nhiều tia phản xạ với
các góc phản xạ khác nhau. Những tia có góc phản xạ nhỏ hơn góc tới hạn
sẽ khúc xạ ra lớp bọc và bị suy hao dần.
2.1.3.3. Suy hao do bị uốn cong :
Suy hao bức xạ xuất hiện bất cứ khi nào khi sợi quang bị uốn cong
với một bán kính cong xác định. Có hai loại uốn cong, uốn cong với bán
kính lớn so với đường kính sợi khi cáp quang được uốn theo góc và uốn
cong khi sợi đực bện lại thành cáp.
* Vì uốn cong (Micro bending) : khi sợi quang bị chèn ép tạo nên
những chỗ uốn cong nhỏ (biên độ uốn cong chừng vài mm) thì suy hao
của sợi cũng tăng lên. Sự suy hao này xuất hiện do tia sáng bị lệch trục
khi đi qua những chỗ bị uốn cong đó. Một cách chính xác hơn sự phân bố
trường bị xáo trộn khi đi qua những chỗ bị uốn cong và dẫn tới một phần
năng lượng ánh sáng phát xạ ra khỏi lõi sợi, đi trong lớp bọc và suy giảm
dần theo hàm số mũ. Độ lớn suy hao phụ thuộc vào độ dài đoạn ghép. Đặc
biệt, sợi đơn mode rất nhạy với những chỗ vi uốn cong, nhất là về bước
sóng dài.
*Uốn cong (Macro bendding).
Khi sợi bị uốn cong với bán kính uốn cong càng nhỏ thì suy hao
càng tăng (như hình 2.5). Dĩ nhiên, không thể tránh được việc uốn cong
sợi quang trong quá trình chế tạo và lắp đặt. Nhưng nếu giữ cho bán kính
uốn cong lớn hơn một bán kính tối thiểu cho phép thì suy hao uốn cong
không đáng kể. Người ta quy định bán kính uốn cong tối thiểu R là :
2
322
21
21
)(4
..3
nn
nR
−
=
π
λ
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 27
Do đó cần chú ý đến bán kính uốn cong tối thiểu của sợi để không
tăng suy hao . Bán kính uốn cong tối thiểu do nhà sản xuất đề nghị thông
thường từ 30mm đến 50mm.
α(dB/km)
10
1
0.1
0.01
10 20 30 40 50 60 R(mm)
Hình 2.5. Suy hao do uốn cong thay đổi theo bán kính R.
Độ suy hao do uốn cong có thể được tính theo công thức
).
(2
2log10
∆
+=
R
ag
gbendλ
Trong đó : ∆ : là độ lệch chiết suất
R : là bán kính uốn cong
a : bán kính lõi
g : tham số mặt cắt.
2.1.3.4. Suy hao do hàn nối :
Khoảng cách giẵ hai trạm thông tin quang thương dài hơn chiều dài
một cuộn cáp và nhất thiết phải nối các sợi quang của hai cuộn cáp với
nhau. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ suy hao của mối hàn, có thể xếp
thành ba loại chính là : chất lượng mặt cứt ở đầu sợi quang : vị trí tương
đối giữa hai đầu sợi quang; thông số của hai sợi.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 28
Suy hao của mối hàn trước tiên phụ thuộc vào công việc chuẩn bị
nối, thông qua chất lựơng của mặt cắt sợi quang. Các yêu cấu đối với mặt
cắt là :
*Mặt cắt phẳng, không mẻ, không lồi ở mép
*Măt cắt không được dính bụi, các chất bẩn.
*Mặt cắt phải vuông góc với trục của sợi.
Suy hao mối hàn phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa hai đầu sợi,
còn gọi là các yếu tố ngoài, bao gồm :
-Lệch trục : trục của hai sợi không song song nhau.
-Lệch tâm : tâm của hai mặt cắt đầu sợi không trùng nhau.
-Khe hở : đầu hai sợi không sít nhau.
Nếu hai sợi được chuẩn bị cẩn thận, điều chỉnh chính xác nhưng có
thông số khác nhau thì suy hao hàn nối vẫn cao. Do khác biệt các thông
số sau sẽ gây suy hao lớn cho mối hàn.
-Đường kính sợi.
-Độ méo elíp
-Khẩu độ : Số (NA) hay góc mở đầu sợi.
NA = Sin θmax = n1. ∆2 .
2.2. TÁN XẠ TRONG SỢI QUANG.
2.1. Hiện tượng, nguyên nhân và ảnh hưởng của tán xạ.
Khi truyền dẫn các tín hiệu digital qua sợi quang, sẽ xuất hiện hiện
tượng dãn rộng các xung ánh sáng ở đầu thu, thậm chí trong một số
trường hợp, các xung lân cận đè lên nhau, và khi đó ta không phân biệt
được các xung với nhau nữa, gây méo tín hiệu khi tái sinh. Hiện tượng
dãn xung dãn xung được gọi là hiện tượng tán xạ.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 29
Nguyên nhân chính của hiện tượng tán xạ là do ảnh hưởng của sợi
quang mà tồn tại các thời gian chạy khác nhau cho các ánh sáng phát đi
đồng thời.
Tán xạ ảnh hưởng rất quan trọng đến chất lượng truyền dẫn, cụ thể
như sau :
*Khi truyền tín hiệu digital, trong miền thời gian nó gây ra dãn rộng
các xung ánh sáng.
*Khi truyền tín hiệu analog thì ở đầu thu biên độ tín hiệu bị giảm
nhỏ (tới giá trị AE trên hình 2.6b) và có hiện tượng dịch pha. Độ rộng
băng truyền dẫn của sợi do đó bị giới hạn.
P P
0 t 0 t
a b
Hình 2.6. ảnh hưởng của tán xạ lên tín hiệu digital (a) và analog(b)
(s chỉ tién hiệu phát, E chỉ tín hiệu thu).
a) dãn xung ; b )sự biên độ
2.2.2. Mối quan hệ giữa tán xạ với độ rộng băng truyền dẫn và tốc
độ truyền dẫn bít.
Ở đây xem xét trường hợp điển hình khi truyền dẫn tín hiệu digital.
Một cách gần đúng, coi xung phát có độ rộng τS và xung thu có độ rộng τE
có dạng theo auy luật phân bố Gauss (xung hình chuông). Độ rộng xung
tính ở mức biên độ bằng một nửa biên độ lớn nhất (hình 2.6) là .
Khi thu về xung bị dãn rộng do tán xạ với độ dãn rộng (thời gian)là
có τ được tính theo công thức :
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 30
22SE τττ −= (2.1)
Trường hợp xung phát rất hẹp, τS < τE thì có thể coi gần đúng τ ≈
τE/
Độ dãn xung τ theo công thức trên thể hiện mức độ tán xạ tín hiệu
do sợi quang gây ra, và nó có ảnh hưởng đến độ rộng băng truyền dẫn và
tốc độ truyền dẫn bít.
Trường hơph công suất ánh sáng thay đổi theo quy luật hình sin, sợi
quang được coi gần đúng như bộ lọc thấp với hàm truyền đạt Gauss. Hàm
truyền đạt biên độ là :
22 ..5,3
~
~)( )0(
)( f
F efP
fPH τ−=
== (2.2)
Với P~(f) là công suất xoay chiều ở tần số f.
Đồ thị hàm truyền đạt biên độ được miêu tả ở hình vẽ sau :
1
0,5 |H(f)| = F(f)
0
B fB
Hình 2.7 : Hàm truyền đạt biên độ của sợi quang.
Xác xung ánh sáng có phân bố Gauss truyền đưa qua sợi quang thì
biên độ giảm theo quy luật.
2
2
.36,0max . τ
τ−
= ePP (2.3)
Xét đặc tính truyền dẫn của sợi nhờ hình vẽ 2.7.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 31
Khi biên độ của hàmn H(f) giảm còn một nửa biên dộ lớn nhất
(tương ứng giảm 3 dB), người ta nhận được tần số fB (ở mức 3dB) và
định nghãi độ rộng bằng truyền dẫn B = fB). (Từ f = 0 đến f = fB) . Thay
giá trị H(f) = 0,5 vào phương trình (2.2) nhận được b :
ττ
44,0
.26,2
1==B (2.4).
Trong thực tiễn, nếu có nhiều hiện tượng tán xạ cùng tác động gây
méo xung thể hiện qua các giá trị dãn xung thành phần τ1 , τ2 ..., thì có
tán xạ tổng cộng thể hiện là tổng :
τ = τ1 + τ2 +... (2.5).
Nếu tương ứng với τ1 , τ2 ... có các giá trị B1, B2... thì độ rộng băng
truyền dẫn của sợi khi có tác động tổng hợp của các hiện tượng tán xạ
khác nhau là B và tính theo công thức :
...111
22
21
2+++
bBB (2.6)
Người ta cũng định nghĩa một đại lượng đặc trưng cho dung lượng
truyền dẫn của sợi quang là tốc đô bít có thể truyền lớn nhất : C(bit/S).
Do ảnh hưởng của tán xạ, các xung ở đầu vào máy thu bị giãn rộng,
nhưng hai xung kề nhau còn đủ phân biệt được khi độ dãn xung τ còn nhỏ
hơn độ dãn xung τS của xung phát đi, từ đó tốc độ bít là :
BBC 2.26,21
≈==τ
(2.7)
Như vậy. độ dãn xung τ , độ rộng băng tần truyền dẫn B và tốc độ
bít C có quan hệ ảnh hưởng nhau. Để truyền được 2 bit/s theo (2.7) cần có
độ rộng băng tần khoảng 1HZ . Trên thực tế để truyền được 2 bít/s cần độ
rộng băng khoảng 1,6 Hz . Do đó trên thực tế có thể coi rằng tốc độ
truyền bít lớn nhất của sợi quang bằng độ rộng băng tần truyền dẫn.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 32
Muốn có sợi có độ rộng băng truyền dẫn và tốc độ bít lớn thì phải
giảm nhỏ ảnh hưởng của tán xạ đến mức thấp nhất để có độ dãn xung τ bé
nhất.
2.2.3. Các loại tán xạ .
2.2.3.1. Tán xạ vật liệu :
Vì chiết suất của vật liệu thuỷ tinh chế tạo sợi thay đổi theo bước
sóng của tín hiệu lan truyền, tức là n = n(λ). Nếu nguồn bức xạ phát ra
sóng ánh sáng với duy nhất một bước sóng λo thì không có hiện tượng
lệch về thời gian truyền dẫn giữa các thành phần của xung ánh sáng. Vì
chúng lan truyên theo cùng vận tốc.
V = C/n(λo) = const
P/PMax
1
LD
0,5
LED
0 λ
Hình 2.8. Phổ bức xạ của LED và LD.
Thế nhưng các nguồn phát quang như LED hoặc đio laser thường
không chỉ bức xạ ra mỗi vạch phổ ứng với bước sóng λo ở mức biên độ
0,5 như hình 2.8. Trong đó, phổ của diod phát quang LED là phổ liên tục
gồm vô số vạch phổ, còn trong đường bao phổ của diode laser cũng gồm
một số vạch phổ nằm giữa hai bước sóng rìa là :
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 33
22
21
λλλ
λλλ
∆+=
∆−= ovao
Vận tốc pha của mỗi bước sóng trong dải phổ ∆λ sẽ biến đổi theo
bước sóng.
)()(
1 λλ
n
CVphVph ==
Vận tốc nhóm thay đổi theo chiết suất nhóm ng(λ) :
)2()2(
)1()1(
λλ
λλ
gg n
CVgva
n
CVg ==
Với ng(λ) = n1(λ) - λ.
Ta có :
)(
)()()(
)(1
1λ
λλ
λλ
d
dnn
C
n
CVg
g −
==
Nếu ng(λ2) > ng(λ1) thì ta có Vg(λ1) > Vg(λ2), do đó khi truyền dẫn
qua đoạn sợi quang dài L thì hai xung ánh sáng ứng với (λ1) và (λ2) có
thời gian truyền nhóm tg1 và tg2 lệch nhau ∆tn :
LDLC
odntn .).(..
)(
21 λλλ
λ
λ∆−=∆=∆
Hệ số D( λ ) được định nghãi là hệ số tán xạ vật liệu :
)(
0)((
21
maxλ
λλ
C
dnDD −==
Với đơn vị đi là PS/km.nm
Hệ số tán xạ vật liệu Dmax phụ thuộc vào loại vật liệu, cho biết thời
gian lan truyền xung ánh sáng trên một km sợi quang với phổ bức xạ của
nguồn quang rộng 1nm. Khi d2n1/d λ mang giá trị (+) thì những thành phần
bước sóng dài hơn trong dải ∆λ sẽ truyền nhanh hơn thành những thành
phần bước sóng ngắn hơn và ngược lại. Chính sự chênh lệch này sẽgây ra
méo xung.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 34
Độ dãn xung ánh sáng ở đầu vào máy thu chính là độ lệch thời gian
truyền nhóm :
τ = | ∆tn| = ∆λs .∆ λ. L = τt.L
Trong đó τ’ là dãn xung khi truyền qua độ dài 1km.
Vì độ dãn xung τ (tán xạ) gây nên méo truyền dẫn, nên nó vừa hạn
chế cự ly truyền dẫn vừa hạn chế băng truyền dẫn, nên để đánh giá năng
lực truyền dẫn của các loại sợi quang có tán xạ, người ta đưa ra đại lượng
đặc trưng là tích số độ rộng băng truyền và cự ly truyền dẫn BL :
'.26,2
1.
.26,2
1.'.
ττ== LLBB
Rõ ràng độ dãn xung trên một kilomét thể hiện năng lực truyền dẫn
của sợi.
Người ta cũng tính được độ dãn rộng bước sóng tương đối ∆λ/λ của
ánh sáng lan truyền bằng :
f
Bs−
∆=
∆
λ
λ
λ
λ
Trong đó : λ, f là bước sóng trung tâm và tần số của ánh sáng; ∆λs,
B là độ rộng của nguồn quang và độ rộng của tần số điều chế. Vì vậy, dù
trong trường hợp lý tưởng khi mà độ rộng phổ của nguồn quang bằng O,
độ rộng tương đương của bước sóng điều chế phải được chú ý tới hai
trường hợp đặc biệt của tán xạ vật liệu :
*Khi độ rộng phổ nguồn ∆λs của nguồn sáng là lớn :
Laser làm việc theo nhiều mode dọc và các loại đio LED khi dùng
làm nguồn sáng thì sẽ có độ rộng phổ nguồn ∆λs lớn. Điều này dẫn đến
∆λs/∆λ >> B/f. Như vậy ∆λs ≈∆λ và do đó trễ nhóm ∆τn sẽ được quyết
định chủ yếu bởi ∆λs. Phương trình liên hệ độ rộng băng tần B và (∆τn).
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 35
|| n
AB
λ∆=
Với A là một hằng số liên hệ giữa độ rộng trễ nhóm băng thông. áp
dụng công thức f
Bs−
∆=
∆
λ
λ
λ
λ và
|| n
AB
λ∆=
Với ∆λs và ∆λ ta có :
Constsd
nd
CAB =
∆=
−1
2
2
|| πλ
λ
*Khi độ rộng phổ nguồn ∆λs nhỏ :
Khi ta có một laser bán dẫn chỉ phát ra một mode đơn và một mode
đơn dọc, thì ∆λs có thể nhỏ hơn 0,01nm. Vì vậy :
-Nếu băng tần điều chế cỡ khoảng vài GHz thì ta có
f
Bs<<
∆
λ
λ
-Nếu độ rộng băng tần B liên hệ với ∆τn bởi :
|| n
AB
τ∆= với A là hằng số.
Thì áp dụng các công thức trên ta được :
2
1
2
2
|.|−
=
λ
λλ
d
nd
CfLB
Như vậy đối với sợi đơn mode thì băng tần B chỉ giảm tỷ lệ với
L .
2.2.3.2. Tán xạ dẫn sóng .
Sự phân bố của trường và hằng số truyền lan của các mode phụ
thuộc vào tỷ số của đường kính ruột ra và bước sóng công tác λ (tỷ số
ra/λ). Khi đường kính ruột ra của một loại sợi không đổi, các mode truyền
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 36
lan với các bước sóng λ lệch nhau một chút. Vận tốc pha và vận tốc nhóm
phụ thuộc vào bước sóng λ lúc này còn là một hàm của đặc tính hình học
của sợi quang. Như thế xung thu bị dãn rộng phụ thuộc vào bước sóng.
Đối với sợi đa mode do đươừng kính ruột lớn nên ảnh hưởng do tán xạ
này rất nhỏ. Còn sợi đơn mode có đường kính ruột khá nhỏ nên tán xạ này
có ảnh hưởng đáng kể. Điều đáng nói là do sợi có đường kính ruột khá
nhỏ nên khi truyền dẫn có một phần ánh sáng lọt ra vỏ, vẫn lan truyền
trên lớp tiếp giáp vỏ - ruột, có chiết suất thay đổi, nên sinh ra trễ nhóm.
Với sợi đa mode chiết suất bậc thì trị số tán xạ này có sẵn và không đổi
nưa.
+
∆∆=∆
f
Bs
dV
dVn
C
Lg
λ
λλ
2
2..1
Với 2
22 )1(1
V
nkab
β−−=
Trong sợi đơn mode có 2 < V < 2,4, hệ số 2
2 )(
dV
Vbd khoảng 0,1 ÷ 0,2.
Đối với tán xạ dẫn sóng, ở xung quanh bước sóng 0,85µm (cửa sổ
truyền dẫn thứ nhất) ta có vận tốc nhóm tỷ lệ với độ dài bước sóng, giống
như tán xạ vật liệu, do đó hai tán xạ này đều dương (cùng làm dãn rộng
xung ánh sáng). Nhưng độ lớn của tán xạ dân sóng nhỏ hơn một bậc so
với tán xạ vật liệu. Ở bước sóng nhỏ hơn một bậc so với tán xạ vật liệu, ở
bước sóng 1,25µm thì tán xạ dẫn sóng trở lên có độ lớn đáng kể so với tán
xạ vật liệu tới bước sóng 1,27µm chúng sẽ có dấu hiệu khác nhau và sẽ
làm suy giảm lẫn nhau tới O.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 37
Hinh 2.9. Sự phân bố năng lượng ánh sáng ở các bước sóng khác
nhau.
2.2.3.3. Tán xạ mode.
Hiện tượng này chỉ xuất hiện ở sợi đa mode. Các thành phần ánh
sáng lan truyền nhờ các mode riêng rẽ. Với thời gian khác nhau, nên có sự
chênh lệch thời gian sinh ra méo xung (dãn xung). Dạng xung ở đầu vào
máy thu phụ thuộc vào hai yếu tố chính :
*Thành phần công suất từ nguồn phát quang được ghép vào sợi
quang.
*Sự phân bố các mode truyền dẫn trên sợi quang.
Để có thể hiểu hiện tượng một cách tương đối đơn giản, người ta sử
dụng phương pháp tia, coi mỗi mode truyền dẫn được đặc trưng nhờ một
tia sáng. Sợi quang được coi là lý tưởng, không gây ra hiện tượng trộn các
mode với nhau, và coi chiết suất của sợi không phụ thuộc vào bước sóng.
Trong sợi SI, các tia sáng ứng với mỗi mode chạy theo các đường
rích rắc với độ dàI khác nhau, trong đó tia sáng song song với trục quang
có độ dàI ngắn nhất. Vì chiết suất n1 của thuỷ tinh chế tạo ruột không
thay đổi, nên vận tốc lan truyền của các tia sóng thành phần là như nhau.
Vì vậy thời gian cần thiết để lan truyền của các tia là rất khác nhau. Các
tia đến đầu cuối sợi không cùng một lúc, mà có sự chênh lệch thời gian,
gây ra dãn xung. Thời gian lệch giữa tia sáng nhanh nhất và chậm nhất
được tính như sau :
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 38
Hình 2.10. So sánh tia dàI nhất và tia ngắn nhất trong sợi SI.
-Tia 1 : tia dàI nhất, có độ dàI : 1cos
1θ
Ld =
-Tia 2 : tia ngắn nhất , có độ dàI d2 = L.
Thời gian truyền của tia 1 :
1(
1cos.
1
1
1cos11
n
CV
C
Ln
n
C
L
V
dt ====
θθ : vận tốc ánh sáng trong lõi).
Mà : cosθ1 = sinθ1 = 2
1
n
n
Nên 2
2
1
.1
nC
Lnt =
Thời gian truyền của tia 2 :
C
Ln
n
C
L
V
dt
1
1
21 ===
Thời gian chênh lệch giữa hai đường truyền là :
∆=∆
==−=−=∆
1
2
211
1
2
2
121 )(
.
.
.
nC
Lt
n
nnn
C
L
C
nL
nC
nLttt
Trong đó 2
21
n
nn −=∆ : độ chênh lệch chiết suất.
Thời gian chênh lệch trên mỗi km sợi cũng chính là độ trảI xung do
tán sắc mode.ư ∆=∆
=C
n
L
td 1mod
Ví dụ với sợi chiết suất nhảy bậc (SI) có n1 = 1,458 và ∆ = 1%, độ
tán sắc mode là :
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 39
kmsskmL
td /10.6,4801,0.
/10.3
458,1mod 9
5=−=
∆=
dmod = 48,6 ns/km.
Đối với sợi có chiết suất giảm dần (GI) độ trảI xung do tán sắc
mode nhỏ hơn so với sợi chiết suất nhảy bậc (SI) :
8
2
1
∆=∆ n
C
Lt
Độ trảI xung qua mỗi km sợi hay độ tán sắc mode :
8.mod
2
1 ∆=
∆=
C
n
C
td
Tổng quát, độ tán sắc mode phụ thuộc vào dạng phân bố chiết suất
của sợi đa mode thông qua số mũ trong biểu thức hàm chiết suất :
≤≤
≤
∆−
=
bran
ara
rn
rng
2
;2
1
1 )1)(
Sự phụ thuộc của mode vào số mũ. g được biểu diễn theo hàm trên.
Qua đó ta thấy dmod đạt cực tiểu khi g ~ 2 và dmod tăng khá nhanh khi g
có giá trị khác 2 về hai phía. Đây là một trong những yêu cầu nghiêm ngặt
trong quá trình chế tạo sợi GI.
Ảnh hưởng của tán xạ mode tới băng tần truyền dẫn của sợi quang :
Giả thiết rằng không xẩy ra trộn mode, thời gian trễ nhóm ∆τ trong
một sợi đa mode do sự khác nhau giữa vận tốc nhóm của mode cơ bản và
mode có số mode N lớn nhất được cho bởi :
−=∆
gNgoVV
L11
τ
Với Vgo , VgN : là vận tốc nhóm của mode cơ bản, và mode N .
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 40
L : là chiều dàI sợi quang. Độ rộng băng tần truyền dẫn của sợi
tương ứng với trễ nhóm này được định nghĩa bằng :
||τ∆
=A
B
Với A là hằng số liên hệ giữa B và ∆τ, phụ thuộc vào đặc đIểm của
phía thu. Từ hai công thức trên ta có tích số BL :
|11
|gNgo
VV
ABL
−
=
Đối với sợi grandiert có phân bố chiết suất thay đổi thì hệ số mũ α,
với giả thiết tất cả các mode truyền dẫn (0�N) có cùng công suất, tích số
BL được tích bởi :
1
22
2
2
1
)(1
1
)2(2
223
1
1
2
2∆+
+
+∆
+
−−+
+
+
+
−−
∆=
++
DNm
n
Nm
n
n
CBL
α
α
α
α
α
ελ
α
εα
với
∆
∆−=
λ
λε
d
d2 , N là số mode.
Áp dụng cho tán xạ mode trong sợi chiết suất bậc. Đặt λ = ∞ trong
công thức và N = Nm thì độ rộng trễ nhóm ∆τm giữa hai mode xa nhau
nhất sẽ là n1.∆L/C . Do đó băng thông B = A/∆τm được cho bởi :
∆=
1
.n
CABL
Trong trường hợp sợi grandient thuỷ tinh silic, khi thay giá trị α = 2
là giá trị tương ứng với tạn xạ do mode bé nhất tích số :
21
.2∆
=n
CABL
So sánh hai tích số BL trên ta có thể thấy rằng băng thông của sợi
grandient lớn hơn băng thông của sợi chiết suất bậc 2 là 2/∆ lần.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 41
2.2.3.4. Tán xạ mặt cắt :
Trong quá trình nghiên cứu, khi giả thiết chiết suất có biến thiên
theo bước sóng, người ta đều coi độ lệch chiết suất tương đối không phụ
thuộc vào bước sóng λ. Thế nhưng xem xét kỹ thì thấy rằng chiết suất n1
và n2 của ruột và vỏ biến thiên theo bước sóng không cùng một mức độ
như nhau, nên giá trị cũng thay đổi theo bước sóng, gây nên hiện tượng
tán xạ phụ gọi là tán xạ mặt cắt, và đặc trưng qua tham số tán xạ P :
λ
λ
d
d
n
nP
g
∆
∆= ..0
Trong đó : n0 : là chiết suất ở tâm ruột và ng là chiết suất nhó . Do
tác động của tham số P, thì đường cong tán xạ mode bị dịch chuyển đi dọc
theo trục tham số g, để có đỉnh đạt cực tiểu tại giá trị g = gopi.
Pgp
25
12210 −∆−=
Giá trị P(λ) đối với ruột sợi thuỷ tinh thạch anh có hoạt chất GeO2
cho trên hình 2.11.
Từ ảnh hưởng phụ thêm của tán xạ mặt cắt, người ta thấy rằng mỗi
sợi quang có được độ rộng băng truyền dẫn lớn nhất chỉ tại một bước
sóng cụ thể. Ở mỗi vùng truyền dẫn có tham số mặt cắt g0pt khác nhau, do
vậy cũng có chiết suất tối ưu cho một vùng bước sóng công tác. Không có
một loại sợi nào cho phép đạt độ rộng băng tần truyền dẫn lớn cả hai vùng
cửa sổ, chằng hạn ở 0,85 µm và 1,3µm.
P 4,01
Hình 1.11. Sự phụ thuộc của tham số tạn xạ mặt cắt vào bước sóng.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 42
CHƯƠNG 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO TRÊN CÁP SỢI QUANG
VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG.
3.1. ĐO SUY HAO SỢI QUANG.
Như đã phân tích ở trước, suy hao là một trong những thông số quan
trọng, nó cho phép xác định xem tín hiệu quang bị suy giảm bao nhiêu khi
qua một độ dài cho trước của sợi dẫn quang, từ đó có thể tính được độ dài
cực đại cho phép của tuyến mà không cần trạm lặp. Vì vậy một trong các
yêu cầu quan trọng là phải xác định được thông số này.
Có hai phương pháp đo suy hao đang được áp dụng nhiều là :
-Phương pháp đo hai điểm : dùng máy phát quang và máy đo công
suất quang.
-Phương pháp đo quang dội còn gọi là đo tán xạ ngược : dùng máy
đo quang dội OTDR.
3.1.1. Đo suy hao bằng phương pháp hai điểm :
Để đo suy hao theo phương pháp này, cần có công suất phát ổn định
và máy đo công suất quang có độ nhạy cao.
Nguyên lý đo : Đo mức công suất quang ở đầu và cuối sợi để tính ra
suy hao của sợi.
Để thích hợp với điều kiện của sợi quang cần đo, phương pháp này
lại được chia làm hai phương pháp với cùng một nguyên lý đo nhưng cách
đấu nối với sợi quang khác nhau :
3.1.1.1. Phương pháp cắt sợi :
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 43
Điểmcắt L1 P1
2m Sợi quang
L2
P2
LS : nguồn quang (Light Source)
OPM : máy đo công suất quang (Optical Power Meter).
Hình 3.1. Đo suy hao theo phương pháp cắt sợi.
Nối hai đầu sợi quang cần đo vào nguồn quang (LS) và máy đo công
suất quang (OPM) như trên hình 3.1. Tiến trình đo qua các bước như sau :
-Cho nguồn quang hoạt động, đo và ghi nhận mức công suất ở đầu
xa L2 ; P2.
-Cắt sợi quang ở đầu gần nguồn quang L1 (2m).
-Nối máy đo công suất quang vào đoạn L1, đo và ghi nhận mức
công suất quang ở đầu gần P1.
-Tính suy hao của sợi theo công thức :
A(dB) = )(2
)(1lg10
mWP
mWP; Nếu P1, P2 đo bằng mW
hoặc A(dB) = P1(dBm) - P2(dBm) ; nếu P1, P2 đo bằng dBm.
-Suy hao trung bình của sợi :
)(
)()/(
kmL
dBAkmdB =α
Trong đó L = L2 - L1.
Suy hao ghep ở hai đầu sợi quang đều có mặt cả trong hai lầng đo
công suất đầu gần và đầu xa nên chúng tự khư nhau trong cách tính suy
hao nêu trên. Phương pháp đo cắt sợi cho kết quả chính xác, và được ITU
- T chấp nhận là một phương pháp tham khảo để đo suy hao sợi quang.
LS
LS OPM
OPM
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 44
Nhược điểm của phương pháp này là sợi quang bị cắt đi một đoạn
(2m) sau mỗi lần đo nên không thích hợp với các sợi quang đã được lắp
đặt và gắn sẵn khớp nối ở đầu sợi. Có thể tránh việc cắt sợi quang khi đo
bằng phương pháp thứ hai.
P1
Dụng cụ ghép
Sợi quang P2
Hình 3.2. Đo suy hao theo phương pháp xen thêm suy hao.
Sợi quang cần đo được nối với dây nối của nguồn quang thông qua
một dụng cụ lắp ráp được (hình 3.1). Nếu sợi quang đã lắp đặt mà chưa
gắn với khớp nối ở đầu sợi thì dụng cụ ghép là một ống nối đàn hồi, nếu
đã có khớp nối ở đầu sợi quang thì dụng cụ ghép là khớp nối.
Trình tự đo cũng tương tự như ở phương pháp cắt sợi, nhưng trường
hợp này có thể đo công suất quang ở đầu gần trước.
-Đo công suất ở đầu gần : P1.
-Nối sợi cần đo vào dây đo của nguồn thông qua dụng cụ và đo công
suất quang ở đầu xa : P2.
-Tính suy hao tổng cộng và suy hao trung bình, như trong phương
pháp cắt sợi.
Độ suy hao tổng cộng A của phương pháp này bao gồm cả suy hao
của sợi quang và dụng cụ nối. Có thể tính suy hao riêng của sợi bằng cách
trừ bớt suy hao của dụng cụ nối (ước tính). Trên thực tế thường cần đo
suy hao toàn tuyến bao gồm cả khớp nối ở hai đầu nên phương pháp này
tỏ ra thích hợp hơn. Đây là phương pháp luân phiên có trong thủ tục
FOTP-53 của EIA.
LS
LS
OPM
OPM +
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 45
3.1.2. Đo suy hao theo phương pháp đo tán xạ ngược.
Ý tưởng của phương pháp này là phóng các xung ánh sáng vào các
sợi quang rồi thu nhận và phân tích các xung phản xạ, tán xạ theo thời
gian để đánh giá đặc tính truyền dẫn của sợi quang.
Nguyên lý này được áp dụng trong máy đo OTDR do Barnosky
Lensen đưa ra lần đầu vào năm 1976.
Kỹ thuật này cho phép xác định suy hao sợi quang, suy hao mối
hàn, chỗ sợi bị đứt ... chỉ ở tại một đầu sợi mà không cần phải cắt sợi.
3.1.2.1. Sự hình thành phản xạ và tán xạ ngược.
*Phản xạ :
Khi ánh sáng truyền qua các khe không khí tại các vị trí sợi hỏng
hoặc qua connector và đến cuối sợi, gặp mặt ngăn cách giữa sợi thuỷ tinh
và không khí sẽ phản xạ (phản xạ Fresel) ví hệ số phản xạ.
2
01
2
01
)(
)(
nn
nnR
+
−=
Trong đó : n1 : chiết suất của sợi thuỷ tinh
n0 : chiết suất của không khí.
Điều đó có nghĩa là ở mặt ngăn cách (hoặc ở chỗ sợi bị đứt), có
công suất quang phản xạ trở lại.
Nếu mặt cắt đầu cuối của sợi quang nghiêng hoặc không nhẵn thì hệ
số phản xạ sẽ thấp hơn.
Tổng quát công suất phản xạ được diễn ra bởi :
P(t) = R.Po exp (2. α.v.t).
Trong đó : R : Hệ số phản xạ.
Po : công suất ở đầu sợi.
α: hệ số suy hao trung bình (Np/km)
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 46
v : vận tốc ánh sáng trong sợi.
t : thời gian (s)
Ánh sáng phải đi qua một khoảng cách để đến điểm phản xạ và trở
về. Do đó khoảng cách từ đầu sợi đến điểm phản xạ là :
`2
.tVS =
*Tán xạ ngược :
Tán xạ ngược là do chiết suất khúc xạ thay đổi theo sợi quang. Tại
những chỗ có sự chênh lệch chiết suất khúc xạ thì ánh sáng bị tán xạ. Các
tia tán xạ ngược toả ra mọi hướng. Những tia tán xạ ngược về phía nguồn
quang có phưng hợp với trục sợi một góc nhỏ hơn góc mở của sợi có thể
truyền về đầu sợi (Hình 3.3).
Hình 3.3 . Sự truyền tia tán xạ ngược.
Những tia tán xạ theo các hướng khác thì tiếp tục truyền về phía
cuối sợi hoặc bị khúc xạ ra khỏi lõi tuỳ theo phương của chúng.
Công suất tán xạ có dạng tổng quát :
PS(t) = S-αS.V.τ.Po.exp(-2αVt).
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 47
Trong đó : S : hệ số tán xạ ngược.
αS : hệ số tán xạ Rayleigh
V : Vận tốc ánh sáng trong sợi.
τ : độ rộng xung ánh sáng.
Po : công suất của xung ánh sáng tới.
α : Độ suy hao trung bình của sợi quang.
t : thời gian.
Hệ số tán xạ ngược S phụ thuộc vào từng loại sợi quang.
*Sợi đa mode chiết suất nhảy bậc (SI).
2
1
2
2
2
1
4.
2
3
n
nnS
−= ; với n1 : chiết suất lõi sợi.
n2 : chiết suất lớp bọc.
*Sợi đa mode chiết suất giảm dần (GI ) :
2
1
2
2
2
1
4n
nnS
−=
*Sợi đơn mode (SM) :
S = 0,0382
1 2.
Pn
π; với λ : bước sóng
2P : đường kính trường mode.
3.1.2.2. Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngược :
Bộ phát xung v� nguồn
Bộ tách sóng quang v� chỉ
Xung quang Bộ ghép nối quang
Sợi quang
Phản xạ v� tán xạ
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 48
Hình 3.4 : Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngược.
Xung đo được tạo ra từ bộ phát xung và đưa vào điều chế với nguồn
quang bán dẫn như diode phát quang hoặc diode laser, LD. Xung quang
đã điểu chế đi qua bộ ghép nối quang để truyền vào sợi quang cần đo.
Xung ánh sáng truyền qua sợi quang sẽ xẩy ra tán xạ ngược hoặc phản xạ
trở lại đầu sợi tại những chỗ không đồng nhất trên đường truyền.
Các tia phản xạ và tán xạ ngược qua bộ ghép nối quang để vào
diode tách quang và trị số xung phản xạ và tán xạ ngược được chỉ thị trên
màn hình và đồng hồ đo.
Kết quả chỉ thị được thể hiện cả biên độ và thời gian từ lúc phát
xung cho đến khi thu được xung quang trở lại. Khi sự phản xạ xuất hiện
ứng với điểm nàođó trên sợi thì có một xung đột biến. Tán xạ ngược qua
các mối hàn sẽ biểu thị suy hao, nên đường cong tại đó có bậc thang.
3.2. PHƯƠNG PHÁP ĐO KIỂM CÁP QUANG :
3.2.1. Phương pháp đo thử độ bền cơ học của cáp :
3.2.1.1. Lực căng .
Lực cang của cáp sau khi thử theo IEC - 794 - E1 phải đảm bảo các
yêu cầu :
-Sợi không gẫy.
-Vỏcáp không rạn nứt.
-Độ tăng suy hao không được vượt qua 0,1 dB.
Phép đo thử khả năng chịu lực căng của cáp :
-Mẫu thử là một đoạn cáp dài hơn 100m được lấy ra từ cuộn cáp cần
đo (không cần phải cắt khỏi cuộn cáp). Nên để mẫu thử ở nhiệt độ phòng
trong vòng 48 giờ trước khi đo thử.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 49
Hình 3.5. Sơ đồ mô hình thiết bị kiểm tra khả năng chịu lực kéo
căng của cáp.
-Phép thử được tiến hành tại nhiệt độ phòng theo mô hình như hình
3.5. Tăng lực căng liên tục tại tới giá trị lực căng theo yêu cầu (giá trị này
được thoả thuận giữa nhà cung cấp và nhà khai thác), và giữ trong 5 phút.
Kết thúc phép thử, để cáp ở trạg thái bình thường. Đo xác định sự thay
đổi suy hao của cáp sau khi thử.
3.2.1.2. Va đập :
Sau khi đập 10 lần bằng quả nặng có khối lượng 1 kg rơi từ độ cao
1m theo phép thử IEC-794 - 1E4. Yêu cầu cáp phải đảm bảo :
-Sợi không gãy.
-Vỏ cáp không bị rạn nứt.
-Độ tăng suy hao không được vượt qua 0,1dB.
Phép thử khả năng chịu lực va đập của cáp (theo IEC - 794 - 1E4).
-Mẫu thử là cuộn cáp cần đo nên để ở nhiệt độ phòng trong vòng 48
giờ trước khi đo thử. Với dụng cụ thử cho phép một vật nặng rơi thẳng
đứng từ trên cao xuống tác động vào cáp thử qua một tấm théo trung gian.
Trọng lượng của quả nặng, độ cao của vật nặng rơi xuống, số lần va đập
được điều chỉnh theo yêu cầu đặt ra.
Kết thúc phép đo, để cáp ở trạng thái bình thường. Đo chính xác sự
thay đổi suy hao của cáp sau khi thử.
3.2.1.3. Đo thử lực nén.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 50
Sau khi tác động một lực nén bằng trọng lượng của 1km cáp lên
chiều dài cáp tối thiểu là 1mm trong thời gian 5 phút theo phép thử IEC -
794 - 1E3. Yêu cầu cáp phải đảm bảo :
-Sợi không gãy.
-Vỏ cáp không bị rạn nứt.
-Độ tăng suy hao không được vượt qua 0,1dB.
Phép đo thử khả năng chịu lực nén của cáp :
-Mẫu thử là cuộn cáp cần đo nên để ở nhiệt độ phòng trong vòng 48
giờ trước khi đo thử.
-Dụng cụ thử : dụng cụ thử được dùng để nén cáp theo mặt phẳng
nằm ngang. Gồm 2 tấm thép phẳng, một tấm cố định, một tấm có thể di
chuyển được như hình 3.6. Cạnh của tấm théo di chuyển được nên được
làm tròn với bán kính 5mm.
-Quy trình đo thử :
+ Kẹp mẫu cáp giữa hai tấm thép, đảm bảo sao cho mẫu thử không
bị trượt theo phương nằm ngang.
+ Tác dụng lên tấm thép một lực nén bằng trong lượng của 1km cáp,
trong khoảng thời gian 5 phút.
Kết thúc phép thử, để cáp ở trạng thái bình thường (không chịu tác
động của lực nén). Đo và xác định sự thay đổi suy hao của cáp sau khi
thử.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 51
Hình 3.6. Mô hình kiểm tra khả năng chịu lực nén của cáp.
3.2.1.4. Phép đo thử độ xoắn .
Cáp sau khi kiểm tra khả năng chịu lực xoắn theo phép thử IEC -
794 - 1E7, với số lần xoắn là 5 lần, chiều dài cáp thử nhỏ hơn 4m.
Yêu cầu cáp phải đảm bảo :
-Sợi không gãy.
-Vỏ cáp không bị rạn nứt.
-Độ tăng suy hao không được vượt qua 0,1dB.
Phép đo thử khả năng chịu lực xoắn của cáp.,
-Mâũ thử là cuộn cáp cần đo nên để ở nhiệt độ phòng trong vòng 48
giờ trước khi thử .
-Dụng cụ thử : gồm bàn kẹp cố định và một bàn kẹp xoay dùng để
xoắn cáp theo phương nằm ngang. Mô hình được mổ tả như hình 3.7.
Hình 3.7. Mô hình kiểm tra khả năng chịu lực xoắn của cáp.
-Quy trình đo thử :
+ Kẹp một đầu cáp thử vào bàn kẹp cố định, một đầu cáp thử được
kẹp vào bàn kẹp xoay, sao cho cáp không bị di chuyển trong quá trình thử
nhưng cũng không được kẹp quá chặt làm thay đổi suy hao của cáp. Cáp
được giữ cho luôn được căng nhờ quả nặng có khối lượng 25kg.
+ Xoay bàn kẹp theo chiều kim đồng hồ 1 góc 1800 với số lần quay
theo yêu cầu.
+ Sau đó để cáp thử về vị trí ban đầu và xoay bàn kẹp theo chiều
ngược kim đồng hồ một góc 1800 với số lần như trên.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 52
Kết thúc phép thử, để cáp ở trạng thái bình thường. Đo xác định độ
suy hao của capsau khi thử.
3.2.2. Phương pháp đo thử về tác động của môi trường.
3.2.2.1. Nhiệt độ : (Đo thử theo phương pháp IEC-794-1-F1)
a. Mục tiêu :
Phương pháp đo này áp dụng cho cáp sợi quang khi tiến hành thử
nghiệm thay đổi nhiệt độ theo chu kỳ nhằm xác định tính chất ổn định về
suy hao của cáp khi thay đổi nhiệt độ.
Sự thay đổi suy hao của cáp sợi quang có thể xẩy ra do thay đổi
nhiệt độ nhìn chung là do kẹp hoặc các sợi quang bị kéo căng gây ra vì có
sự khác nhau giữa hệ số giãn nở nhiệt của sợi với hệ số giãn nở nhiệt của
thành phần gia cường và các lớp vỏ của cáp. Điều kiện thử nghiệm đối
với phép đo này phải mô phỏng được các điều kiện xấu nhất.
Thử nghiêm này có thể sử dụng để kiểm soát tính chất của cáp trong
dải nhiệt độ lựa chọn, tính chất ổn định của suy hao sợi liên quan đến tình
trạng bị uốn một cách đáng kể của các sợi trong cáp.
b. Chuẩn bị mẫu :
Mẫu là một đoạn cáp chế tạo có chiều dài vừa đủ như chỉ ra trong
qui định kỹ thuật cụ thể, chiều dài thích hợp để đạt được độ chính xác
mong muốn (VD : 1000 - 2000m) .
Để nhận được giá trị tái lập, mẫu cáp phải được đưa vào tủ khí hậu
ở dạng cuộn hoặc quấn trên lõi.
Khả năng của sợi thích nghi với độ giãn nở và co vi sai có thể bị
ảnh hưởng tới bán kính uốn của cáp. Vì vậy tình trạng của mẫu thử cần
được thực hiện càng giống như điều kiện sử dụng bình thường càng tốt.
Trong trường hợp thử nghiệm trên lõi quấn, cáp được quấn theo
cách nào đấy để tất cả những thay đổi về đặc tính của cáp (suy hao, chiều
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 53
dài...) có thể xuất hiện trong điều kiện sử dụng bình thường không thay
đổi.
Vấn đề đáng quan tâm là sự khác nhau giữa hệ số giãn nở của mẫu
thử nghiệm và bộ phận đỡ (cuộn, thùng, tấm, v.v...) mà điều này có gây ra
ảnh hưởng đáng kể đến kết quả thử nghiệm trong các chu kỳ nhiệt nếu
các điều kiện “không ảnh hưởng” không được thực hiện một cách triệt để.
c. Thiết bị :
-Thiết bị đo suy hao thích hợp để xác định sự thay đổi của suy hao.
-Tủ khí hậu : phải có kích thước thích hợp để chứa được mẫu và
nhiệt độ của tủ phải điều khiển được để duy trì nhiệt độ thử nghiệm qui
định trong phạm vi ± 30.
d. Tiến hành thử nghiệm :
Bước 1 : Kiểm tra cáp bằng mắt thường, tiến hành đo suy hao của
cáp ở nhiệt độ ban đầu xác định.
Điều kiện ổn định trước phải được thoả thuận giữa người mua và
người bán.
Bước 2 :
-Mẫu ở nhiệt độ môi trường phải được đưa vào tủ khí hậu có cùng
nhiệt độ.
-Nhiệt độ trong buồng sau đó phải được hạ xuống đến nhiệt độ thấp
TA với tốc độ giảm nhiệt thích hợp.
-Sau khi đã đạt được độ ổn dịnh nhiệt độ trong tủ mẫu được lưu ở
điều kiện nhiệt độ thấp này trong khoảng thời gian thích hợp T1.
-Nhiệt độ trong tủ sau đó được nâng lên đến nhiệt độ cao TB với tốc
độ tăng nhiệt thích hợp.
-Sau khi đã đặt được độ ổn định nhiệt độ trong tủ mẫu được lưu ở
điều kiện nhiệt độ cao này trong khoảng thời gian thích hợp t1.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 54
-Nhiệt dộ trong tủ sau đó được hạ xuống đến giá trị nhiệt độ môi
trường với tốc độ thích hợp.
-Quy trình này tạo thành 1 chu kỳ (xem hình 3-8).
-Mẫu phải chịu hai chu kỳ nếu không có quy định nào khác trong
qui định kỹ thuật cụ thể.
-Quy định kỹ thuật liên quan phải chỉ ra :
+ Sự thay đổi suy hao và các kiểm tra trong quá trình ổn định.
+ Khoảng thời gian mà sau đó, chúng được thực hiện.
-Trước khi đưa mẫu ra khỏi tủ ; mẫu thử nghiệm đã phải đạt tới độ
ổn định nhiệt ở nhiệt độ môi trường.
-Nếu quy định kỹ thuật liên quan chỉ ra dải nhiệt độ bảo quản và sử
dụng là khác nhau thì thay cho hai thử nghiệm riêng biệt có thể tiến hành
một thử nghiệm kết hợp với chu trình nhiệt như chỉ ra trên hình 3-9).
-Giá trị TA, TB và t1 phải được tiêu chuẩn trong quy định kỹ thuật cụ
thể.
Tốc độ tăng hoặc giảm nhiệt phải được quy định trong tiêu chuẩn kỹ
thuật. Cần lưu ý để nhiệt độ của lõi cáp không khác biệt một cách đáng kể
so với nhiệt độ của tủ khí hậu khi kết thúc giai đoạn tăng hoặc giảm nhiệt.
A. Bắt đầu chu kỳ thứ nhất.
Hình 3.8. Quy trình của một chu kỳ.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 55
Hình 3.9. Quy trình thưr nghiệm kết hợp.
Bước 3 :
-Nếu nhiệt độ môi trường không phải là điều kiện khí quyển tiêu
chuẩn được sử dụng trong khi thử nghiệm thì sau khi đưa mẫu ra khỏi tủ,
mẫu được phép đạt tới độ ổn định nhiệt độ ở điều kiện khí quyển tiêu
chuẩn.
-Quy định kỹ thuật cụ thể liên quan có thể đưa ra khoảng thời gian
phục hồi riêng cho tưng loại mẫu đã cho.
e. Kết quả :
*Đo kết thúc : Ngoài viẹc xem xét lại mẫu cáp bằng mắt thường,
phải tiến hành kiểm tra đặc tính quang và cơ học của cáp theo như yêu
cầu trong quá trình kỹ thuật có liên quan.
*Tổng hợp kết quả :
Các dữ liệu sau đây phải được trình bày cùng với kết quả :
-Đường kính của cuộn hoặc lõi mẫu.
-Các chi tiết về quấn cáp :
+ Một lớp hay nhiều lớp.
+ Lực căng khi cuộn cáp.
+ Kiểu và vật liệu của cơ cấu giá đỡ.
+ Bố trí mẫu (thẳng đứng/nằm ngang).
-Chiều dài sợi và cáp được thử nghiệm. Kiểu nối giưa các sợi (nếu
có).
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 56
-Chuẩn bị đầu cáp.
-Các dữ liệu thử nghiệm kể cả kiểu thiết bị đo và các điều kiện ban
đầu.
-Mức độ thử nghiệm (số chu kỳ, biểu đồ chu kỳ nhiệt độ). Nhiệt độ
và số lần phải được ghi lại.
-Sự thay đổi suy hao ở bước sóng quy định như là hàm của chu trình
nhiệt kể cả việc chỉ ra độ chính xác.
3.2.2.2. Phép đo thử chống thấm nước.
(Đo thử theo phương pháp IEC-794-1-F5).
a. Mục tiêu :
Thử nghiệm này áp dụng cho cáp có chất làm đầy đặt ngoài trời
nhằm kiểm tra các kẽ hở của cáp có được làm đầy một cách liên tục để
ngăn ngừa sự ngấm nước voà trong cáp.
Thử nghiệm phải được tiến hành trên các mẫu cáp có độn bằng một
trong hai phương pháp sau : (F5A hoặc F5B) như hình vẽ 3.10.
b. Chuẩn bị mẫu :
-Phương pháp F5A : Phần vỏ bọc có chiều rộng 25 mm phải được
tách bỏ 3m từ một đầu của đoạn cáp và ống nối kín nước được ôm vào lõi
để trần bắc qua khe của vỏ bọc.
-Phương pháp F5B : Mẫu cáp có chiều dài lớn hơn chiều dài đem
thử 1m nhưng không quá 3m được lấy một cách ngẫu nhiên. Nếu có yêu
cầu thì mẫu phải chịu quy trình uốn. Đoạn cáp dài nhất là 3m phải được
lấy ở phần giữa của mẫu.
c. Tiến hành thử nghiệm :
Cáp được đặt ở vị trí nằm ngang và cột nước 1m được áp vào trong
24h ở nhiệt độ (20 ± 50C). Phẩm phát sóng được hoà tan trong nước có
thể được sử dụng để hỗ trợ cho viẹc phát hiện sự rỏ rỉ.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 57
d. Yêu cầu :
Nước không được phát hiện thấy ở đầu của đoạn cáp dài 3m. Nếu sử
dụng phẩm phát sóng có thể dùng ánh sáng cực tím để kiểm tra.
Hình 3.10 : Thử nghiệm ngấm nhước.
3.3. PHƯƠNG PHÁP ĐO KIỂM THIẾT BỊ TRUYỀN DẪN
QUANG.
3.3.1. Đo kiểm điện áp cấp nguồn.
Các thiết bị để đo gồm : dụng cụ đo, von met số, các dây nối và phụ
kiện cần thiết.
Bước 1 : Kiểm tra nguồn điện áp xoay chiều.
-Trước hết kiểm tra chung mạng cấp nguồn xoay chiều cho hệ thống
thiết bị và xem xét khả năng an toàn của việc cấp nguồn từ mạng điện vào
thiết bị.
-Tiến hành đo : Dùng đồng hồ đo, kiểm tra điện lưới xoay chiều tại
đầu cáp xoay chiều chung của thiết bị. Giá trị điện áp xoay chiều đo được
phải đảm bảo được không vượt quá giới hạn tiếp nhận điện áp xoay chiều
cho trang thiết bị.
Bước 2 : Kiểm tra điện áp cấp nguồn 1 chiều.
-Kiểm tra tất cả các ngăn nguồn, card ngồn xem có đúng vị trí
không.
-Dùng đồng hồ đo kiểm tra các điểm nguồn một chiều trên các khối,
card cấp nguồn trên thiết bị theo thuyết minh và ký hiệu của thiết bị.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 58
Trước hết cần đo giá trị điện áp 1 chiều chung ở đầu vào, sau đó lần lượt
đo kiểm tra các giá trị nguồn một chiều khác bao gồm các giá trị điện áp
một chiều đầu vào và đầu ra tại các điểm đo trên thiết bị. Các giá trị đo
không được vượt quá giới hạn cho phép của thiết bị.
-Có thể dùng biến áp xoay chiều nối vào đầu cấp nguồn xoay chiều
để thay đổi giá trị điện áp xoay chiều đầu vào, đồng thời đo điện áp một
chiều chung đầu vào, giá trị điện áp một chiều này phải đạt như các giá trị
cho trong thực tế khi thay đổi điện áp xoay chiều trong phạm vi của thiết
bị.
-Nếu trạm các thiết bị khác phục vụ để cấp nguồn như máy nắn, pin
mặt trời, ổn áp xoay chiều và các thiết bị phụ thộc thì cần phải lần lượt
kiểm tra các thiết bị này theo thuyết minh kỹ thuật kèm theo. Tất cả các
thiết bị cấp nguồn này phải đảm bảo khả năng cung cấp đủ năng lượng
cho trạm 24/24 giờ đồng thời phải kiểm tra cả công tác bảo quản cho các
thiết bị này trong cả điều kiện hoạt động và khi ở chế độ tự phòng.
3.3.2. Đo kiểm khả năng truyền tải của thiết bị SDH.
Một trong những đặc điểm của hệ thống và thiết bị SDH là các chức
năng hoạt động của hệ thống và thiết bị SDH được phân theo các lớp : lớp
đoạn (đoạn lặp, đoạn ghép kênh), lớp luồng bậc cao, lớp luồng bậc thấp.
Do đó tuỳ thuộc vào loại thiết bị và mục đích sử dụng mà thiết bị được cài
đặt trong các cấu hình để cung cấp khả năng truyền tải của các lớp tương
ứng.
Mục đích của phép đo này là để kiểm tra hoạt động của thiết bị
SDH theo đúng các chức năng truyền tải tương ứng với các lớp đã được
cấu hình và đồng thời cũng kiểm tra được tính độc lập giữa các lớp trong
thiết bị.
Cách tốt nhất để đo kiểm tra khả năng truyền tải của mỗi thiết bị đo
là dùng một thiết bị đo SDH có khả năng mô phỏng tín hiệu, các chức
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 59
năng của thiết bị cần đo, tức là coi thiết bị đo SDH như một thiết bị SDH
chuẩn. chính vì vậy các phép đo thông thường ược thực hiện trên giao
diện STM-N của thiết bị.
Trong phép đo này, thiết bị SDH được coi là có khả năng truyền tải
tốt nếu thiết bị này có khả năng tuyền tải thông suốt từ đầu cuối này đến
đầu cuối kia một kiểu “cấu trúc tín hiệu SDH” như trong G.707.
Một cấu trúc tín hiệu SDH được xem là truyền dẫn thông suốt từ
đầu cuối này đến đầu cuối kia khi :
-Không có sự suy giảm nào về đặc tính cl.
-Không có một sự thay đổi nào về bit khi tín hiệu số được truyền
dẫn từ đầu cuối này đến đầu cuối kia, trong đó mỗi một bít của tín hiệu số
này cho phép có thể lấy bất kỳ giá trị nào ở lối vào của phần tử mạng
SDH được kiểm tra.
Sau đây mô tả các phương pháp đo kiểm khả năng truyền tải của các
lớp trong thiết bị, trong đó cũng đưa ra được các cấu trúc tín hiệu thử
khác nhau và các tham số giám sát tín hiệu trong khi đó cùng với yêu cầu
về kết quả đo. Các tham số giám sát phụ thuộc vào lớp truyền tải và cấu
trúc tín hiệu của thiết bị cần đo kiểm.
3.3.2.1. Đo kiểm khả năng truyền tải của lớp đoạn.
a. Đo kiểm khả năng truyền tải của đoạn lắp STM-n.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 60
Hình 3.11. Sơ đồ kiểm tra khả năng truyền tải của lớp đoạn lặp.
-Đối tượng cần đo, là các trạm lặp hoặc các thiết bị ADM có các
cổng tín hiệu STM-N được đặt theo cấu hình trạm lặp. Chú ý các lớp đoạn
lặp này không có xử lý phân tách ghép tín hiệu STM-n tức là thiết bị SDH
không nên có các xử lý con trở trong phép đo này. Sơ đồ đo được thiết lập
như hình 3.11. Thiết lập đường tín hiệu đi qua thiết bị cần đo và
hướngtruyền tín hiệu trong suốt của mức đoạn ghép kênh sẽ đi theo hướng
chiều mũi tên trong hình vẽ. NE1 là bộ lặp hoặc thiết bị SDH có nối kết ở
mức đoạn lặp (theo khuyến nghị G.958). Trong hình này, bất cứ lỗi nào
trong đoạn ME1 ⇔ NE1 hoặc NE1 ⇔ ME1 sẽ gây ra một sự thay đổi về
giá trị B1. Giá trị B1 này được tính toán ở cuối của đoạn tương ứng và
cùng với tín hiệu cảnh báo của cả thiết bị đo và thiết bị cần đo kiểm.
Tùy thuộc vào cấu trúc tín hiệu STM-N mà sẽ sử dụng các cấu trúc
tín hiệu thử tương ứng như (cấu trúc tín hiệu thử cũng được thể hiện tỏng
cấu trúc chức năng của thiết bị đo như hình 3.11).
*Khi tín hiệu STM-n có cấu trúc bậc cao C-4.
Phép đo này được áp dụng khi C-4 nằm trong cấu trúc tổ hợp của
một VC-4 và có cấu trúc ghép kênh AU-4.
Trong phép đo kiểm tra tính trong suốt của đoạn lặp với loại thiết bị
có cấu trúc C-4 bậc cao thì thực hiện như sau :
Đặt cấu hình thiết bị đo SDH phát ra tín hiệu STM-N có cấu trúc C-
4 tới thiết bị cần đo như hình 3.11 . Tín hiệu STM-N này có cấu trúc ghép
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 61
kênh như G.707 với các byte mào đầu và các con trở được đặt đúng giá trị
tương ứng phù hợp như G.707.
Đối với container C-4 cần đo thì đặt chuỗi tín hiệu thử còn các C-4
khác sẽ được điền với các giá trị khác chuỗi thử (nếu N >1). Kiến nghị
nên điền các C-4 có các giá trị lặp lại là 00H hoặc 6AH (H giá trị Hexa cơ
số 16) ết hoặc là sắp xếp chuỗi giả ngẫu nhiên vào các C-4 theo cấu trúc
G.707 thông qua giao diện G.703 . Cũng có thể áp đặt các tín hiệu VC-4
không sẵn sàng vào container không được kiểm tra.
Để đảm bảo tính tương thích với thiết bị SDH khi truyền tải các tín
hiệu thử, thì các nhãn của tín hiệu sẽ được gán một giá trị duy nhất theo
G.707 theo G.707 khi sử dụng các loại chuỗi tín hiệu thử không sắp xếp
hoặc các loại tín hiệu thử mà sắp xếp các byte lặp lại có giá trị cố định,
thì nhãn tín hiệu thử sẽ có giá trị trong byte C2 là FEH đối với các luồng
bậc cao và đối với các luông bậc thấp đặt giá trị 110 trong các bít 5, 6, 7
của byte V5.
Thông qua phép kiểm tra cấu trúc ghép kênh ở trên và xem xét khả
năng của thiết bị đo, có thể sử dụng một trong hai cấu trúc tín hiệu thử
được áp đặt vào C4 cần đo trong phép đo này như sau :
-Loại mẫu tín hiệu thử có tất cả các byte C-4 được đặt chuỗi tín hiệu
PRBS có độ dài 223 - 1.
-Loại mẫu tín hiệu thử sử dụng sắp xếp tín hiệu PDH PRBS có độ
dài 223 - 1 vào trong container C-4 cần kiểm tra như G.707. Cấu trúc này
có thể được tạo ra bằng thiết bị đo PDH theo 0.151 sắp xếp vào C-4 của
thiết bị đo SDH hoặc thiết bị MUX thông qua giao diện G.703.
*Khi tín hiệu STM-n có cấu trúc container bậc cao C-3 (tải trong
suốt là C - 3).
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 62
Phépđo này được áp dụng khi có một sự truyền tải trong suốt từ đầu
cuối này đến đầu cuối kia ở cấp C - 3. Trong đó C-3 nằm trong cấu trúc tổ
hợp của một VC - 3 và có cấu trúc ghép kênh AV - 3 như trong G.707.
Trong phép đo kiểm tra tính trong suốt của đoạn lặp với loại thiết bị
có cấu trúc C-3 bậc cao thì phép đo được thực hiện như sau :
-Thiết lập đường tín hiệu đi qua thiết bị cần đo và đặt cấu hình thiết
bị đo SDH phát ra tín hiệu STM-N có cấu trúc C- 3 tới thiết bị đo cần đo
như hình 3.11. Tín hiệu STM - N này có cấu trúc ghép kênh như G.707
với các byte mào đầu và các con trỏ được đặt đúng giá trị tương ứng phù
hợp với G.707.
Để đảm bảo tính tương thích với thiết bị SDH khi truyền tải các tín
hiệu thử, thì các nhãn của tín hiệu sẽ được gán một giá trị duy nhất theo
G.707. Theo G.707 thì nhãn tín hiệu thử có giá trị là F, E, H trong byte
C2 đối với ác luồng bậc cao và đối với các luồng bậc thấp đặt giá trị 110
trong các bít 5, 6, 7 của byte V5 khi sử dụng các loại chuỗi tín hiệu thử
không sắp xếp hoặc các loại tín hiệu thử mà sắp xếp các by te lặp lại có
giá trị cố định.
Thông qua phép kiểm tra cấu trúc ghép kênh như đã trình bày và
xem xét khả năng của thiết bị đo, có thể sử dụng một trong hai cấu trúc
tín hiệu thử được áp đặt vào C- 3 cần đo trong phép đo này như sau :
Loại mẫu tín hiệu thử có tất cả các byte C-3 được đặt chuỗi tín hiệu
PRBS có độ dài 215-1.
Loại mẫu tín hiệu thử sử dụng sắp xếp tín hiệu PDH PRBS có độ
dài 215-1vào trong container C-3 cần kiểm tra như G.707. Cấu trúc này có
thể được tạo ra bằng thiết bị đo PDH theo 0,150 sắp xếp vào C-3 của thiết
bị đo SDH hoặc thiết bị Mux thông qua giao diện G.703.
*Các tham số cần được giám sát trong khi đó :
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 63
Đối với cả hai loại tín hiệu STM-N có cấu trúc C-3/4 của phép đo
như trên, thì tại đầu thu của thiết bị đo, SDH và trên thiết bị SDH cần đó,
kiểm tra các loại tín hiệu bảo dưỡng, cảnh báo các sự kiện sau :
Loại tham số Các tham số cân đo
Các bất thường Oò, Các lỗi B1, TSE
Các sai hỏng LOS, LOF, LSS
*Yêu cầu kết quả :
Thiết bị hoạt động tốt khi không có bất cứ cảnh báo nào của các
tham số được giám sát ở bảng trên.
b. Đo kiểm khả năng truyền tải của lớp đoạn ghép kênh STM-N .
Đây là phép đo tính độc lập của lớp đoạn lặp và lớp ghép kênh của
thiết bị.
Đối tượng cần đo : là các trạm lặp hoặc các thiết bị ADM có các
cổng tín hiệu STM-N được lắp đặt theo cấu hình trạm lặp hoặc là kiểm tra
tính trong suốt của phần ghép kênh giữa các trạm lặp. Chú ý là lớp đoạn
lặp này không có xử lý phần tách ghép tín hiệu STM-N tức là thiết bị
SDH không nên có các xử lý con trỏ trong phép đo này.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 64
Hình 3.12 : sơ đồ kiểm tra khả năng truyền tải của lớp ghép kênh.
Sơ đồ được thiết lập như hình 3.12. Thiết lập đường tín hiệu đi qua
thiết bị cân đo và hướng truyền dẫn tín hiệu trong suốt của mức đoạn
ghép kênh sẽ đi theo chiều mũi tên trong hình vẽ. NE1, NE2 là trạm lặp
hoặc thiết bị SDH có nối kết ở mức đoạn lặp.
Tương tự như phép đo kiểm tra của đoạn lặp thì ứng với hai cấu trúc
tín hiệu STM - N thì cũng có hai trường hợp sau :
-Khi tín hiệu STM-N có cấu trúc các container bậc cao C-4 .
Cũng tương tự như kiểm tra truyền tải lớp đoạn lặp, phép đo với
loại cấu trúc tín hiệu STM-N này cũng có thể sử dụng hai cấu trúc tín
hiệu thử : TSS1, TSS5.
-Khi tín hiệu STM-N có cấu trúc các container bậc cao C-3 (tải
trọng suốt là C-3).
Cũng tương tự như kiểm tra truyền tải lớp đoạn lặp, phép đo với
loại cấu trúc tín hiệu STM-N này cũng có thểư dụng hai loại cấu trúc tín
hiệu thử : TSS2, TSS6.
-Các tham số cần được giám sát trong khi đó.
Đối với cả hai loại tín hiệu STM-N có cấu trúc C-3/4 của phép đo
như trên. Vì mục đích của phép đo này là kiểm tra đoạn ghép kênh nên tại
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 65
đầu thu của thiết bị đo SDH, kiểm tra các loại tín hiệu bảo dưỡng, cảnh
báo các sự kiện sau :
Loại tham số Các tham số cần đo
Các bất thường OOF, các lỗi B2, TSE
Các sai hỏng LOS, LOF, MS - AIS, MS - RD1, LSS
-Yêu cầu kết quả đo :
Thiết bị hoạt động tốt khi không có bất cứ cảnh báo nào của các
tham số được giám sát ở bảng trên.
3.3.2.2. Đo kiểm khả năng truyền tải lớp luồng SDH.
Một trong những ưu điểm của hệ thống SDH đó là sử dụng con trỏ
để truyền tải trong suốt các tải xuyên qua mạng SDH. Nhờ đó mà dưới
cùng một điều kiện trượt có thể xẩy ra tại các tốc độ 2Mbit/s trong mạng
PDH nhưng trong mạng SDH lại không xẩy ra, như trường hợp có kết nối
quốc tế, trong đó các mạng SDH của các quốc gia khác nhau không cùng
đồng bộ tới cùng một đồng hồ chủ.
Việc phát và thông dịch con trỏ của NE phải tuân theo đúng các qui
tắc trong G.708 để có thể kết nối được các NE của các nhà sản xuất khác
nhau. Thông dịch của con trỏ có thể có 3 trạng thái sau : bình thường, mất
đường dẫn của con trỏ và tín hiệu chỉ báo có cảnh báo AIS. Thiết bị đo
SDH phải có khả năng ép buộc thông dịch có con trỏ trong NE để kiểm
tra trạng thái sẽ đi vào đúng theo các điều kiện kiểm tra mong muốn, và
trong trạg thái hoạt động bình thương thì sự di chuyển con trỏ dương, âm
phải xẩy ra theo đúng như khuyến nghị G.707 đã qui định.
Kiểm tra khả năng truyền tải cảu lớp luồng cũng phải được thực
hiện đồng thời với phép kiểm tra con trỏ. Phân tích việc phát con trỏ của
NE cũng được thực hiện trên các điều kiện hoạt động bình thương để chỉ
ra được các hoạt động bình thương và bất bình thương của con trỏ như :
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 66
Các giá trị của con trỏ bất bình thương, các sự kiện xẩy ra cờ dữ liệu mới
và các trượt con trỏ.
Sau đây đưa ra các cấu hình đo ứng với mỗi loại luồng SDH.
a. Đo khả năng truyền tải lớp luồng bậc cao VC-4/VC-3.
Hình 3.13. Sơ đồ khả năng truyền tải lớp luồng bậc cao C-3, C-4 ở
HPC.
Đối tượng cần đo là : các thiết bị Mux, ADM, DXC có chức năng
HPC (đầu nối ở luồng bậc cao VC 3/4). HPC có thể là các ma trận chuyển
mạch trong thiết bị DXC (thiết bị nối chéo loại 1 trong G.782) khi đó thì
phép đó cần thực hiện tất cả các cấu hình đấu nối chéo của thiết bị để
kiểm tra tất cả các khả năng chuyển mạch có thể.
Sơ đồ đo được thiết lập như hình 3.13. Thiết lập đường tín hiệu đi
qua thiết bị cần đo theo chiều hướng truyền đưa tín hiệu trong suôts của
mức C-3/C-4 sẽ đi theo chiều mũi tên trong hình vẽ. Trong đo NE1
và NE2 là các thiết bị nối chéo DXC (Cross-connect) kiểu I.
Sau đây cũng phân ra hai trường hợp đo kiểm lớp luồng VC bậc cao
hoặc chức năng đấu nối chéo của thiết bị có cấu trúc VC-4 hoặc VC-3.
Tuỳ thuộc vào cấu trúc tín hiệu STM-N mà sẽ sử dụng các cấu trúc tín
hiệu thử tương ứng như sau: (cấu trúc tín hiệu thử cũng được thể hiện
trong cấu trúc thiết bị đo như hình 3.13).
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 67
*Khi tín hiệu luồng bậc cao VC có cấu trúc là container bậc cao C-
4.
Phép đo này được áp dụng khi C-4 nằm trong cấu trúc tổ hợp của
một VC-4 và có cấu trúc AU-4 .
Tương tự như phép đo kiểm tra thông suốt của đoạn lặp mà có cấu
trúc C-4, có thể sử dụng một trong hai cấu trúc tín hiệu thử là TSS1 hoặc
TSS5 đối với thiết bị có chức năng LPA-4 (tức là có giao diện G.703).
*Khi tín hiệu luồng bậc cao VC có cấu trúc là container bị cao C-3.
Phép đo này được áp dụng khi C-3 nằm trong cấu trúc tổ hợp của
một VC-3 và có cấu trúc AU-3.
Tương tự như phép đo kiểm tra thông suốt của đoạn lặp mà có cấu
trúc C-3, có thể sử dụng một trong hai cấu trúc tín hiệu thử TSS2 hoặc
TSS6 đối với thiết bị có chức năng LPA-3 (tức là có giao diện G.703).
*Các tham số cần được giám sát trong khi đo.
Đối với cả hai loại tín hiệu STM-N có cấu trúc C-3/4 của phép đo
như trên, thì tại đầu thu của thiết bị do SDH và trên thiết bị SDH cần đo,
kiểm tra các loại tín hiệu bảo dưỡng, cảnh báo sự kiện sau :
Loại tham số Các tham số cần đo
Các bất thường OOF, các lỗi B3,HP-REI, TSE
Các sai hỏng LOS, LOF, MS - AIS, MS - RD1, AV- LOP, AV-
AIS, HP - RD1, HP-TIM, LSS
Chú ý : Các lỗi B3 liên quan đến cấu trúc SDH.VC-4/3, còn AU -
LOP và AV-AIS liên quan đến AU-4/3 .
*Yêu cầu kết quả :
Thiết bị hoạt động tốt khi không có bắt cứ cảnh báo nào của các
tham số được giám sát ở bảng trên.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 68
b. Đo kiểm khả năng truyền tải lớp luồng bậc thấp VC-3/2/12/11.
Đối tượng cần đo : là các loại thiết bị Mux, ADM, DXC có chức
năng LPC (đầu nối ở luồng bậc cao VC-11/12/2/3). LPC có thể là các ma
trận chuyển mạch trong thiết bị DXC khi đó thì phép đo cần thực hiện tất
cả các cấu hình đấu nối chéo của thiết bị để kiểm tra tất cả các khả năng
chuyển mạch có thể.
Sơ đồ đo được thiết lập như hình 3.14. Thiết lập đường tín hiệu đi
qua thiết bị cần đo theo hướng truyền tín hiệu trong suốt của mức
C11/12/2/3 sẽ đi theo chiều mũi tên trong hình vẽ. Trong đó NE1 và NE2
là các thiết bị MUX có chức năng nối chéo mức C-11/12/2/3 loại III.1
trong G.782.
Hình 3.14. Sơ đồ kiểm tra khả năng truyền tải của lớp luồng bậc
thấp C -11/12/2/3.
*Khi tín hiệu luồng bậc cao VC có cấu trúc là container bậc thấp C-
3.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 69
Phép đo này được áp dụng khi luồng bậc thấp C-3 nằm trong cấu
trúc tổ hợp của một VC-3 và có cấu trúc ghép kênh AU-4/VC-3.
Trong phép đo kiêmtra tính trong suốt bậc thấp VC-3 với loại thiết
bị có cấu trúc C-3 bậc thấp thì phép đo được thực hiện như sau :
-Thiết lập đường tín hiệu đi qua thiết bị cần đo và đặt cấu hình thiết
bị đo SDH phát ra tín hiệu STM-N có cấu trúc C-3 bậc thấp tới thiết bị đo
như hình 3.14. Tín hiệu STM-N này có cấu trúc ghep kênh như G.707 với
các byte mào đầu và các con trỏ được đặt đúng giá trị tương ứng phù hợp
như G.707.
Để đảm bảo tính tương thích với thiết bị SDH khi truyền tải các tín
hiệu thử, thì các nhãn của tín hiệu sẽ được gán một giá trị duy nhất theo
G.707. Khi sử dụng các loại chuỗi tín hiệu thử không sắp xếp hoặc các
loại tín hiệu thử mà sắp xếp các byte lặp lại có giá trị cố định, thì nhãn tín
hiệu thử sẽ có giá trị là FEH (trong byte C2) đối với các luồng bậc cao và
đối với các luồng bậc thấp đặt giá trị 110 trong các bít 5, 6, 7 của byte
V.5.
Thông qua phép kiểm tra cấu trúc ghép kênh và xem xét khả năng
của thiết bị đo, có thể sử dụng một trong hai cấu trúc tín hiệu thử được áp
đặt vào C-3 cần đo trong phép đo này như sau.
-Khi kiểm tra loại thiết bị SDH có chức năng nối chéo luồng bậc
thấp LPC sử dụng cấu trúc AU-4/VC-3 thì đặt tất cả các byte của
container C-3 cần kiểm tra có các giá trị của chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên
PRBS có độ dài 223-1. Theo 0.181 cấu trúc này là TSS3 và thuộc loại tín
hiệu thử không được sắp xếp.
-Khi kiểm tra loại thiết bị SDH có chức năng LPA-3 và chỉ sử dụng
cấu trúc ghép kênh AU-4 thì sắp xếp tín hiệu PDH giả ngẫu nhiền PRBS
có độ dài 223-1 vào trong container cần kiểm tra như G.707. Theo 0.181
cấu trúc này là TSS7 và thuộc loại tín hiệu thử có sắp xếp.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 70
*Các tham số cần được giám sát khi đo : Đối với cả hai loại tín hiệu
STM-N có cấu trúc AU-4 C-3 của phép đo như trên, thì tại đầu thu của
thiết bị do SDH và trên thiết bị SDH cần đo, kiểm tra các loại tín hiệu bảo
dưỡng, cảnh báo các sự kiện sau :
Loại tham số Các tham số cần đo
Các bất thường OOF, các lỗi B3,HP-REI, TSE
Các sai hỏng LOS, LOF, MS - AIS, MS - RD1, AU- LOP, AU-
AIS, HP - RD1, HP-TIM, LP-RD1. Tu-LOP, TU-
AIS, TU-LOM, LP-TIM, LSS
Yêu cầu kết quả : thiết bị hoạt động tốt khi không có bất cứ cảnh
báo nào của các tham số được giám sát ở bảng trên.
*Khi tín hiệu luồng bậc cao VC có cấu trúc là container bậc thấp C-
11/12/2.
Phép đo này được áp dụng khi C-11/12/2 nằm trong cấu trúc tổ hợp
của một VC-11/12/2 và có cấu trúc ghép kênh AU-4 hoặc AU-3\TUG-
2\VC-11/12/2.
Trong phép đo kiểm tra tính trong suốt của luồng bậc thấp VC-
11/12/2 (hay chức năng LPC) với loại thiết bị có cấu trúc C-11/12/2 bậc
thấp thì phép đo được thực hiện như sau :
Thiết lập đường tín hiệu đi qua thiết bị cần đo và đặt cấu hình thiết
bị đo SDH phát ra tín hiệu STM-N có cấu trúc C-11/12/2 bậc thấp tới
thiết bị cần đo như hình 3.14. Tín hiệu STM-N này có cấu trúc ghép kênh
như G.707 với các byte mào đầu và các con trỏ được đặt đúng gía trị
tương ứng phù hợp như G.707.
Chú ý : cách đặt này sẽ ngăn ngừa các cảnh báo AU-ASI hay TU-
AIS trên các AU-N hoặc TU-m mà không được đo. Đối với container C-
11/12/2 cần đo thì đặt chuỗi tín hiệu thử, còn các C-11/12/2 khác sẽ được
điền với các giá trị khác chuỗi thử.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 71
Để đảm bảo tính tương thích với thiết bị SDH khi truyền tải các tín
hiệu thử, thì các nhãn của tín hiệu sẽ được gán một giá trị duy nhất theo
G.707. Theo G.707 khi sử dụng các loại chuỗi tín hiệu thử không sắp xếp
hoặc các loại tín hiệu thử mà sắp xếp các byte lặp lại có giá trị cố định,
thì nhãn tín hiệu thử sẽ có giá trị là FEH trong byte C2 đối với các luồng
bậc cao và đối với các luồng bậc thấp đặt giá trị 110 trong các bít 5, 6, 7
của byte V5.
Thông qua phép kiểm tra cấu trúc ghép kênh như đã trình bày trên
và xem xét khả năng của thiết bị đo sẵn có, có thể sử dụng một trong hai
cấu trúc tín hiệu thử được áp đặt vào C-11/12/2 cần đo trong phép đo này
như sau :
Khi kiểm tra loại thiết bị SDH có chức năng nối chéo luồng bậc
thấp LPC sử dụng cấu trúc AU-4 hoặc AU-3\TUG-2\VC-11/12/2 thì đặt
tất cả các byte của container C-11/12/2 cần kiểm tra có các giá trị của
chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên PRBS có độ dài 215-1.
Khi kiểm tra loại thiết bị SDH có chức năng LPA-me (m = 11/12/2)
và có cấu trúc ghép kênh AU-4 hoặc AU-3 thì sắp xếp tín hiệu PDH giả
ngẫu nhiên PRBS có độ dài 215-1.
-Các tham số cần được giám sát trong khi đo : Đối với loại tín hiệu
STM-N có cấu trúc AU-4 hoặc AU-3 TUG-2 , C-11/12/2 của phép đo như
trên, thì tại đầu thu của thiết bị đo SDH và trên thiết bị SDH cần đo, kiểm
tra các loại tín hiệu bảo dưỡng, cảnh báo các sự kiện sau :
Loại tham số Các tham số cần đo
Các bất thường OOF, BIP-2errors, LP-RE1, TSE
Các sai hỏng LOS, LOF, MS - AIS, MS - RD1, AU- LOP, AU-
AIS, HP - RDI, HP-TIM, LP-RDI, TU-LOP , TU-
AIS, TU-LOM, LP-TIM, LSS
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 72
CHƯƠNG 4 : THIẾT BỊ ĐO OTDR
4.1. KHÁI NIỆM
Máy đo phản xạ quang (ODTR) được sử dụng để đo sợi quang
thông qua việc thể hiện kết quả đo bằng hình ảnh các đặc tính suy hao của
một sợi quang dọc theo chiều dài của sợi quang đó. OTDR cho ra biểu đồ
của các đặc tính đó trên màn hình của nó, ở dạng đồ hoạ, với trục X là
khoảng cách đo và trục Y là độ suy hao. Các thông tin như : suy hao sợi
quang, tổn hao mối hàn, tổn hao bộ nối và vị trí dị thường có thể được xác
định từ sự hiển thị này.
Xu hướng của máy OTDR yhiện nay là cung cấp cả các khả năng sử
dụng trong vùng cửa sổ thứ 4 - băng L, tại 1625nm. Bên cạnh khả năng đo
kiểm và phát hiện sự cố tại kênh giám sát quang ở bước sóng 1625nm thì
việc sử dụng bước sóng này còn có một số thuận lợi khác. Đặc biệt là
trong một số trường hợp, các sợi đang được sử dụng có thể được đo tại
bước sóng 1625nm trong khi truyền dẫn WDM thông thường vẫn tiếp tục
hoạt động trong vùng phổ EDFA. Vì suy hao quang do uốn cong tại
1625nm trội hơn tại các bước sóng WDM ngắn hơn nên sử dụng OTDR
tại bước sóng dài có thể phát hiện được một số điểm sự cố trên sợi. Các vị
trí nơi mà chất lượng của sợi đã được chấp nhận trong thời gian lắp đặt
nhưng có thể đã bị suy giảm theo thời gian.
Đo bằng OTDR là phương pháp hiện có duy nhất để xác định chính
xác vị trí gẫy của sợi quang trong một tuyến cáp quang đã lắp đặt khi vỏ
bọc cáp bị hư hại mà mắt thường không thể nhìn thấy được. Nó là cách tốt
nhất để xác định tổn hao của các mối hàn trên sợi quang, các bộ nối hoặc
các điểm dị thường trong hệ thống. Nó cho phép người kỹ thuật viên xác
định hiện một mối hàn có đáp ứng được các tiêu chuẩn ký thuật không
hay phải làm lại. OTDR còn giới thiệu các đặc tính tốt nhất của sợi quang.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 73
Như vậy, máy đo OTDR là một trong những công cụ mạnh nhất
không phá huỷ cấu trúc của hệ thống, thao tác thuận lợi đối với sợi quang.
Nó cung cấp các thông tin cần thiết cả trong giai đoạn chế tạo sợi và cả
trong giai đoạn đánh giá chất lượng sợi, cũng như ở giai đoạn kiểm tra
hiện trường. Máy đo OTDR được dùng để đo suy hao toàn tuyến, chiều
dài sợi, suy hao của mối hàn và khớp nối, xác định chỗ sợi bị đứt, thứ tự
mối hàn… qua đó có thể đánh giá được sự xuống cấp của hệ thống.
Nguyên lý hoạt động của OTDR dựa trên nguyên lý đo phản xạ và tán xạ
ngược được phát minh vào năm 1976 và nhanh chóng được hoàn thiện và
sử dụng rộng rãi.
4.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐO OTDR.
Máy phóng các xung ánh sáng vào sợi cần đo. Trên đường truyền
các xung ánh sáng gặp những chướng ngại khác nhau như những chỗ
không đồng nhất của sợi, mối hàn, khớp nối, vết nứt của sợi… Do đó sẽ
có một phần năng lượng ánh sáng dội về dưới hình thức phản xạ hay tán
xạ ngược. Mức độ phản xạ phụ thuộc vào tính chất của những chỗ không
đồng nhất. Và máy đo OTDR đo ánh sáng bị phân tán trở về này.
Năng lượng ánh sáng phản xạ được thu nhận, chuyển đổi thành tín
hiệu điện, khuyếch đại và cho hiển thị lên màn hình. Trục tung chia theo
mức công suất phản xạ còn trục hoành chia theo chiều dài sợi thông qua
thời gian trễ từ lúc phóng xung đến lúc nhận xung.
Mối quan hệ giữa chiều dài sợi L và thời gian trễ t là :
tvL ..2
1=
Trong đó : v =1n
C là vận tốc ánh sáng truyền trong lõi sợi.
Thừa số 2
1 : là đo xung ánh sáng truyền trong sợi theo hai chiều
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 74
Máy đó OTDR cũng đo công suất của ánh sáng phản xạ và tạo ra
một hiển thị suy hao của sợi quang theo khoảng cách truyền lan.
4.3. SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA MÁY ĐÓ OTDR.
Sơ đồ khối tổng quát của một máy đo ODTR được thể hiện như hình
4.1.
Hoạt động của máy : dưới sự kích thích của các xung điện tử mạch
tạo xung, LASER phát xung ánh sáng vào sợi quang thông qua các bộ
ghép và rễ tia. Các xung phản xạ được bộ rẽ tia đưa đến bộ tách sóng
quang để đổi ra xung điện. Biên độ xung phản xạ rất nhỏ nên cần được
khuếch đại trước khi đưa qua bộ xử lý để hạn chế nhiễu, lấy giá trị tủng
bình rồi cho hiển thị lên nàm hình.
Hình 4.1. Sơ đồ tổng quát của máy đo OTDR.
Sự biến thiên công suất tán xạ ngược và phản xạ thể hiện sự phân
bố suy hao trên sợi quang. Thời gian trễ từ dấu hiệu phản xạ ở đầu sợi đến
dấu hiệu phản xạ ở cuối sợi thể hiện thời gian truyền của ánh sáng từ đầu
sợi đến cuối sợi (theo hai chiều) nêncó thể suy ra được chiều dài của sợi.
Tương tự như vậy có thể tính được cự ly từ đầu sợi đến điểm có suy hao
bất thường.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 75
Nếu tín hiệu tán xạ ngược được khuếch đại tuyến tính thì đường
biểu diễn trên màn hình là đường cong giảm dần theo quy luật hàm số mũ
(hình 4.2a). Nếu dùng bộ khuếch đại logarit thì đường biểu diễn trên màn
hình là đường thẳng có hệ số góc âm (hình 4.2.b). Đường biểu diễn trên
đã được bộ xử lý hạn chế nhiễu và lấy giá trị trung bình, nếu không thì
hình ảnh rất mờ.
a : khuếch đại tuyến tính b: khuếch đại logarit
Hình 4.2. Công suất phản xạ của một sợi đồng nhất.
Nếu trên sợi có nhiều đoạn có độ suy hao khác nhau thì đường thể
hiện là đường gãy gồm có nhiều đoạn có độ dốc khác nhau. Những chố có
phản xạ thì được thể hiện bằng các xung nhọn, vì công suất phản xạ lớn
hơn công suất tán xạ ngược với cùng mức công suất tới (hình 4.3).
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 76
Hình 4.3. Sự biến thiên của công suất phản xạ qua các chướng ngại
khác nhau.
*Nguồn quang :
Khi xung kích thích hẹp hơn xung tán xạ ngược thì công suất của tín
hiệu tán xạ ngược phát ra từ 40 ÷ 50 dB (theo tính toán), thấp hơn công
suất của xung kích thích. Điều đó có nghĩa rằng chỉ các nguồn quang có
khả năng tạo ra các xung ngắn và công suất lớn mới sử dụng được. Do đó,
cần thiết phải sử dụng nguồn phát laser. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng phải có
một giới hạn cho công suóât cực đại mới có thể đưa vào sợi, có bức xạ phi
tuyến. và như vậy cần tính được ngưỡng phi tuyến đó. Trong trường hợp
sợi đa mode, người ta thường phải sử dụng các nguồn laser xung công
suất cao hơn Galas/GaAs ở vùng bước sóng 0,8 ÷ 0,9 µkm có thể ghép nối
một công suất quang khoảng 30dB.
Ở vùng bước sóng lớn hơn (1,3 ÷ 1,6µm) thường sử dụng cho các
loại sợi đơn mode, nên không thể sử dụng ác Laser với các đặc điểm trên.
Khi đó, người ta sử dụng các nguồn Laser có liên kết bốn như InGaAs
P/InP với công suất ghép nối cực đại khoảng vài dB.
Trong trường hợp thăm dò liên tục, yêu cầu phải có một nguồn liên
tục phù hợp với bộ dao động nội bộ, và các bộ dao động đó phải thuận
tiện cho việc sửdụng như là nguồn kích thích. Từ đó một chùm ánh sáng
phát được sử dụng như là một chùm mẫu.
*Bộ rẽ tia (bộ phận hướng) :
Các bộ conpler. Có nhiệm vụ trộn hoặc tách tín hiệu quang theo yêu
cầu. Ở đây là loại conpler hai hướng. Bộ rẽ tia này là một bộ phận rất
quan trọng trong thiết bị OTDR vì nó thực hiện hai chức năng chính.
-Tạo ra một tổn hao thấp và ghép nối một cách có hiệu quả từ nguồn
quang tới sợi và từ sợi đến bộ tách sóng quang.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 77
-Thực hiện cách ly bộ thu với tín hiệu lớn phản xạ từ cuối đầu vào
của sợi.
Trong thực tế, tín hiệu phản xạ này lớn, vào khoảng 25 ÷ 30 dB trên
mức tín hiệu tán xạ ngược, sẽ nạp rất mạnh cho phần điện của bộ thu và
làm sai phép đo của phần tiếp theo của dạng sóng.
*Bộ tách sóng quang, thu và khuếch đại :
Nếu chú ý đến mức tháp của tín hiệu tán xạ ngược thì yêu cầu cơ
bản của bộ tách sóng quang sử dụng trong thiết bị OTDR là nó phải có độ
nhạy cao và nhiễu thấp. Hơn nữa, nó cần phải có độ tuyến tĩnh cao. Mặt
khác, chúng phải có dải thông rộng để nhận xung thăm dò một cách chính
xác khi yêu cầu.
Đối với vùng bước sóng ngắn (0,85µm) người ta sử dụng bộ tách
sóng quang Silicon APDs. Đối với vùng bước sóng 1,3 ÷ 1,6µm, không có
bộ tách sóng nào tốt hơn bộ tách sóng trên. Các photodiode Ge có thể
chịu được dòng điện cao và đòi hỏi cần phải làm lạnh để cải thiện chế độ
công tác.
Trong hệ thống tách sóng trực tiếp, sự khuếch đại được thực hiện
bằng các bộ khuếch đại Transimpledance, nó có các đặc tính chống nhiễu
và dải thông hẹp.
*Bộ xử lý tín hiệu :
Bộ xử lý tín hiệu thực hiện nhiều chức năng như :
-Đồng bộ giữa xung phát và xung thu
-Phối hợp các tín hiệu và lấy trung bình.
-Tự động điều chỉnh và tính toán các thông sốđo.
-Phân tích dạng sóng.
-Đưa ra các đặc tính hoặc tạo ra các tín hiệu chuyển mạch.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 78
-Biến đổi thành các dạng khác nhau, phụ thuộc vào kỹ thuật sử dụng
thựctế.
*Màn hình :
Màn hình là một CRT hiển thị biểu đồ dạng sóng đo được ,bao gồm
các đặc điểm chủ yếu mà có thể nhận được từ thiết bị đo tán xạ ngược
(trong cùng một loại sợi) như sau :
-Phản xạ cuối đầu vào sợi.
-Suy hao sợi.
-Biểu diễn phản xạ ở mối hàn.
-Biểu diễn phản xạ ở connector.
-Biểu diễn phản xạ ở chỗ đứt sợi (cuối đầu ra của sợi).
4.4. CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA MÁY ĐO OTDR.
4.4.1. Tần số phát xung.
Để có đường biểu diễn chính xác người ta cho phóng nhiều xung rồi
lấy giá trị trung bình của các xung phản xạ. Tần số phát xung có liên quan
đến tốc độ truyền của ánh sáng trong sợi và chiều dài sợi.
Thời gian để một xung ánh sáng truyền từ đầu sợi đến cuối sợi rồi
phản xạ về đầu sợi là :
C
nL
v
Lt 122 ==
Với L : là chiều dài sợi
1n
Cv = vận tốc ánh sáng truyền trong sợi.
Thời gian trên cũng chính là chu kỳ tối thiểu của chỗi xung, nên tần
số tối đa của chuỗi xung là :
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 79
1
max ..2
1
nL
C
tf ==
Muốn đo sợi càng dài thì tần số phát xung phải càng thấp. Thông
thường tần số phát xung trong khoảng thấp hơn 1KHz.
Trong trường hợp này, khoảng cách tối đa Lmax có thể đo được bằng
:
kmmfn
CL 100)(10
10.5,1.2
10.3
..
2
1 5
3
8
max
max ====
4.4.2. Độ phân giải.
Khoảng cách tối thiểu của hai chướng ngại gần nhau mà máy đo còn
phân biệt được cho biết khả năng phân giải của máy . Độ phân giải phụ
thuộc bề rộng của xung ánh sáng. Thời gian để truyền hết một xung ánh
sáng qua một điểm trên sợi cũng chính là bề rộng của xung. Cự ly truyền
tương ứng với thời gian truyền này là :
τ..2
1min vL =
Trong đó :
-Thừa số 2
1 là do ánh sáng truyền theo hai chiều.
-1n
Cv = : vận tốc ánh sáng truyền trong sợi.
-τ : là bề rộng xung.
Nói chung bề rộng xung τ càng rộng thì Lmin càng lớn, tức là độ
phân giải càng kém và ngược lại. Bề rộng xung của các máy trên thực có
thể điều chỉnh được từ vài chục ns đến vài µs tương ứng với Lmin = 5m ÷
100m.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 80
Khi đó cự lý gần thì dùng T nhỏ để tăng độ phân giải, còn khi đo cự
ly xa thì dùng T lớn để tăng dải đọng.
4.4.3. Dải động.
Cự ly tối đa mà máy đo OTDR có thể đo được phụ thuộc vào dải
động của máy và độ suy hao trung bình của sợi quang. Để xác định dải
động của máy cần phân tích sự phân bố công suất quang do máy phát ra
(hình 4.4).
Dải động đơn hướng (SWDR : Single way Dynamic Range) của một
máy OTDR là mức suy hao lớn nhất của sợi quang mà khi đó có thể quan
sát từ đầu đến cuối sợi. Dải động đơn hướng, gọi tắt là dải động, được
tính bởi :
[ ]SNIRLPPSWDRDP
++−−= )(2
1
Trong đó :
Pp : là công suất của Laser/
PD : là mức nhiễu của linh kiện tách sóng quang.
L = L1 + L2 : là tổng suy hao ghép theo hai hướng đi và về.
R : lả tỷ số công suất tạn xạ ngược so với công suất tới.
SNI : (Signal to noise improvement) : độ cải thiện nhiễu.
PP Công suất của Laser
L1 : Suy hao ghép hướng đi
R :tỷ số công suất tán xạ ngược so với công suất tới
Suy hao của sợi (Hướng đi và về)
L2 : suy hao ghép hướng về
Nền nhiều xủa linh kiên tách sóng quang
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 81
SNI: độ cải thiện nhiễu
Nền nhiễu sau khi giảm nhiễu
Hình 4.4. Sơ đồ phân bố công suất quang của một máy ODTR.
Dải động của các máy OTDR hiện nay vào khoảng 20dB đến 35dB.
Chiều dài sợi tối đa có thể đo được là :
α
SWDRkmL =][max
Với : SWDR : dải động đơn hướng, đơn vị dB.
α : Độ suy hao trung bình, đơn vị : dB/km.
Dải động và độ phân giải của một máy OTDR có liên quan với nhau
thông qua độ rộng xung T, xung càng rộng thì năng lượng quang phóng
vào sợi càng lớn, nên dải động càng cao nhưng độ phân giải càng kém và
ngược lại.
4.5. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA MỘT VẾT OTDR.
Nguồn Laze tạo ra các xung ánh sáng lặp đi lặp lại, hàng nghìn lần,
tạo ra hàng nghìn giá trị của cường độ ánh sáng bị tán xạ trở lại đối với
mỗi điểm dọc theo cáp. Nhyững giá trị này được làm trung bình để tạo ra
một vết OTDR.
Tất cả các vết OTDR đều có bốn đặc điểm như hình 4.5 sau :
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 82
Hình 4.5. Năm đặc điểm cơ bản của vết OTDR.
Đặc điểm thứ nhất : là một đỉnh ban đầu theo sau là một đỉnh bị suy
yếu nhanh.
Đỉnh xung và đỉnh suy yếu nhanh này là kết quả của sự phản xạ
Fresnel từ các bộ nối nối OTDR. Với cáp. Bất kỳ phần nào của cáp nằm
trong đỉnh ban đầu đều không thể kiểm tra được bằng OTDR, vì đỉnh này
là đặc trưng của OTDR và không phải đặc trưng của cáp nối với OTDR.
Vùng này được gọi là vùng chết hoặc vùng mù. Có thể kiểm tra một cáp
bằng một đoạn cáp đo hoặc cáp dùng làm đầu thử dài hơn độ rộng của
đỉnh này. Ta cũng có khả năng “xem” được vùng chết của cáp bằng cách
sử dụng OTDR nối với đầu kia của cáp. Cả hai kỹ thuật vừa nêu đều được
sử dụng, và nên gắn với mặt cáp dùng làm đầu đo : sẽ là rẻ hơn để thay
các bộ nối trên cáp dùng làm đầu đo hơn là sửa một máy OTDR.
Đặc điểm thứ hai là một đỉnh ở cuối, là sự phản xạ Frênl từ đầu cuối
của cáp. Chú ý rằng sự phản xạ này có một độ rộng, hay độ dài. Độ rộng
này tương tự như độ rộng của vùng chết. Độ rộng của sự phản xạ này đặt
ra một giới hạn về khả năng phân giải của một OTDR đối với những điểm
phản xạ có khoảng cách rất gần nhau. Nếu hai bộ nối, hai mối hàn cơ khí,
hoặc hai chỗ gẫy trong các cáp ống đệm chặt gần nhau hơn độ rộng của
vùng phản xạ này, thì OTDR sẽ chỉ cho một đặc điểm duy nhất, mà không
phải là hai đặc điểm tách biệt.
Đặc điểm thứ ba là mộtvùng thẳng, là tín hiệu tán xạ trởlại từ cáp
được đo. Từ vùng này, bạn thu được tất cả những thông tin hữu ích về tổn
hao của hệ thống cáp quang bạn đang đo.
Đặc điểm thứ bốn là tín hiệu nhiễu, nó xuất hiện sau vùngphản xạ ở
đầu bên phải của vết OTDR. Tín hiệu nhiễu này sẽ phụ thuộc vào điều
kiện của vết OTDR. Tín hiệu nhiễu này sẽ phụ thuộc vào điều kiện của
OTDR.Tín hiệu nhiễu này sẽ phụ thuộc vào điều kiện của OTDR, cường
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 83
độ của tín hiệu được phép vào sợi quang, và tổng tổn hao trong sợi quang
đang cần đo.
4.6. MỘT SỐ NHỮNG VẾT OTDR ĐIỂN HÌNH.
Vết OTDR hiếm khi trông giống như hình 4.5. Các vết OTDR sẽ thể
hiện những đặc điểm riêng như :
-Không có phản xạ ở đâu.
-Dố đo chính xác.
-Số đó không chính xác do các bộ nối tổn hao cao tại OTDR .
-Số đo không chính xác do tổng tổn hao cao.
-Phóng ánh sáng không đúng.
-Tỷ lệ suy hao thấp.
-Tỷ lệ suy hao cao.
-Tổn hao đồng dạng.
-Tổn hao không đồng dạng không có phản xạ/đỉnh Fresnel.
-Tổn hao không đồng dạng có phản xạ/đỉnh Fresnel.
*Trường hợp không có phản xạ ở đầu .
Trong một số trường hợp nhất định, phản xạ ở đầu có thể không
xuất hiện (như hình 4.6).
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 84
Hình 4.6. Vết không có phản xạ ở đầu cuối.
Có hai nguyên nhân có thể xẩy ra như ở hình 4.6: Đầu ra của sợi
quang có thể có một đầu đã bị vỡ đập nhiều. Nguyên nhân thứ hai là một
đầu cáp, mà ở đó bán kính cong đã bị vi phạm. Trong cả hai trường hợp,
toàn bộ ánh sáng phản xạ (phản xạ Fresnel) sẽ bị đẩy ra ngoài góc tới hạn.
Sẽ không xuất hiện đỉnh ở đầu.
*Số đo chính xác.
Khi thiết đặt một OTDR, điều quan trọng là phải cho phóng công
suất quang vào sợi quang càng nhiều càng tốt để có được những số đo
chính xác. Có thể xác định được chất lượng tương đối của các số đo tổn
hao thu được từ một OTDR bằng cách so sánh sự khác nhau giữa mức tín
hiệu tại đầu của sợi quang đo được với mức nhiễu xẩy ra sau cùng phản
xạ ở đầu. Sự khác nhau càng lớn, các số đo càng chính xác. Điều này
được thể hiện như hình 4.7 sau :
Khoảng cách
Hình 4.7 . Một vết OTDR không bình thường không có phản xạ ở
đầu.
*Số đo không chính xác.
Nếu bộ nối gắn vào OTDR có tổn hao cao, mức công suất tại đầu
của sợi quang có thể thấp đến mức cho ta những số đo không chính xác
(như hình 4.8). Ngoài ra, nếu tổn hao tổng (tổng suy hao của cáp, các tỏn
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 85
hao của bộ nối, các tổn hao của mối hàn, còn gọi là tổn hao của tuyến
cáp”) của cáp đang được đo mà cao gần với giới hạn tổn hao của OTDR,
bạn sẽ nhận được các số đo không chính xác (như hình 4.9).
Công suất phóng thấp
gây ra sự khắc nhau nhỏ
Hình 4.8. Một vết OTDR cho các số liệu đo chính xác.
4.9. Các số liệu không chính xác sẽ thu được vết OTDR này do
công suất quang phóng vào thấp.
*Phóng ánh sáng vào không đúng.
Ta có thể thiết đặt OTDR không đúng cách, làm cho ánh sáng được
phóng vào sợi quang không đúng. Nếu vậy thì vết OTDR sẽ trông giống
như hình 4.10. Lưu ý rằng trong vết này không có vùng phân tán thẳng trở
lại. Việc thiếu vùng thẳng thể hiện rằng không có ánh sáng quay trở lại
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 86
OTDR từ sợi quang. Vết OTDR này là do một bộ nối nối với OTDR đã bị
gẫy hoặc do một chỗ gẫy trên sợi quang trong vùng chết quang.
Hình 4.10. Số liệu không chính xác sẽ thu được vết OTDR này do
tổn hao tổng cao.
*Tỷ lệ suy hao thấp và cao.
Với việc phóng ánh sáng vào sợi quang tốt, bạn có thể thực hiện
những xác định mang tính định lượng. Các sợi quang có tỷ lệ suy hao thấp
và các sợi quang có tỷ lệ suy hao cao được chỉ ra trong hình 4.11 và 4.12.
Một sự so sánh như thế yêu cầu các thang đo trục nằm ngang và trục
thẳng đứng giống nhau đối với cả hai vết OTDR.
*Các tổn hao đồng dạng.
Một khi ta đã thiết đặt để OTDR phóng ánh sáng vào sợi quang một
cách hợp lý, bạn có thể phân biệt giữa các tổn hao đồng dạng và không
đồng dạng. Nếu trên tuyến cáp không có bộ nối hoặc mối hàn nào, ta sẽ
luôn luôn nhìn thấy một vết thẳng, thể hiện tổn hao đồng dạng (như hình
4.5).
Qui tắc cần ghi nhớ : Đối với việc diễn giải ý nghĩa của vết OTDR,
một cáp được thiết kê,s sản xuất và lắp đặt hợp lý sẽ luôn có vết OTDR là
một đường thẳng. Bất kỳ một sự biến dạng nào đều thể hiện có vấn đề kết
nối hoặc lắp đặt.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 87
Hình 4.11 : Vết có tỷ lệ suy hao thấp
Hình 4.12 : Vết có tỷ lệ suy hao cao.
*Các tổn hao không đồng dạng.
Các tổn hao không đồng dạng có thể có hoặc có thể không có phản
xạ (hình 4.13). Một tổn hao không đồng dạng, không phản xạ có ít nhất
bốn diễn giải khác nhau. Một tổn hao như vậycó thể do sự uốn cong của
cáp dưới mức bán kính cong tối thiểu. Tổn hao này cũng có thể do cáp bị
đè tại một chỗ nàođó, do dây buộc cáp buộc quá chặt trên một cáp ống
đệm chặt ít sợi quang. Một vết OTDR như vậy có thể do một đoạn gắn
cáp chịu một sức căng quá mức hoặc chịu nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp.
Tóm lại, bất kỳ sự vi phạm nào đến các đặc tính hoạt động của cáp đều
có thể dẫn đến tổn hao không phản xạ, không đồng dạng.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 88
Hình 4.13 : Vết tổn hao không đồng dạng, không có phản xạ.
Một vết OTDR thể hiện tổn hao không đồng dạng như vậy có thể là
do một mối hàn nóng chảy trên cáp gây ra. Vì mối hàn nhiệt không có
không khí ở trong nên không có phản xạ Fresnel tổn hao phản xạ không
đồng dạng (hình 4.14) có 5 cách diễn giải .
Vết này có thể do một mối hàn cơ khí gây ra. Các mối hàn cơ khí có
một chất gel làm phù hợp chiết suất gần bằng chiết suất lõi sợi quang,
nhưng không phải hoàn toàn chính xác. Do không chính xác nên vẫn có
một ít phản xạ Frernel.
Vết này có thể do mối hàn nóng chảy được hàn kém. Nếu có một
khe không khí hoặc một bọt khí thì sẽ có phản xạ Fresnel.
Vết này có thể do cáp ống đệm chặt bị gẫy. Trong tình trạng đó, ống
đệm chặt có tác động đến các đầu để duy trì tiếp xúc nhưng tiếp xúc
không hoàn toàn.
Cách giải thích thứ năm là vết này có nhiều lần phản xạ (các tín
hiệu dội) trên toàn bộ chiều dài cáp. Các tín hiệu dội được tạo ra như sau :
xung ánh sáng từ OTDR đi tới đầu cáp. Hầu hết năng lượng ánh sáng đều
thoát ra, nhưng có một ít ánh sáng bị phản xạ trở lại OTDR. Khi ánh sáng
này đi trở lại cặp bộ nối ở OTDR, hầu hết ánh sáng này đều vượt qua đi
vào OTDR, tạo ra đỉnh ở đầu vết. Nhưng có một phần ánh sáng bị phạn xạ
tại OTDR, làm cho có một phần ánh sáng lại đi trở lại đầu sợi quang
(vòng thứ hai). Khi ánh sáng này đến được đầu sợi quang, một số lại bị
phản xạ (lần thứ ba đối với xung ánh sáng đang xét). Năng lượng của ánh
sáng này đi ngược trở lại OTDR, tạo ra một đỉnh thứ hai trên vết OTDR
đo được.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 89
Do quá trình nhiều lần phản xạ Fresnel nêu trên, xung có năng
lượng cao từ một OTDR có thể bị phản xạ vài lần tại đầu của mọt cáp đo
được. Hiện tượng này xẩy ra đối với cả hai loại cáp: Cáp đơn mode và cáp
đa mode.
Hình 4.14 : Vết tổn hao không đồng dạng, có phản xạ.
Sự phản xạ nhiều lần như vậy có thể luôn dễ dàng xác định được
bằng hai đặc tính : độ dài của mỗi đoạn cáp chính xác bằng nhau (± 2m
trên OTDR chất lượng cao chẳng hạn OTDR tek tronix Fiber Master) và
tổn hao không đồng dạng tại tâm tương đối cao so với tổn hao của một bộ
đồng dạng tại tâm tương đối cao so với tổn hao của một bộ nối hoặc mối
hàn được lắp đặt đúng.
Các tín hiệu dội có thể xẩy ra trong các đoạn cáp có chiều dài không
bằng nhau. Trong trường hợp này, sự phản xạ nhiều lần sẽ không xuất
hiện tại tâm (điểm giữa) của vết.
4.7. CÁCH THIẾT ĐẶT MỘT MÁY ĐO OTDR.
Qui trình thiết đặt máy đo OTDR phụ thuộc vào loại máy đo OTDR
đang được sử dụng. Tuy nhiên, một số bước là giống nhau đối với mọi
máy đo OTDR. Sau khi điều chỉnh trên OTDR, lau sạch các bộ nối ở cả
hai đoạn cáp dùng làm đầu đo. Chọn và nhập vào các giá trị của bước
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 90
sóng dùng trong phép đo, hệ số khúc xạ, số đo độ dài cáp (feet hoặc km),
và độ rộng xung đo.
Bước sóng đo là bước sóng của thiết bị quang điện từ phát ra. Chỉ
số khúc xạ là chỉ số khúc xạ của sợi quang trong cáp.
Vì trục ngang của vết OTDR là thời gian, nên OTDR phải được chia
độ với sợi quang được đo. Việc chia độ này được cung cấp bởi hai thông
số : chỉ số khúc xạ của sợi quang đo được và sự khác nhau giữa độ dài sợi
quang và độ dài của cáp. Nếu ta biết được nhà sản xuất của sợi quang
trong cáp được đo, ta có thể sử dụng các giá trị trong bảng “các chiết suất
của các loại sợi quang hay được sử dụng”. Nếu ta không biết chỉ số khúc
xạ hoặc nhà sản xuất của sợi quang, ta có thể sử dụng các giá trị trong
bảng sau, là những điểm giữa của các chỉ số khúc xạ của những sợi quang
do bốn nhà sản xuất khác nhau cungcấp. Sử dụng những giá trị này sẽ dẫn
đến có một sai số nhỏ về độ dài của sợi quang.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 91
Bảng : Các chỉ số khúc xạ khi không biết các giá trị thực.
Loại sợi quang Độ dài bước sóng (nm) Chỉ số khúc xạ
50/125 850 1.48535
62,5/125 850 1.4982
50/125 1300 1.48145
62,5/125 1300 1.4938
Độ rộng xung xác định công suất quang được phóng vào cáp. Độ
rộng xung càng lớn, độ dài của cáp mà máy đo OTDR có thể đo được
chính xác càng dài (Hình 4.9). Tuy nhiên, độ rộng xung càng lớn, vùng
chết và vùng sự kiện quang cũng sẽ càng dài (hình 4.5).
4.8. CÁCH THỰC HIỆN CÁC PHÉP ĐO BẰNG MÁY ĐO OTDR.
Sau khi thiết đặt máy đo OTDR theo những chỉ dẫn của nhà sản
xuất, ấn nút Start/Stop hoặc nút test. Sau khi OTDR đã hoàn thành quá
trình đó, một vết sẽ xuất hiện trên màn hình của OTDR. Từ vết này, ta có
thể đo các độ dài và các khoảng cách, suy hao của sợi quang, tổn hao của
các bộ nối, tổn hao của các mối hàn, tổn hao của những đoạn cáp bị uốn
đoạn ngắn, uốn cong đoạn dài và sự phản xạ.
*Độ dài của khoảng cách.
Các máy đo OTDR có các con trỏ, nhờ nó ta định vị để xác định các
vị trí thực hiện các chức năng của OTDR. Để xác định độ dài của một
đoạn cáp được gắn trực tiếp (không qua đầu đo) với một OTDR, định vị
cho con trỏ tại vị trí thấp nhất của vết đường thẳng ngang trước đoạn phản
xạ ở đầu cáp (hình 4.15) trên hầu hết các OTDR, OTDR sẽ hiển thị vị trí
con trỏ ở đơn vị feet hoặc km.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 92
Hình 4.15 : các vị trí của con trỏ để đo độ dài một cáp đơn
Hình 4.16. Các vị trí con trỏ để đo độ dài đoạn cáp.
Để xác định độ cài của một đoạn trong một tuyến cáp gồm nhiều
đoạn cáp có chứa các mối hàn cơ khí hoặc các bộ nối (hoặc một cáp được
nối với một cáp đầu đo vào), định vị một con trỏ tại vị trí thấp nhất của
vết đường thẳng ngay trước đoạn phản xạ ở đầu thứ nhất của đoạn cáp.
Định vị một con trỏ thứ hai tại điểm thấp nhất của vết đường thẳng ngay
trước đoạn phản xạ ở đầu thứ hai của đoạn cáp được đo (Hình 4.16). Độ
dài đoạn cáp này là sự khác nhau giữa các vị trí của hai con trỏ. Trên một
số máy đo OTDR, như Tektronix Fiber Master, độ dài đoạn cáp sẽ được
hiển thị tự động.
*Các phép đo tổn hao :
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 93
Vết OTDR sẽ cho phép bạn thực hiện các phép đo tổn hao của cáp,
tỷ lệ suy hao của cáp, tổn hao của bộ nối, tổn hao của các đoạn cáp bị uốn
cong và tổn hao mối hàn. Tổn hao được xác định bằng cách đo sự khác
nhau. Về cường độ tín hiệu giữa các vị trí của hai con trỏ.
Tổn hao của cáp được xác định bằng cách đặt một con trỏ tại vị trí
thấp nhất của vết đường thẳng ngay trước đoạn phản xạ đầu cáp và con
trỏ thứ hai tại phần cao nhất của vết đường thẳng, ngay sau đỉnh ban đầu
(hình 4.17).
Tổn hao của đoạn cáp này chính là độ chênh lệch về chiều cao tại
các điểm mà hai con trỏ cắt với vết. Tính toán tỷ lệ suy hao của sợi quang
bằng cách chia giá trị tổn hao được hiển thị trên máy đo OTDR cho
khoảng cách giữa các con trỏ. Tỷ lệ này được tính tự động ở một số
OTDR, như các máy OTDR của công ty Tektronix và công ty Laser
Precision.
Hình 4.17 : các vị trí của con trỏ để đo tổn hao của cáp.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 94
Hình 4.18 : Các vị trí con trỏ để đo tổn hao kết nối giữa hai điểm.
Lưu ý rằng số đo này là tổn hao của sợi quang giữa các con trỏ. Tổn
hao này không phải là tổn hao của cáp vì tổn hao này không bao gồm tổn
hao của cáp ở vùng chết quang.
Có hai phương pháp xác định tổn hai của bộ nối. Trong phương
pháp thứ nhất, một con trỏ được đặt tại điểm thấp nhất của vết đường
thẳng ngay sau bộ nối . Con trỏ thứ hai được đặt tại điểm thấp nhất của
vết đường thẳng ngay trước bộ nối. (Hình 4.18). Phương pháp này bao
gồm cả tổn hao của cáp giữa hai con trỏ.
Hình 4.19 : Vị trí con trỏ để đo tổn hao mối hàn.
Một phương pháp chính xác hơn để xác định tổn hao của bộ nối
hoặc tổn hao của mối hàn là phương pháp tổn hao mối hàn. Phương pháp
này không bao gồm tổn hao của cáp giữa hai con trỏ. Trong phương pháp
này, máy đo OTDR thực hiện phép xấp xỉ tuyến tính tối ưu cho các vết
tuyến tính trên cả hai phía của bộ nối hoặc của mối hàn. Máy đo OTDR
này sẽ tính độ khác nhau giữa các mức cường độ tín hiệu tại vị trí của bộ
nối hoặc của mối hàn (Hình 4.19).
4.9. MỘT SỐ ỨNG DỤNGCỦA MÁY ĐO OTDR.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 95
4.9.1. Do suy hao toàn tuyến :
Dựa vào độ chênh lệch của công suất tán xạ ngược ở đầu và cuối sợi
(hình 1.5) để tính ra suy hao toàn tuyến theo công thức
)(
)(log.10
2
1)(
2
1
mWP
mWPdBA =
Trong đó : )(1 mWP : công suất tán xạ ngược thu được ở đầu sợi.
)(2 mWP : Công suất tán xạ ngược thu được ở cuối sợi.
Các máy đo ngày nay thường chia trục tung theo đơn vị dBm và có khi đã
tính sẵn hệ số 1/2 trên thang chia nênviệc tính suy hao đơn giản hơn.
)()()( 21 mWPmWPdBA −=
Từ đó có thể tính được suy hao trung bình :
).(
)()/(
kmL
dBAkmdB =α
Việc tính toán này máy đo có thể thực hiện tự động. Người sử dụng
chỉ cần dời con trỏ (cursot) đến điểm đầu sợi và cuối sợi rồi đánh dấu.
Máy đo sẽ cho ra đó suy hao toàn tuyến, chiều dài tuyến và suy hao trung
bình. Sự phân bố suy hao cũng được chỉ thị rõ trên màn hình. Máy đo
cũng có khả năng in ra giấy đồ thị phân bổ suy hao trên tuyến.
4.9.2. Do chiều dài sợi :
Dựa trên khoảng cách giữa dấu hiệu phản xạ ở đầu sợi và cuối sợi
có thể tính được chiều dài của sợi quang (hình 1.5).
Cần lưu ý rằng cự ly L được chia theo thời gian truyền của xung
trên quan hệ.
tn
tvL .4
.2
1.
2
1
1
==
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 96
Hình 1.5. Đồ thị phân bổ suy hao trên tuyến.
Nên cần phải đặt chiết suất trong máy đo phù hợp với chiết suất lõi
sợi đang đo thì kết quả mới chính xác.
4.9.3. Các định chỗ sợi bị đứt :
Dựa trên nguyên tắc đo chiều dài sợi có thể xác định được cự lý từ
đầu sợi đến điểm có dấu hiệu phản xạ (do sợi bị đứt). Cần lưu ý rằng sợi
quang dài hơn chiều dài của tuyến vì sợi được soắn trong mộtcáp và cáp
có thể uốn lượn được trong rãnh đào hoặc trong cống. Ngoài ra ở mỗi mối
nối của cáp đều có một đoạn sợi quang dự phòng trong hộp bảo vệ mối
nối và trong hầm chứa hộp bảo vệ.
Thông thường sợi quang dài hơn cáp từ 1% đến 3% và cáp dài hơn
tuyến từ 1% đến 2%.
Có thể xác định vị trí sợi bị đứt chính xác hơn bằng cách đo hai
phía từ hai trạm liên tiếp (hoặc đầu cuối) để xác định vị trí đứt so với mối
hàn gần đó nhất (hình 1.6).
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 97
a. Đo từ trạm A a. Đo từ trạm B
Hình 1.6. Xác định chỗ đứt bằng cách dùng OTDR đo từ hai phía
Gọi DA : Khoảng cách từ mối nối n đến điểm đứt do OTDR đặt ở
trạm A chỉ thị.
DB : Khoảng cách từ mối nối n+1 đến điểm đứt do OTDR đặt ở trạm
B chỉ thị.
D : Khoảng cách thực tế giữa hai mối nối trên tuyến.
Khoảng cách thực tế trên tuyến từ mối nối thứ n đến điểm đứt được
tính bởi :
DDD
DD
BA
A
n.
+=
Tương tự, khoảng cách từ mối nối thứ n +1 đến điểm đứt là :
DDD
DD
BA
A
n.1
+=
+
Cũng có thể xác định vị trí đứt sợi bằng cách so sánh cự ly chỉ thị
trên OTDR với một đoạn sợi đã biết trước chiều dài.
4.9.4. Do suy hao của mối hàn và khớp nối :
Suy hao của mối hàn và khớp nối được xác định bởi độ chênh lệch
công suất tán xạ ngược ở trướcvà sau điểm nối (Hình 1.7).
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 98
a. Suy hao của mối hàn b. Suy hao của khớp nối
Hình 1.7. Suy hao của mối hàn và khớp nối.
Khi truyền qua mối hàn nóng chảy ánh sáng hầu như không có phản
xạ nên đường biểu diễn trên máy do chỉ thay đổi độ dốc (hình 1.7a) còn
khi truyền qua khớp nối ánh sáng thường bị phản xạ nên sẽ thấy xung
phản xạ trên màn hình (hình 1.7b). Các khớp nối có dùng chất lỏng để
phối hợp chiết suất ở giữa sẽ không thấy dấu hiệu phản xạ.
Khi đó suy hao của mối hàn theo một chiều có thể gặp trường hợp
đường biểu diễn trên màn hình không thay đổi độ cao, thậm chí còn tăng
lên như tín hiệu quang bị khuếch đại (!) . Hiện tượng này xảy ra do hai
sợi nối với nhau có thông số khác nhau (về kích thước, chíêt suất, hệ số
tán xạ ngược). Nếu đo theo chiều ngược lại sẽ thấy suy hao của những
mối hàn đó lớn hơn trung bình. Do đó khi đo suy hao của mối hàn người
ta đo theo hai chiều rồi tính suy hao trung bình (hình 1.8).
Hình 1.8. Suy hao của mối hàn đo theo hai chiều.
a. Suy hao theo hai chiều đều dương.
b. A1 < 0 giống như tín hiệu quang được khuếch đại.
Suy hao của mối hàn được tính bởi :
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 99
221 AA
A+
=
Trong quá trình lắp đặt, suy haocủa các mối hàn được đo cẩn thận
ngay sau khi hàn nối. Những mối hàn có suy hao lớn đều phải cắt bỏ rồi
hàn lại. Có thể dùng một máy OTDR đặt ở một đầu mà đo suy hao các
mối hàn theo hai chiều như trên (hình 1.9).
Để thực hiện phương pháp này nhóm đo thử phải dịch chuyển máy
đo theo tuyến cách nhóm hàn nối một đoạn bằng chiều dài đoạn cáp.
Thứ tự mối hàn thay đổi khi đo theo hai chiều khác nhau (hình 1.9).
Đo từ A đến B Đo từ B đến A
Hình 1.9. Dùng một OTDR để đo suy hao của mối hàn theo hai
chiều.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 100
KẾT LUẬN
Trong giai đoạn hiện nay, sợi quang đã và đang được ứng dụng
ngày càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống và xã hội như :
- Lĩnh vực dân dụng : đồ trang trí ánh sáng…
- Lĩnh vực điện tử công nghiệp.
- Lĩnh vực y tế.
- Lĩnh vực viễn thông, truyền hình.
Trong đó, ngành Bưu điện Việt Nam đã ứng dụng sợi quang trong
hệ thống truyền dẫn của mình và đã chủ trương cáp quang hoá mạng lưới
truyền dẫn trong toàn quốc.
Cáp sợi quang ra đời, với ưu điểm của nó đã làm thay đổi hẳn hệ
thống truyền dẫn viễn thông. Một hệ thống truyền dẫn quang có cự ly
truyền xa, dung lượng lớn, đáp ứng được nhu cầu sử dụng mạng viễn
thông hiện đại.
Do vậy, khi chúng ta sử dụng loại cáp sợi quang nào thì điều cần
thiết là chúng ta phải biết các thông số của sợi đó nhằm nâng cao hiệu quả
sử dụng chúng. Và như thế, chúng ta cũng cần nên biết được các phương
pháp để đo các thông số ấy.
Toàn bộ nội dung trong bản đồ án này đã nêu ra một số các phương
pháp đo các thông số của sợi. Thực tế cho thấy rằng : các thông số của
cáp sợi quang đã được các nhà sản xuất cung cấp trong các Catalog của
sợi và chúng ta những người sử dụng chỉ cần biết các chỉ tiêu của nó để
có thể thuận tiện trong lắp đặt hệ thống truyền dẫn quang. Và để có thể dễ
dàng bảo dưỡng, sửa chữa khi có sự cố hỏng hóc xảy ra.
Một trong những phương tiện kiểm tra, đó là thiết bị OTDR. Do quá
trình đo bằng OTDR có thể thực hiện được chỉ tại một đầu sợi mà không
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 101
cần phải cắt sợi nên nó được sử dụng rộng rãi ở các tuyến cáp sợi quang
đã được lắp đặt để đo suy hao tuyến cap, suy hao trung bình, suy hao mối
hàn và xác định vị trí hỏng hóc của sợi.
Để tránh sai số khi đo bằng OTDR, chúng ta cần phải nắm chắc
được các phép đo và nguyên nhân xâyra sai số khi đo, nhằm loại trừ sai số
đó.
Cuối cùng, một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.s Lê
Văn Hải, người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt thời gian
làm đồ án này. Đồng thời, tôi cũng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với
toàn thể thầy cô đã trực tiếp giảng dạy giúp đỡ tôi có thêm kiến thức để
hoàn thành được bản đồ án tốt nghiệp này.
Do trình độ và thời gian hạn chế, bản đồ án này không thể không
tránh khỏi thiếu sót, tôi rất mong nhận được các đóng góp của các thầy cô
cùng các bạn để đề tài này được hoàn thiện hơn.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 102
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
Chương 1: Cơ sở lý thuyết về sợi quang
1.1. Tổng quan về thông tin quang
1.1.1. Sự phát triển của hệ thống thông tin quang
1.1.2. Cấu trúc và các thành phần chính trong tuyến truyền dẫn quang
1.1.3. Những ưu điểm và ứng dụng của thông tin sợi quang
1.2. Lý thuyết về sợi quang
1.2.1. Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang
1.2.1.1. Chiết suất của môi trường
1.2.1.2. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng
1.2.1.3. Sự phản xạ toàn phần
1.2.2. Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang
1.2.2.1. Nguyên lý truyền dẫn chung
1.2.2.2. Khẩu độ số NA
1.2.3. Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang
1.2.3.1. Sợi quang có chiết suất nhẩy bậc
1.2.3.2. Sợi quang có chiết suất giảm dần
1.2.3.3. Các dạng chiết suất khác
1.2.4. Sợi đa mode và sợi đơn mode
1.2.4.1. Sợi đa mode
1.2.4.2. Sợi đơn mode
Chương 2: Suy hao và tán xạ trong sợi quang
2.1. Suy hao trong sợi quang
2.1.1. Định nghĩa
2.1.2. Đặc tuyến suy hao
2.1.3. Các loại suy hao trong sợi quang
2.1.3.1. Suy hao trong hấp thụ
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 103
2.1.3.2. Suy hao do tán xạ ánh sáng
2.1.3.3. Suy hao do bị uốn cong
2.1.3.4. Duy hao do hàn nối
2.2. Tán xạ trong sợi quang
2.2.1. Hiện tượng, nguyên nhân và ảnh hưởng của tán xạ
2.2.2. Mối quan hệ tán xạ giữa độ rộng băng truyền dẫn
2.2.3. Các loại tán xạ
2.2.3.1. Tán xạ vật liệu
2.2.3.2. Tán xạ dẫn sóng
2.2.3.3. Tán xạ mode
2.2.3.4. Tán xạ mặt cắt
Chương 3: Phương pháp đo trên cáp sợi quang và hệ thống truyền dẫn
quang
3.1. Đo suy hao sợi quang
3.1.1. Đo suy hao bằng phương pháp hai điểm
3.1.1.1. Phương pháp cắt sợi
3.1.1.2. Phương pháp xen thêm
3.1.2. Đo suy hao theo phương pháp đo tán xạ ngược
3.1.2.1. Sự hình thành phản xạ của tán xạ ngược
3.1.2.2. Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngược
3.2. Phương pháp đo kiểm cáp quang
3.2.1. Phương pháp đo thử độ bền cơ học của cáp
3.2.1.1. Lực căng
3.2.1.2. Va đập
3.2.1.3. Đo thử lực nén
3.2.1.4. Phép đo thử độ xoắn
3.2.2. Phương pháp đo thử về tác động của môi trường
3.2.2.1. Nhiệt độ
3.2.2.2. Phép đo thử chống thấm nước
3.3. Phương pháp đo kiểm thiết bị truyền dẫn quang
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Page 104
3.3.1. Đo kiểm điện áp cấp nguồn
3.3.2. Đo kiểm khả năng truyền tải của thiết bị SDH
3.3.2.1. Đo kiểm khả năng truyền tải của lớp đoạn
3.2.2.2. Đo kiểm khả năng truyền tải lớp luồng SDH
Chương 4: Thiết bị đo OTDR
4.1. Khái niệm
4.2. Nguyên lý hoạt động của máy đó OTDR
4.3. Sơ đồ tổng quát của máy đo OTDR
4.4. Các thông số chính của máy đo OTDR
4.4.1. Tần số phát xung
4.4.2. Độ phân giải
4.4.3. Dải động
4.5. Những đặc điểm cơ bản của một vết OTDR
4.6. Một số những vết OTDR điển hình
4.7. Cách thiết đặt một máy đo OTDR
4.8. Cách thực hiện các phép đo bằng máy đo OTDR
4.9. Một số ứng dụng của máy đo OTDR
Kết luận
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN