Suy hao sợi quang là gì? | Phương pháp đo suy hao cáp quang.

Suy hao là một trong những đặc tính quan trọng của sợi cáp quang ảnh hưởng đến thiết kế hệ thống thông tin quang vì nó xác định khoảng cách truyền dẫn tối đa giữa bộ phát quang và bộ  thu quang hoặc bộ  khuyếch đại quang trên đường truyền.

Nguyên nhân gây suy hao sợi quang

Có nhiều nguyên nhân gây suy hao tín hiệu trong sợi quang, trong đó bao gồm các nguyên nhân chính như suy hao do hấp thụ, suy hao do tán xạ và suy hao do uốn cong.

a.  Quá trình hấp thụ

Quá trình hấp thụ  trong sợi quang được phân thành hai loại chính. Suy hao do hấp thụ thuần tương ứng với sự hấp thụ của thủy tinh tinh khiết (vật liệu chế tạo sợi), còn suy hao do hấp thụ ngoài gây ra do các tạp chất bên trong thủy tinh.

Bất kỳ vật liệu nào đều hấp thụ tại các bước sóng xác định tương ứng với các tần số cộng hưởng điện tử và dao động liên quan đến các phân tử xác định. Đối với các phân tử  thủy tinh SiO2, các tần số cộng hưởng điện tử xảy ra ở vùng cực tím (λ< 0,4 µm), trong khi các tần số cộng hưởng dao động xảy ra ở vùng hồng ngoại (λ> 7 µm). Vì bản chất vô định hình của thủy tinh, các tần số cộng hưởng này ở dạng các dải hấp thụ có các đuôi mở  rộng vào cả vùng nhìn thấy.

b.  Quá trình tán xạ

Tán xạ Rayleigh là một cơ chế suy hao cơ bản sinh ra từ sự  thăng giáng về mật độ mức vi mô. Do thủy tinh chế  tạo sợi ở dạng vô định hình nên các phân tử SiO2 kết nối với nhau theo dạng ngẫu nhiên, kết quả dẫn đến có sự thăng giáng về mật độ. Thêm nữa còn có sự thăng giáng về thành phần trong thủy tinh do có sự pha tạp để thay đổi chiết suất thủy tinh. Những thăng giáng này đều dẫn đến sự biến đổi ngẫu nhiên về chiết suất ở cỡ nhỏ hơn bước sóng. Các biến đổi chiết suất này gây ra tán xạ ánh sáng gọi là tán xạ Rayleigh.

Ngoài tán xạ Rayleigh, trong sợi quang còn có thể có tán xạ Mie do những khuyết tật về cấu trúc dẫn đến sự không đồng đều về chiết suất ở cỡ dài hơn bước sóng. Tuy nhiên mức đóng góp do tán xạ Mie nhỏ không đáng kể khi quá trình chế tạo sợi được giám sát và điều khiển chặt chẽ. Các biến đổi có thể giữ ở mức nhỏ hơn 1% và suy hao do tán xạ chỉ mức nhỏ hơn 0,03 dB/km.

c.  Do uốn cong

Suy hao bức xạ xảy ra khi sợi quang bị uốn cong. Có hai kiểu suy hao do uốn cong trong sợi quang: (a) Do uốn cong vĩ mô hay uốn cong lớn có bán kính uốn cong lớn so với đường kính sợi, và (b) do các uốn cong vi mô hay vi uốn cong thường liên quan đến quá trình chế tạo cáp.

Suy hao do uốn cong lớn xảy ra trong quá trình sử dụng cáp sợi quang. Theo quan điểm lý thuyết  tia, suy hao uốn cong có thể dễ hiểu khi các tia sáng thay đổi góc lan truyền tại vị trí uốn cong

Đo suy hao sợi quang bằng cách nào?

Có nhiều phương pháp giúp xác định suy hao trên sợi quang. Đơn giản nhất là dùng một cặp máy thu phát quang.

Sử dụng bộ phát quang ở một đầu, và đầu còn lại của sợi quang sử dụng bộ thu quang. Công suất suy hao trên đường truyền qua sợi quang sẽ được tính toán.

Cách thứ 2 là sử dụng một máy đo quang otdr. Máy đo OTDR cáp quang bơm vào sợi cáp quang cần kiểm tra một dòng xung ánh sáng, xung ánh sáng này chạy dọc trong sợi quang khi gặp điểm lỗi nó sẽ phản xạ trở lại, tại điểm cuối của sợi một số phản xạ trở lại một số phóng ra khỏi sợi, tín hiệu phản xạ trở lại sẽ sẽ bị thay đổi về lượng xung, căn cứ về thay đổi lượng xung này kết hợp với chiều dài ánh sáng phát và thời gian phát xung thiết bị này sẽ xác định được thông số suy hao và chiều dài sợi.

Các bạn có thể tham khảo bài viết Tìm hiểu máy đo OTDR cáp quang để có thể hiểu dõ hơn về nguyên lý, phương pháp đo lường, đặc điểm, ứng dụng của máy đo cáp quang. Hiện tại TMTECH là nhà phân phối của nhiều nhà sản xuất máy đo OTDR như: Anritsu, JDSU, Exfo, Yokogawa.

Truy cập chuyên trang Máy đo cáp quang để có thể tìm hiểu về các dòng máy đo quang của các hãng trên.