Cấu trúc cơ bản của sợi quang

Sợi trần của sợi quang thường được chia thành ba lớp: lõi, lớp bọc và lớp phủ.

Lõi sợi và lớp bọc được cấu tạo từ thủy tinh với các chỉ số khúc xạ khác nhau, trung tâm là lõi thủy tinh có chỉ số khúc xạ cao (silica pha tạp germanium) và ở giữa là lớp ốp thủy tinh silica có chỉ số khúc xạ thấp (silica nguyên chất). Ánh sáng đi vào sợi ở một góc tới cụ thể và tổng phát xạ xảy ra giữa sợi và lớp bọc (vì chiết suất của lớp bọc thấp hơn lõi một chút), do đó nó có thể truyền trong sợi.

Chức năng chính của lớp phủ là bảo vệ sợi quang khỏi những hư hỏng bên ngoài, đồng thời tăng tính linh hoạt của sợi quang. Như đã đề cập trước đó, lõi và vỏ được làm bằng thủy tinh và không thể uốn cong và dễ vỡ. Việc sử dụng lớp phủ bảo vệ và kéo dài tuổi thọ của sợi.

Một lớp vỏ bọc bên ngoài được thêm vào sợi không trần. Ngoài việc bảo vệ nó, lớp vỏ ngoài có nhiều màu sắc khác nhau còn có thể được sử dụng để phân biệt các loại sợi quang khác nhau.

Sợi quang được chia thành sợi đơn mode (Single Mode Fiber) và sợi đa mode (Multi Mode Fiber) theo chế độ truyền. Ánh sáng đi vào sợi ở một góc tới cụ thể và sự phát xạ hoàn toàn xảy ra giữa sợi và lớp bọc. Khi đường kính nhỏ, chỉ được phép truyền một hướng ánh sáng, đó là sợi quang đơn mode; khi đường kính sợi lớn, có thể cho phép ánh sáng. Tiêm và truyền ở nhiều góc tới, lần này nó được gọi là sợi đa mode.

Đặc tính truyền dẫn cáp quang

Sợi quang có hai đặc tính truyền dẫn chính: suy hao và tán sắc. Suy hao của sợi quang đề cập đến độ suy giảm trên một đơn vị chiều dài của sợi quang, tính bằng dB/km. Mức độ suy hao sợi quang ảnh hưởng trực tiếp đến khoảng cách truyền dẫn của hệ thống thông tin sợi quang hoặc khoảng cách giữa các trạm chuyển tiếp. Sự phân tán sợi đề cập đến thực tế là tín hiệu được truyền qua sợi được truyền bởi các thành phần tần số khác nhau và các thành phần chế độ khác nhau, và tốc độ truyền của các thành phần tần số khác nhau và các thành phần chế độ khác nhau là khác nhau, dẫn đến méo tín hiệu.

Phân tán sợi được chia thành phân tán vật liệu, phân tán ống dẫn sóng và phân tán phương thức. Hai loại phân tán đầu tiên là do tín hiệu không phải là một tần số duy nhất và loại phân tán thứ hai là do tín hiệu không phải là một chế độ duy nhất. Tín hiệu không phải là một chế độ duy nhất sẽ gây ra sự phân tán chế độ.

Sợi quang đơn mode chỉ có một chế độ cơ bản nên chỉ có tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng, không có tán sắc phương thức. Sợi đa mode có sự phân tán giữa các mode. Sự phân tán của sợi quang không chỉ ảnh hưởng đến khả năng truyền dẫn của sợi quang mà còn hạn chế khoảng cách chuyển tiếp của hệ thống thông tin sợi quang.

Sợi đơn mode

Sợi đơn mode (Sợi đơn mode), ánh sáng đi vào sợi ở một góc tới cụ thể và xảy ra sự phát xạ hoàn toàn giữa sợi và lớp bọc. Khi đường kính được rút ngắn, chỉ được phép đi qua một hướng ánh sáng, đó là sợi quang đơn mode; Lõi thủy tinh trung tâm của sợi mode rất mỏng, đường kính lõi thường là 8,5 hoặc 9,5 μm và hoạt động ở bước sóng 1310 và 1550 nm.

Sợi đa mode

Sợi đa chế độ (Sợi đa chế độ) là sợi quang cho phép truyền dẫn nhiều chế độ. Đường kính lõi của sợi đa mode thường là 50μm/62,5μm. Do đường kính lõi của sợi quang đa mode tương đối lớn nên nó có thể cho phép truyền các chế độ ánh sáng khác nhau trên một sợi quang. Bước sóng tiêu chuẩn của đa mode lần lượt là 850nm và 1300nm. Ngoài ra còn có một tiêu chuẩn sợi đa mode mới gọi là WBMMF (Wideband Multimode Fiber), sử dụng bước sóng trong khoảng 850nm đến 953nm.

Cả sợi đơn mode và sợi đa mode đều có đường kính lớp bọc là 125 μm.

Sợi đơn mode hay sợi đa mode?

Khoảng cách truyền

Đường kính nhỏ hơn của sợi quang đơn mode làm cho sự phản xạ chặt chẽ hơn, chỉ cho phép một chế độ ánh sáng truyền đi, do đó tín hiệu quang có thể truyền đi xa hơn. Khi ánh sáng đi qua lõi, lượng phản xạ ánh sáng giảm đi, làm giảm độ suy giảm và gây ra sự truyền tín hiệu hơn nữa. Vì nó không có độ phân tán giữa các chế độ hoặc độ phân tán giữa các chế độ nhỏ nên sợi quang đơn mode có thể truyền 40 km trở lên mà không ảnh hưởng đến tín hiệu. Do đó, cáp quang đơn mode thường được sử dụng để truyền dữ liệu đường dài và được sử dụng rộng rãi trong các công ty viễn thông, nhà cung cấp truyền hình cáp và trường đại học, v.v.

Sợi đa mode có lõi có đường kính lớn hơn và có thể truyền ánh sáng ở nhiều chế độ. Trong truyền dẫn đa chế độ, do kích thước lõi lớn hơn nên độ phân tán giữa các chế độ cũng lớn hơn, tức là tín hiệu quang “lan truyền” nhanh hơn. Chất lượng tín hiệu sẽ bị giảm trong quá trình truyền dẫn đường dài, do đó, sợi đa chế độ thường được sử dụng cho các ứng dụng âm thanh/video và mạng cục bộ (LAN) ở khoảng cách ngắn, và sợi đa chế độ OM3/OM4/OM5 có thể hỗ trợ tốc độ cao. -tốc độ truyền dữ liệu.

Băng thông, dung lượng

Băng thông được định nghĩa là khả năng mang thông tin. Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ rộng của dải truyền dẫn cáp quang là các độ phân tán khác nhau, trong đó độ phân tán phương thức là quan trọng nhất. Độ phân tán của sợi đơn mode nhỏ nên có thể truyền ánh sáng ở dải tần rộng trong khoảng cách xa. Vì cáp quang đa mode sẽ gây nhiễu, nhiễu và các vấn đề phức tạp khác nên nó không tốt bằng cáp quang đơn mode về băng thông và dung lượng. Thế hệ băng thông sợi đa chế độ mới nhất OM5 được đặt thành 28000 MHz/km, trong khi băng thông sợi đơn chế độ lớn hơn nhiều.