Thảo luận: Sợi quang học – Luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

Tất cả các hệ thống thông tin liên lạc trước đây đều dựa trên sự truyền và
xử lý thông tin bằng dòng điện hoặc sóng điện từ vô tuyến. Khi LASER ra đời
thì các nghiên cứu về việc truyền và xử lý thông tin bằng tia sáng bắt đầu phát
triển, từ đó xuất hiện khái niệm sợi quang học.
I. GIÔÙI THIEÄU.
Từ “sợi quang” có nghĩa là “sợi mảnh dẫn ánh sáng”,bao gồm hai chất
điện môi trong suốt khác nhau(thủy tinh hay nhựa) , một phần cho ánh
sáng truyền trong đó gọi là lõi sợi, phần còn lại là lớp vỏ bao quanh lõi.
Hệ thống thông tin liên lạc bằng sợi quang bao gồm 3 yếu tố cơ bản:
nguồn tín hiệu, sợi quang có độ mất mát thấp và các detector.
Thông tin liên lạc bằng sợi quang ngày càng được ứng dụng rộng rãi
nhờ những ưu điểm nổi bật : an toàn trong truyền tin, tránh nghe trộm,
tổn hao nhỏ, dải thông rộng, khả năng phức hợp cao, kích thước nhỏ ,
trọng lượng nhẹ, giá vật liệu chế tạo rẻ.

45 trang

|

Chia sẻ: duongneo

| Lượt xem: 1867

| Lượt tải: 2

Bạn đang xem trước

20 trang

tài liệu Thảo luận: Sợi quang học, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ
BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG
SEMINAR :
Nhóm thuyết trình :
GVHD : PGS.TS Lê Văn Hiếu
Hoàng Lương Cường 0413028
Bùi Thị Xuân Thớm 0413059
Lê Khắc Tốp 0413069
Phạm Thụy Bích Tuyền 0413160
Nguyễn Thị Ngọc Nhiên 0413098
 GIỚI THIỆU
 CẤU TẠO, PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC SỢI
QUANG
 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO SỢI QUANG VÀ MỘT
SỐ TỒN HAO
 CƠ CHẾ XỬ LÝ TÍN HIỆU QUANG
 NGUYÊN TẮC TRUYỀN ÁNH SÁNG _ỨNG
DỤNG CỦA SỢI QUANG
 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TÁC HOẠT ĐỘNG
CỦA LED, LASER
Tất cả các hệ thống thông tin liên lạc trước đây đều dựa trên sự truyền và
xử lý thông tin bằng dòng điện hoặc sóng điện từ vô tuyến. Khi LASER ra đời
thì các nghiên cứu về việc truyền và xử lý thông tin bằng tia sáng bắt đầu phát
triển, từ đó xuất hiện khái niệm sợi quang học.
I. GIÔÙI THIEÄU.
Từ “sợi quang” có nghĩa là “sợi mảnh dẫn ánh sáng”,bao gồm hai chất
điện môi trong suốt khác nhau(thủy tinh hay nhựa) , một phần cho ánh
sáng truyền trong đó gọi là lõi sợi, phần còn lại là lớp vỏ bao quanh lõi.
Hệ thống thông tin liên lạc bằng sợi quang bao gồm 3 yếu tố cơ bản:
nguồn tín hiệu, sợi quang có độ mất mát thấp và các detector.
Thông tin liên lạc bằng sợi quang ngày càng được ứng dụng rộng rãi
nhờ những ưu điểm nổi bật : an toàn trong truyền tin, tránh nghe trộm,
tổn hao nhỏ, dải thông rộng, khả năng phức hợp cao, kích thước nhỏ ,
trọng lượng nhẹ, giá vật liệu chế tạo rẻ..
II. CẤU TẠO, PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC
SỢI QUANG.
Sợi quang thường có tiết diện tròn, gồm 2 phần chính:

1 .Cấu tạo:
– Phần lõi có chiết suất n1
– Phần vỏ có chiết suất n2, n2 < n1( n1 không đổi).
Đường kính vỏ vào khoảng 0.1mm, đờng kính lõi vài m.

r
x Fiber axis
y
Cladding
Core
n
n2n1
y
Sợi quang
lớp bọc thứ
nhất
Phần cản
bit lỏi
Lớp bọc thứ
hai
Strength
Member Outer
JacketCoating
Primary
Buffer
Fiber
Element
(Core and
Cladding)
Chieát suaát cuûa loûi lôùn hôn chieát suaát cuûa voû ñeå xaûy ra hieän töôïng
phaûn xaï toaøn phaàn.
Vỏ bao bọc bên ngoài ( áo ) bảo vệ sợi quang khỏi bị ẩm ướt và ăn
mòn, đồng thời chống xuyên âm với các loại sợi đi bên cạnh .
2. Phân loại:
+ Theo loại vật liệu điện môi được sử dụng : có 3 loại
– Sợi quang thủy tinh thạch anh.
– Sợi quang thủy tinh đa vật liệu.
– Sợi quang bằng nhựa.
Đối với mạng lưới viễn thông sợi quang thủy tinh thạch anh
được sử dụng nhiều nhất vì có khả năng cho sản phẩm có độ
suy hao thấp và các đặt tính truyền dẫn ổn định trong thời gian
dài.
+ Theo mode truyền dẫn: chia làm 2 nhóm
– Sợi đơn mode (SM): chỉ cho 1 mode lan truyền.
– Sợi đa mode : cho phép nhiều mode lan truyền.
Sợi quang được phân loại theo nhiều cách:
 + Theo phân bố chiết suất khúc xạ: có thể tạm chia thành 2
nhóm
 – Sợi quang chiết suất phân bậc (SI):chiết suất thay đổi
theo bậc giữa lõi và vỏ.
 – Sợi quang chiết suất biến đổi (GI):chiết suất thay đổi
một cách từ từ (sợi quang chiết suất liên tục).

Tùy vào kích thước của lõi, sợi quang chiết suất bậc có thể
chỉ dẫn truyền một mode gọi là sợi quang đơn mode. Còn khi nó
có thể truyền nhiều mode, đường kính lõi lớn thì ta gọi là sợi
quang chiết suất bậc đa mode.
Hướng của trục
1
2
n2
n1
Chiết suất
khúc xạ
Lõi
vỏ
• Trong sợi quang loại GI: sợi quang được chế tạo
theo cấu trúc đặc biệt để truyền tải ánh sáng nhiều
mode.
Hình:ánh sáng lan truyền trong sợi quang GI.
1: ánh sáng có mode thấp qua quá trình phản xạ toàn
phần ở vùng gần tâm lõi.
2: ánh sáng có mode bậc cao qua quá trình phản xạ
toàn phần ở vùng xa tâm lõi.
nSợi quang liên tục đa mode
n2
n1O’ O’’
1
2
1
2
1
Đối với sợi quang chiết suất liên tục, thường dẫn truyền nhiều
mode gọi là sợi quang chiết suất liên tục đa mode.
Hình:lan truyeàn cuûa aùnh saùng trong caùc loaïi sôïi quang khaùc nhau..
n
Sợi quang chiết suất bậc đa mode
n13
21
3.Cấu trúc:
 Các tham số cơ bản để xác định cấu trúc sợi quang:
 – đường kính lõi sợi
 – đường kính vỏ
 – khẩu độ số NA.
 Chúng được gọi là các thông số cấu trúc của sợi quang. Các thông số này
ảnh hưởng đến một số đặc tính khác nhau của sợi quang như :
 – suy hao quang
 – độ rộng băng truyền dẫn
 – sức bền cơ khí
 – bộ đấu nối sợi quang
 + Sợi đa mode: có 4 thông số xác định cấu trúc các loại sợi quang đa mode
 – đường kính lõi sợi
 – đường kính lớp vỏ
 – khẩu độ số NA
 – dạng phân bố chiết suất khúc xạ.
Hình: caùc thoâng soá caáu truùc cuûa sôïi ña mode.
2d:ñöôøng kính voû.
2a:ñöôøng kính loõi..
Chieát suaát khuùc xaï
loõ
i.
n1 n(r)
n2
voû
2/12
2
2
1max )(sin nnNA i  
Khaåu ñoä soá:
2
 =
n1 – n2
n1
n1
Vôùi chæ soá khuùc xaï tyû ñoái :
Nếu  0,02 : sợi quang đa mode.
Nếu  0,005: sợi quang đơn mode.
Trong đó là góc tới của tia sáng đặc trưng cho hiện tượng phản
xạ toàn phần giữa lõi và vỏ của sợi quang, đó là góc tới lớn nhất để tia
khúc xạ vào lõi còn gây nên hiện tượng phản xạ toàn phần ở ranh giới
giữa lõi và vỏ.
maxi
 +sợi quang đơn mode : xác định bằng 3 thông số
 – thông số trường mode
 – đường kính lớp vỏ
 – bước sóng cắt.
 Dùng thông số trường mode thay cho đường kính lõi sợi vì : đường
kính trường mode là đường kính của 1 diện tích tròn trên 1 phần rìa cắt
ngang của sợi có mật độ ánh sáng là 1/e, đạt giá trị lớn nhất theo phân bố
mật độ ánh sáng như hình dưới đây:

Phaân boá chieát suaát khuùc xaï :
n(r)= n1
0<r<a.
aar )./(21 
Cường độ ánh sáng
r/a
1/e
Đường kính trường mode
1
a: đường kính lõi
r: khoảng cách từ tâm lõi
Hình: ñöôøng kính tröôøng mode.
Vì sôïi quang ñôn mode coù ñöôøng kính loõi vaø chieát suaát khuùc xaï nhoû neân vieäc xaùc ñinh
moät caùch roõ raøng bieân cuûa lôùp loõi vaø voû theo phöông phaùp quang raát khoù khaên. Ñeå
thuaän tieän ta söû duïng ñöôøng kính mode_1 thoâng soá baét nguoàn töø phaân boá naêng löôïng
aùnh saùng theo Gauss.
III. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO SỢI QUANG
Khi mô tả sợi quang, chúng ta xem sợi quang được cấu tạo từ hai phần : lõi và vỏ
Trong công nghệ chế tạo và về mặt vật liệu thì hai phần đó được chế tạo đồng thời
và liên tục về mặt vật liệu
Sự khác nhau về chiết suất trong hai phần đó được thực hiện bằng cách thay đổi
nồng độ phụ gia
Công nghệ chế tạo sợi quang được chia làm hai giai đoạn : giai đoạn chế tạo phôi
(perform) và giai đoạn kéo sợi
Giai đoạn chế tạo phôi bằng phương pháp CVD :
dòng khí mang H2 thổi qua các bình đựng SiCl4 và GeCl4 để tạo dòng hơi
Dòng hơi hỗn hợp này được khống chế và điều chỉnh được thổi qua một ống thạch anh
Các hạt SiCl4 pha tạp GeO2 ngưng tụ lên thành ống làm cho thành ống dày lên dần
Ta có một phôi với sự phân bố chiết suất cần theo thiết kế
Giai đoạn kéo sợi
Từ các thỏi phôi người ta kéo ra các sợi quang có phân bố chiết suất theo thiết kế trước
Sợi quang được kéo xuống phía dưới được bọc lớp bảo vệ polime (jacket)
Vapors: SiCl 4 + GeCl4 + O2
Rotate mandrel
(a)
Deposited soot
Burner
Fuel: H 2
Target rod
Deposited Ge doped SiO 2
(b)
Furnace
Porous soot
preform with hole
Clear solid
glass preform
Drying gases
(c)
Furnace
Drawn fiber
Preform
chế tạo phôi
kéo sợi
TỔN HAO TRONG SỢI QUANG
SUY HAO CỦA SỢI QUANG :
1. Suy hao thuần tuý sợi quang
2. Suy hao phụ khi lắp đặt và vận hành hệ thống
• Suy hao hấp thụ
• Suy hao tán xạ Rayleight
• Suy hao tán sắc do không đồng
nhất cấu trúc.
Suy hao trong quá
trình vận hành mạng
bao gồm :
Sự suy hao khi
lắp đặt bao gồm :
• Suy hao do uốn cong
• Suy hao vi cong
• Suy hao hàn nối
• Suy hao ghép nối sợi quang giữa
sợi và các linh kiện thu phát quang
Suy hao do việc ghép
nối linh kiện phát
sáng
Suy hao do tán xạ
Rayleigh
Lực tác động từ bên
ngoài (Lực bên
ngoài)
Suy hao do
hàn nối
Suy hao bức xạ
do bị bẻ cong
Suy hao do việc
ghép với linh
kiện thu quang
Suy
hao vi
cong
Suy hao do hấp thụ
Suy hao tán xạ
tăng lên do cấu
trúc không đồng
nhất
Phản xạ
Fresnel
Các nguyên nhân gây ra suy hao quang và cách khắc phục
1. Suy hao hấp thụ:
– Do bản thân sợi quang
– Do tạp chất trong thủy tinh làm sợi quang
Biện pháp khắc phục : Hạn chế những tạp chất trong thủy
tinh làm sợi quang
2. Suy hao tán xạ Rayleigh: tán xạ Rayleigh là hiện tượng ánh
sáng tán xạ theo các hướng khác khi nó gặp phải 1 vật nhỏ có kích
thước không quá lớn so với bước sóng của ánh sáng
Nguyên nhân : do sự không đồng đều của chiết suất khúc xạ
Biện pháp khắc phục : cần phải giảm nhiệt độ khi kéo sợi thì tán
xạ R sẽ trở nên nhỏ hơn nên sợi quang sẽ suy hao siêu thấp
Nguyên nhân : do các vật liệu sợi và được biến đổi thành
nhiệt gây nên suy hao quang. Có 2 dạng chính :
4. Suy hao bức xạ :
Nguyên nhân : do sợi quang bị uốn cong làm các tia
sáng có các góc tới vượt quá góc giới hạn nên bị phát
xạ ra ngoài
Biện pháp khắc phục : phải chú ý đến việc giữ bán kính cong
sao cho lớn hơn 1 giới hạn cho phép xác định trong việc thiết
kế các hệ thống
3. Suy hao tán xạ do cấu trúc sợi quang không đồng nhất gây
ra:
Nguyên nhân : Do ở bề mặt giữa lõi và vỏ sợi quang có
sự gồ ghề và nhẵn làm cho ánh sáng bị tán xạ ra ngoài
Biện pháp khắc phục : phải chú ý giữ bán kính cong sao cho
lớn hơn 1giới hạn cho phép trong việc thiết kế các hệ thống
thông tin sợi quang
5. Suy hao vi cong :
Nguyên nhân : do chịu những lực nén không đồng nhất nên trục
sợi quang bị uốn cong đi một lượng nhỏ làm tăng suy hao sợi
quang
Biện pháp khắc phục : trong thiết kế cấu trúc sợi quang, người ta
chú đến sản xuất cấu trúc của sợi để bảo vệ sợi chống lại các áp
lực bên ngoài
6. Suy hao hàn nối :
Nguyên nhân : do khi nối với nhau lõi của 2 đầu sợi không được gắn
với nhau hoàn toàn và đồng nhất thì một phần ánh sáng đi ra khỏi sợi
này sẽ không vào sợi kia hoàn toàn và bị phản xạ ra ngoài gây nên
suy hao.
Biện pháp khắc phục : cần chú ý khi hàn nối các đầu sợi lại với nhau
để hạn chế tối thiểu ánh sáng phản xạ ra bên ngoài
7. Suy hao ghép nối sợi quang giữa sợi và các linh kiện thu
phát quang
Điều kiện để ghép ánh sáng từ linh kiện phát quang vào sợi
quang được xác định bằng khẩu độ số NA
Trong cách ghép nối này thì sử dụng các loại sợi có NA lớn, loại sợi
GI thì có suy hao lớn hơn so với SM vì chùm sáng của loại sợi này
bị trải rộng ra. Tuy nhiên sự khác về suy hao do nguyên nhân chùm
sáng mở rộng thì lớn hơn nhiều so với suy hao ghép bản thân nó.
 Cách bảo dưỡng sợi quang :
1.Thiết bị FITAS : (hệ thống kiểm tra và chuyển đổi sợi) có tác
dụng giảm nhẹ các công việc lắp đặt và bảo dưỡng, tăng cường độ
tin cậy, và được dùng rộng rãi trong các loại cáp không chứa khí ở
các tuyến truyền dẫn cáp sợi quang trung kí
Các chức năng cơ bản :
Caùc chöùc naêng
chuyeån ñoåi sôïi
Hoaït ñoäng FITAS taïo chuyeån ñoåi löu löôïng cuûa caùp
trong traïm taïi thôøi ñieåm ñònh vò laïi caùp
Chöùc naêng ñònh vò
loõi
Phaùt hieän vaø ñònh vò trí caùp gaõy khi truyeàn daãn bò
hoûng ôû baát kyø sôïi caùp naøo do FITAS xaùc ñònh
Chöùc naêng kieåm tra
sôïi
FITAS taùc ñoäng kieåm tra leân caùc sôïi caùp cho raèng
caàn thieát
Chöùc naêng kieåm tra
tuaàn hoaøn vaø döï
phoøng
-Kieåm tra töï ñoäng vaø theo chu kyø caùc sôïi ñang laøm
vieäc
-Kieåm tra söï thaâm nhaäp cuûa nöôùc taïi caùc moái haøn
Chöùc naêng kieåm tra
laép ñaët
Töï ñoäng kieåm tra sôïi baèng FITAS taïi caùc thôøi ñieåm
laép ñaët vaø baûo döôõng sôïi quang
2. Thiết bị AURORA : hệ thống giúp bảo dưỡng đường quang,
Hệ thống bảo dưỡng đường quang :
• Tự động lắp đặt
• Tự động cô lập các phần bị hỏng từ xa mà không định vị lõi,
mà không ảnh hưởng tới các sợi đang làm việc
• Xác định sợi quang trong mạch đang làm việc, loại trừ các mạch
không chính thức
• Tăng cường đo suy hao tuyến qua từng thời kì, tự động kiểm
tra mà không gây ảnh hưởng tới các sợi đang làm việc, thông
báo sợi giảm chất lượng thông qua kiểm tra này
• Tự động các công việc quản lý sợi chỉ danh mục số lượng sợi
quang, tự động xác định số lượng sợi cho công việc lắp đặt
• AURORA : Hệ thống trợ giúp bảo dưỡng
đường quang cho phép :
 Giảm giá thành xây dựng và bảo dưỡng 1 cách đáng kể
 Tăng cường và hiệu quả các hoạt động quản lý thiết bị
 Phát hiện sớm và khắc phục các lỗi hỏng hóc
 Tăng cường độ ổn định các kênh, thông báo các
sợi bị giảm khả năng hoạt động
1. CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MỘT HỆ THỐNG THÔNG
TIN
Nguồn bản tin Máy phát
Kênh truyền
Máy thu Nơi nhận bản tin
IV.CƠ CHẾ XỬ LÝ TÍN HIỆU QUANG :
A C D B
A C D B
Nguồn
tín
hiệu
Phần
điện
tử
Điểu
biến
Kênh
truyền
dẫn
Giải
điều
Phần
điện
tử
Phần
điện
tử
Biến đổi
điện
quang
Sợi
quang
Biến đổi
quang
điện
Phần
điện
tử
Nguồn
tín
hiệu
HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU ĐIỆN
HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG
a.Máy phát (Optical Transmitter) : chuyển tín hiệu điện và
tín hiệu số thành tín hiệu quang tương ứng, có một thấu kính
để hội tụ ánh sáng vào sợi quang
Những đặc điểm của nguồn sáng sử dụng trong hệ quang
:
– Năng lượng đủ lớn để sau khi truyền qua sợi thì tín
hiệu thu được có độ chính xác cao.
– Nguồn phải có độ rộng phổ hẹp để hiệu ứng tán sắc
cực tiểu .
Nguồn tín hiệu quang có thễ là LED hoặc Laser diode rắn.
Bước sóng thông thường nhất của tín hiệu sáng là 850, 1300,
1550 nm
2. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN
QUANG
b. Cáp quang: bao gồm một hay
nhiểu sợi thủy tinh tinh khiết,
chúng được sắp xếp lại thành bó,
dùng để truyền tín hiệu quang (sử
dụng chủ yếu sợi đơn mode và đa
mode..)
c. Máy thu (Optical Receiver) :
chuyển tín hiệu quang trở về tín hiệu
gốc, thường sử dụng detector là
Photodiode loại p-i-n và
Photodiode thác APD
E/O O/E E/O O/E
Sợi quang Sợi quang
Điện thoại,
máy tính,
Fax,số liêu..
Điện thoại,
máy tính,
Fax,số liệu..
Bức xạ diode phát quang (LED) hoặc laser diode phát vào sợi
quang đóng vai trò sóng mang. Muốn đưa thông tin vào các
sóng mang đó để truyền đi xa thì phải điều biến chúng, đó là
điều biến quang
Điều biến quang có 3 cách khác nhau :điều biên,
điều pha, và điều tần
 Trong phương pháp điều biên thì tín
hiệu điều biến được truyền đi có dạng :
This image cannot currently be displayed.
)cos()()(   ttAtU
Trong đó biên độ A(t) mang thông tin bằng cách lấy giá trị “0” và
“1” trong chu kỳ một bit
3. NGUYÊN LÝ ĐIỀU BIẾN QUANG :
Trong đó biên độ A không đổi, còn pha (t) lấy hai
giá trị “0” hoặc “ “ trong một chu kỳ bit


 Trong phương pháp điều tần tín hiệu
bức xạ truyền đi có dạng :
Trong đó biên độ A, pha giữ không đổi, tần
số sẽ tăng lên hoặc giảm xuống tương
ứng với giá trị “0” và “1” trong chu kỳ một bit


 Trong phöông phaùp ñieàu pha thì tín hieäu böùc xaï
truyeàn ñi coù daïng :
 )(cos)( ttAtU  
   tAtU )(cos)(
Sợi quang
Bộ điều
biến
Xung bức xạ điều biến
Xung
điện
LED
Xung
điện
LED
Sợi quang
Xung bức xạ điều biến
Điều biến trực tiếp:
Điều biến ngoài :
Các phần tử chính của một tuyến thông tin quang
Cáp sợi quang có
thể được lắp trên
cột, trong ống
hay đặt ngầm
dưới biển
4. HỆ THỐNG TRUYỀN QUANG THƯỜNG SỬ DỤNG
Hệ thống 1: sợi đa mode ở 0.87 m.
Hệ thống 2: sợi đa mode ở 1.33 m.
Hệ thống 3: các sợi đơn mode ở 1.55 m.
)(0 m Sợi quang Nguồn Detector
Chiết suất nhảy
bước đa mode
LED AlGaAs p-i-n Si
1.312 Chiết suất biến đổi liên
tục đa mode
Laser InGaAsP Ge
1.55 Chiết suất đơn
mode
Laser APDInGaAs
0.87
IV.NGUYÊN TẮC TRUYỀN ÁNH SÁNG TRONG
SỢI QUANG
1, Sự Lan Truyền Sóng Theo Phương Trình Maxwell







)(
),()(
),(
2
2
2
2
2
2
rn
t
tr
c
rn
tr



}),(
ˆ
Re{),( )( tkxiekftxf  

Nghiệm phương trình trên là:
(1)
(2)
Phương trình sóng là:
0
1
2
2
22
2






t
f
vx
f
Khảo sát sự lan truyền sóng điện từ trong không gian hai môi trường đồng
nhất

’
’’
  
’,’
k
K’
K’’

c
v 
”
‘

c
v 
”sin”’sin’sin  kkk 
Ta có
nn
v
v
k
k ‘
”’sin
sin



”’ n
‘n
n sin=1 töùc laø sin’=1 hay ’=/2
sin=n’/n ,  goïi laø goùc tôùi haïn
Vì k=k’’ , =’’
n
Khi ta tăng  lên thì xảy ra hiên tượng phản xạ toàn phần
Nếu ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn (n>n’) sang môi
trường có chiết suất nhỏ thì:
1
‘sin
‘sin

n
n


2 ,Phương Pháp Quang Học Tia (ray optics).
Trong phương pháp này, ánh sáng lan truyền theo trục x được xem như sóng
phăng mặt (y,z)
110
0
1
1
0 sinsin
sin
sin



n
n
n

1
2
2
1
sin
sin
n
n



0
1
1n
2n
2n
2
A, Điều Kiện Phản Xạ Toàn Phần :
Để ánh sáng truyền đi trong sợi, nó phải thỏa điều kiện phản xạ toàn phần:
Theo định luật khúc xa Snell:
0
1
0
1n
2n
2n
2
khi nhỏ thì tia sang đi vào trong sợi nó chỉ xảy ra hiện tượng khúc xạ
ở mặt phân cách
khi tăng lên để cho đạt đến góc tới hạn của hiện tượng phản
xạ toàn phần bên trong mặt phân cách n1_ n2
0
)arcsin(
2
1
1
n
n

2
0
0
1
1
2
sin
sin
sin
sin
n
n





)/arcsin( 020 nnhay
B, Ñieàu Kieän Giao Thoa:
Ñeå traùnh söï trieät tieâu naêng löôïng quang do söï giao thoa cuûa caùc soùng tôùi vaø soùng
phaûn xaï treân maët bieân cuõa loûi hai soùng phaûi coù ñoä leäch pha giöûa hai ñieåm A,B phaûi
baèng moät laàn 2
krr  12



m
dn
m
22
cos
22 1
0

2
1n
2n
2n
A B
Hiệu đường đi của hai tia la:
1n Chiết suất của lõi
 Là góc dịch phan khi phản xạ
Bước sóng ánh sáng trong không khi
0
m ứng với mode được phép
C, Điều kiện biên:
Aùnh sáng lan truyền liên tục phản xạ toàn phần tại mặt biên của lõi
Cho nên cường độ điện trường tại mặt biên phải bằng 0 do giao thoa giữa
sóng tới và sóng phản xạ
Nhưng vì n1 gần bằng n2 nên điện trường không thể bằng 0 mà có giá trị thấp
m
m
2/cossin  mdd mm  Với m=0,1,2
n3
n1 Light
Light
n3
n1
Light
Sợi quang
bộ lọc sóng
DFB Diode laser
detector
bộ nôi
D, Ứng dụng:
Sợi quang có rất nhiều ứng dụng trong khoa học kỷ thuật ngày nay
Sợi quang dựoc dùng trong y học như dể hiển thị hình ảnh, chẩn đoán và
chữa bệnh. Dùng sợi quang luồn sâu vào nhiều bộ phận bên trong cơ thể
con người mà bác sĩ không thể thâm nhập bằng các phương pháp khác.
Bằng cách phối hợp với những kĩ thuật chẩn đoán khác , các sợi quang có
thể giúp phân tích thành phần của máu, đo được tốc độ lưu chuyển của
máu, tính được áp suất máu và áp suất thẩm thấu của màng tế bào, kiểm
tra được nồng độ tồn tại của các độc tố, các hormon và các loại thuốc chữa
bệnh bên trong cơ thể nguời.
Ngành thông tin liên lạc hay các hệ thống bên trong mạng máy tính sử
dụng các sợi cáp quang để tăng nhanh thời gian chuyển thông tin dùng
cho việc vận hành và sắp xếp các tệp tin.
chuyển được các cuộc gọi điện thoại và các chương trình truyền hình.