Phân tích các hiệu ứng phi tuyến trong quá trình tạo xung ánh sáng trắng bằng sợi quang tinh thể Luận văn Thạc sỹ Vật lý

  • Số trang: 58 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 21 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 27609 tài liệu

Mô tả:

BỘ C3ÁODỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠIHỌCYTNH VŨ ĐÌNH HÙNG P H  N T ÍC H C Á C H Ệ U Ứ N G PH I T U Y É N T R O N G Q U Á T R È N H T Ạ O X I^N G Á N H SÁ N G TRẢNG BẢNG sợ i q u a n g T IN H T H Ế IXẶN VĂN THẠC Sĩ V Ậ • • • T IÍ Y Iiể i-2 0 1 3 ầ BỘ GLÁOEỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH v ủ ĐÌNH HÙNG FHẪNTÉCHC4CHIỆUỨ]NGFM TUVÉNTHONiG Q uÁĩKÈNHTẠOxuNGÁNHS^iNGriRẮiNG BẰNGSỢI QUANGTINHTHẺ H Ậ•N VĂN THẠC • Sĩ VẬT • LÝ c huyêii ngành: Quanghục IV®số: 6Q.44.0LCt) N gười h ư ở n g d ỉ n kh o a học: T5L l Ê C Ô N G N H Ặ l V M n h -2 0 1 3 L Ờ tC Ả M C Ỉ N r Tác giả xin tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo hướng dẫn TS. Lê Công Nhân đã tận tình định hướng và hướng dẫn để tác giả hoàn thành bản lu ận 'Vări này: Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Ban chủ nhiệm, khoa sau đại học, khoa vật lí, các thầy giáo, cô giáo đã giảng dạy và giúp đỡ tác giả trong quá trình theo học và làm luận văn tại trường ĐH Vinh. Lời cuối tác giả xin cảm ƠĨ1 gia đình, những người thân và bạn bè đã động viên, giúp đỡ tác giả trong thời gian làm luận văn. TỊ) HQXỊ thếuqg 6 n ăm 2013 1 I V Ï 1C l ụ c M jc l ụ c ................................................................................................... M ỏ ĐẦU 5 ............................................................................................... 7 1 SỢí quang học TENEĨ THE \À XONG ÁNH SẮNG 2 TRẨT sO 9 1.1. Sei quang học tin h t h ổ ............................................................... 9 1.2. Cốc h iệa ứdg phitrựyến trm g sợi q u arỊg .................................. 18 P H  N T Í C H C Á C H EỆU T jN O F M TRDYHNT T R O N O QUÁ TRENHTẠO XUNG ÁNH SẮNG TRANG b a n g SỢt QUANG TENHTHỂ 28 2 .1. Tàoxiing ánh sángtrắng bằng sợi quangbọc tinihtbễ . . . 28 2.2. Q ja n sá t sự nỏ ĩậ ig phổ củ a xung án h sáng t r ắ n g ............34 2.3. Xác định sự phân bố phỗ theo thời g i a n ............................... 39 2.4. 'Vai trò củ a các hiội 1ứdg phi ti Ịyên Incog qi láitrìn h tạ o XI mg án h sáng trắ n g ............................................................................... 43 Tai liệu th a m k h ả o ............................................................................... 52 2 E ta ih s á c h l á n h \ e 1.1 a. Sợi PCF có lõi rỗng, b. Sợi PCF có lõi đặc [1 7 ]............... 1.2 Tần số chuẩn hóa của PCF mạng lục giác, yếu tố làm đầy 10 0,2. P C F tru y ền d ẫn chỉ m ode Gơ bốn trong vừqg n h ìn th ấ y \è ih m g n g o ạ i gần [14].) ........................................................... 12 1.3 Sợi lillngđhic* c a o .................................................................... 13 1.4 Q jy trìnih chế tạ o aợấ quang [ 1 4 ] ............................................. 18 1.5 So sánh tá n sắc traq g 9Cà P C F v à SEF [14].............................. 20 1.6 Xung truyền (đường cong trên) trong môi trường phi tuyến trải qua sự tự thay đổi tần số (đường cong dưới) thông qua quá trình SPM. Phần trước của xung được chuyển sang vừng tầ n số th ấ p IxiL p h ần sau củ a xung vcá. tầ n số cao hũtL [21]............................................................................................. 22 1.7 Sự pbân hạch s d itc n bậc cao trcn g tiến trìn h tạ o s c [15]. . 25 2.1 Ảnh chụp,bằng kính hiển vi điện tử, mặt cắt ngang của sợi P C F . (a ) s ợ i p b i h lt ỉn g c iã c t , (b ) HCÌ l i í l n g cỉã c t . \ ạ t , li ộ ii Silice được hiển thị bằng màu xám còn các lỗ không khí thì được hiền thị bằng màu đen[29] .............................................. 29 3 2.2 Đường cong tán sắc của mode cơ bản LF ()1 ^ à c ủ a m o d e b ậ c n h ất L ỉ 11- H ỉnh ản h chèn là m ặt cắt củ a sợi P C F phi lußng chiết [29]............................................................................................ 30 2.3 Đường cong tán sắc của bốn mode LFfciy, LF\\x, L P iiy . H ỉnh ản h chèn là m ặt cắt, của sçà P C F lußng 2.4 rift. [29] . . 31 Tạo XImgánihsángtrắng bằngcách,bơmximglaser vàosei PCF, Ầị m AI¿ gưtt]g, A /2: bỗnnũcibttôc 9ốpg, 2g x : th ấ u k ín h h iể n v i, X Y Z : t n ^ d ị c i i c h u y ể n th e o b a c ir iề u , P C F : s e l quang ỊÌá tiỊjố ri[2 9 ]..................................................................... 33 2.5 Sự phân bố cường độ theo không gian của các mode khác n h a u [2 9 ].........................................................................................33 2.6 Tạo XImg án h sáng trếoíỊg(Si TJXIXXXỶiiflHn 11SO) bằngsci quang tin h the(Fhotonic Fiber c ty stal: PC F) tạ i V iện Vrit Lí V iệt N am [2 9 ]......................................................................................... 34 2.7 Sự p h át trim . phổ củ a s c theo các chiều, dài khác nhai 1 của sợi PCF. Hình ảnh chèn trên cùng là sự phân bố cường độ theo khang gian của SQ tạ o bởi lõi củ a P C F phi lưrlng chiết, \di mode trìỊyồn sáng oơbản LF()\. Fliổ ứqg Vĩl chiều dài bằng khm g là phổ của xung laser. [ 2 9 ] .................................... 35 2.8 Sựphát triổDLpbổcủa s c tbnocác ciáồi1dài khác nhai1của sợi PCF. Hình ảnh chèn trên cùng là sự phân bố cường độ theo khcng gian của s c , tạ o bởi lõi củ a P C F h ö rig dhiết, modetniyồi sáng Gơbản Lĩự)\ X- Phổ ling \cl chiềi1dM bằng k h â ìg là phổ của xưng laser. [ 2 9 ] .................................... 36 2.9 Sơ đồ thí nghiệm đo phổ phân giải femto giây. Xung quét s c và xung bơm được hội tụ vào trong tinh thể ZnS dày 4Qim . T ỉri hiẹii h ấp th ụ hai pbatxxL ( xiiqg bơm 42Q nm -fSC) trong ZnS được đo với sự biến đỗi theo thời gian giữa hai xung. S: g it ỉng b án n ạ tá c h chnm tia, M giỉtỉng, P: perab d e, AO th ấ u k ín h h ạ t ụ của knửi hiến vi, FCF: aci quang học phi tuyến, SHG: nhân đôi tần số, BBO: tinh thể phi tự yến loại 1,AZ¿ kiểm soát thời ©an, F: lán h lọc m àn BG39, b íri d ẫ n ZhS v tl b ề dềũy4ŨỊLtm, Điều chế: cho tần số tia quét đi qua là 800 Hz, tần số tia bơm là 400 Hz.[29] 40 2.10 Hdo m sự p h ân bố pbổ tbno tb fi gjan của s e sinh r a bởi đoạn PCF có chiều dài 7,2 mm. Thể hiện theo tín hiệu hấp thụ. hai p h o tco trcn g ĨIB11 b án d ẫn ZnS, oó b ề (lày 4(Ặím. Xung laser cơ bản có bước sóng trung tâm là 840 nm, độ ĩỌTỊg phổ tạ i vị trí m ột phần hai chiều cao của xung laser là 25 nm, tbcá g a n xung là. 50 fs, năng liíỊq g xiing là 1 n j. [29] 41 2.11 T ĩti hiệu h ấp th ụ hai phơ teỉi tro n g m ẫn b án d ẫn Z íjS oó bề dày 4QL¿ra. s c sinh ra bởi đoạn PCF có chiều dài 22 mm. X ung laser Gơ bổ n GÓ bư3c sóng trư n g tâ m là 840 nm, thcẳ gian xung là 50 fs, năng lượng xung là 1 nJ, độ rộng phổ 25 n m \fan g nhiễu tín l i ậ i tạ i 8 0 m il là do tá n x ạ củ a buớc scọg laser C3Ơb ản g,ậy ra. [29] .....................................................42 2.12 Phổ s c hình thành ở đầu ra của sợi MF với công suất trung t i n h p (w, \ p = TQOnm.Ar = 27fs[28]....................................... 43 2.13 Phổ s c được tạo ra sau a)2cm. b)5cm. c)15cm. d)50cm trcọgsợi MF-yCi Pav - 118 rrRv,Ap= 790 ra?T)Ar = 27f s [28]. 45 2.14 ]Vb t ả tran g th ái phổ lầ n 11t t đ u tl sự tết. hợp củ a các H ệu ứng a) ß2. h)ß2 + S S + HOD. c)ß2 -hJRS-hSS. d)ß2 + HOD + R S H-S S [29]............................................................... 6 DANH SÁCH KÍ HIỆU F W M : trộ n b ố n SŒ]g GV D : tá n SBC \ạ n tố c n h em HCX) : tá n sắc bậc cao LMA. : diện tícii rrode lớn M F : sei cjiirUjg có cấu trúc IIĨCPO m ét. P C F : açi quang tìn h thể. PD G : vùqg cấm quarig tử P M : p h ân c ip (h r/ trì SC : xinjg án h sáng liên tục. s s : q u á trìn h t ự dốc SPM : tự biến điệu pha SSFS : tự biến đổi tần số TER,: phản x ạ to àn phần. ZCẦV : buớc sopg kbrâjg tá n sắc XPM : biến điệu chéo pha RS : tá n x ạ Ram an u v : tia cụfc tím 7 MỞ Đ Ầ U Sợi quang tin h th ổ (Photxxác Q is ta l Fĩbcr: PCF), H(i quang oó (ấ u trú c ĨIÌCTO ljr\y acẳ quang oó cấu trú c lỗ... là nhíítDg txìi gọi dành cho n h em các sợi quang được chế tạo dựa trên sự sắp xếp tuần hoàn: cấu trúc lỗ trố n g rricro m ét bao bọc bcắ silic. G%Ỉ1 sập xếp này cbo pibểp nén ánh sáng traq g cấn trú c củ a sợi v à d ẫ n truyền án h sáng trong lõi ãlioe (sợi qiiang vcl lci cláct SIlát cao) liạy dẫn tn iyồn ánh sáng tr ong lcã không ktá (scẳ quang với lõi chiết, suất thấp) [1]. Sợi quang vfi cád i thiết, kế n x i nạy được tạo ra lần đầu tiên vào nẵm 1996. Sau 16 năm tồn tại, sợi quang này đã xuất hiện trong nhiều lĩnh vực ứng dụng như: truyền tải dữ liệu, truyền tải năng lượng cao, đo lường chính xác, và quang học phi tuyến...Bên cạnh đó nó còn được sử dụng như một nguồn sáng mới, chuyên cung cấp ánh sáng trắn g cho các lã th u ật tạ o tìn h ản h v à quang phổ. Trong vấn đề tìm hiểu các hiện tượng quang học phi tuyến, người ta quan tâm đặc biệt đến sợi PCF với lõi chiết xuất cao. Nhờ vào tính chất phi tựyến caD c b diện tích, lõi nhỏ m sự chênh lệch lớn \ è chiết suất, givĩrL lõi m m ạng h ĩ l lỗ trống, ĨĨB loại P C F Iiạy oó khả năng tạ o r a xưng árih sáng trắn g (SưpaxDĩitinưnm SC) ngay cả, vrl nhũtỊg nguềtL Irìscr nang lưạng thấp. Đặc điềm của xung ánh sáng trắng là có độ rộng phỏ lớn (có thể lên trcTi 1000 iuiị) Vri tlx i gịanxiing ngắn (có th ể rú t xucrig cỡ cíhíl irộ t tră m femto giây). Ngày nay việc phát triền PCF để tạo ra s c có phổ lệch về phía bước sóng ngắn đang là hướng được quan tâm nhiều[2,3,4]. Bên cạnh đó, quá trình hình thành s c chứa đựng rất nhiều yếu tố quang phi tuyến đan xen lẫn nhau, nên việc kiểm soát các tính chất của s c là rất phức tạp. Chính điều này mà sự hình thành s c đang là vấn đề được nghiên cứu rất m ạnh hiện nay \ồ c a m ặt tbũỊfc n g ^ Ệ rn lẫn lí thựyết[5,6,7,8,9]. 8 Sự hình th àn h v k phát, triểki củ a s c là kết qu ả của sự t i t t í g tá c g iữ ì xung lasor oơ b ản m sdi P C F tĩo q g q u á trìn h la n tniyồL Vĩ việc tạ o r a s c là rrột, quá, trìn h Ị ¿E t’ hợp, tậ p tru n g nhiều lá ậ i íítỊg pbi tniyổn khác nhau, các yếa tố tá n sắc, sự luỡqg cìãtt của mcẳ t n ừ ig và, các m ode lan truyền[10,11,12,13], nên để thỏa mãn các yêu cầu trên là rất phức tạp. Để hiểu được quá trình này tôi phân tích sự biến đỗi phỗ của s c trong từng chiều dài khác nhau của sợi PCF. Từ kết quả này, tôi hiểu được quá trình biến đổi phổ và phân tích được một cách định tính vai trò của các hiện tuợng quang học phi tựyến tnong q u á trìn h m ở rộng phổ. Mục đích của nghiên cứu này là tìm hiểu được các hiện tượng phi tuyến biến đổi trong sợi PCF thông qua tính chất phỗ của s c qua các chiều dài khác nhau. Trên cơ sở đó tôi chọn đề tài : " P h â n t í đ i c á c h iệ u T-ìtỊgphi tựyến trorg quá trình, tạo xung ánh sáng trắrg bằrg sọí quang tinh. thể". Nội dung của luận văn này ngoài hai phần mở đầu và kết iuận, luận văn được trình bày có nội dung được chia làm hai chương: Qrmt&TỊg I . T n n h bày kiến th rb tổ n g qiian ’Vồ cấn trúc, các thong số ■vật lý của sợẳ P C F v à m ột số hiện tuỌng quang phi ti Ịyốn xuất h iậ i trc q g cu lá. trìn h d ẫn tniyCĩi xuqg laacr. O njtù T g n. Được dành để trình bày chi tiết về phương pháp khảo sát phổ và sự phân bố phổ theo thời gian của s c được trình bày, đồng thời tôi đã phân tích các hiệu ứng phi tuyến xảy ra trong qua trình tạo s c thông qua phổ đo bằng thực nghiệm. Đây cũng là phần chính của nội dung nghiên cứu. 9 Q n jü tïg 1 S Ợ [ X U 1.1. Q U A N G N G Á N H H Ọ C S Ấ N T L N tỉ T B ỈẺ G 1 R Ắ N G Sại quang học tinh thể Sel quang tin h th ổ (P C F - photonic crystal fiber bay OŒL gọi là nicxcstructưre). P C F oơ b ản là sçft quaqg hợp chất ãlicat, n à trong nó có nhữdg lỗ tiố q g liay lỗ kbí (air - hcio) cỉiriy seng song ^/ỚLtrụ c của aợL KhrâTg ò-ống n h ư nhĩĩlTg sợi quang thông tữ n ò ig lõi (ocre) vh vừng ph ản x ạ (cladding) củ a P C F cùng là m t ừ m ột vật, liệu, m n ậ tín h chất của PCF đều bắt nguồn từ sự có m ặt của những lỗ khí này. Sợi quang học tinh thể được chia làm 2 loại chính : + Sợi quang tin h th ể có lõi chiết su ất cao (high, -index ocre fiber) qu á trình dẫn sóng xảy ra trong sợi có lõi đặc (Index- gudding). + Sợi quang tin h th ể GÓ lõi c ỉiế t su ất th ấ p (low - index ocre fiber) qu á tó i il 1 d ẫn sóng ra trraig sợi GÓ lõi rỗng (phơtonic banđgap). Txitóc tiên ta sẽtìmhiểi1oơchếtruyềndẫnsongtrongsçà quangtinh thể. Để điều khiển các tính chất quang của sợi cần phân bổ vị trí các lỗ khí sao cho tineil hợp. Thmg thLÈng sựsắp xếp này GÓcấu trúc, thuỀìng được sử dụng với các dạng mạch vòng, các đa giác, nhiều đa gi ác... bởi vì 10 khi đó sợi quang có khả năng chế tạo cao, có nhiều tính chất đặc biệt và có khả năng kiểm soát quang phổ cũng như những đặc tính khác. Cấu trúc của các lỗ khí trc n g Hựi P C F cỉiạy dọc theo trụ c c ủ a sợi vcố. hai tl jQLjg số cần quan tâm là đường kính của lỗ khí d và khoảng cách giữa hai lỗ khí liền kn nhai 1 A. Sei P O P là sçi GÓcấL1 trú c îlic ro (MF) bcắ mọt; s ự sáp :xếp hợp nhất giữa silicat và các lỗ khí, sợi biểu hiện tính đối xứng tịnh tiến dọc theo trục của sợi (z). Tác dụng chủ yếu của cấu trúc định kì này là để thay đổi chỉ số khúc xạ hiệu dụng cho việc dẫn truyền trong sợi dẫn đến tín h chất tá n sắc ĩirẳ trc n g sợi. (a) Hình 1.1: a. Sợi PCF có lõi rỗng, b. Sợi PCF có lõi đặc [17] Năm 1991 Russell đã phát hiện ra rằng ánh sáng có thể bị giam (bị giới hạn) trong lõi rỗng và cho đến nám 1999 sợi đơn mode có lõi rỗng được chế tạo thành công với vùng cấm quang có cơ chế dẫn sóng rất mạnh mẽ, ánh sáng \ ề n H giới h ạn trc n g lõi ngạy c ả khi bị l ố i ocng. Hỉnh 1. l a CỶỈOth Ếy xung quanh lỗ ktrí trư ng tâ m là sự sắp xếp tu ầ n hoàn của lỗ ktrí và silic tạo thành một cấu trúc tinh thể quang tử. Phần lõi được thay là một lỗ khí lớn hơn các lỗ khí xung quanh khi đó tồn tại một vùng cấm quang tử (PBG). Sự định hướng ánh sáng được xem tương tự như cách dẫn electron trong vật lý chất rắn. Đối với sợi lõi rỗng thì hiệu ứng phi tuyến thể hiện rất thấp và thường ứng dụng để truyền năng lượng nên 11 trong luận văn này ta không tìm hiểu kĩ mà chỉ quan tâm đến sợi PCF có lõi đặc khi đó khả năng tương tác với ánh sáng cao thể hiện nhiều tính chất phi tuyến liên quan đến quá trình tạo xung ánh sáng trắng trong sợi PCF. Trong sợi có lõi đặc phần trung tâm lõi của sợi được làm từ silic, các tinh, thổ quang t ử bay giò lại th ể biộn (ÜL số khríc x ạ gLĨỈ-1 salie và khang khí do đó quá trình dẫn sóng lại được giải thích là do cơ chế hiện tượng p h ản x ạ to à n phần (1LK) Hình 1. Ib [14,15,16]. Sau đây là một số đặc tính đặc biệt của sợi PCF so với các sợi quang thông thường. Ta thấy trong một môi trường đồng nhất tán sắc liên quan giữi, "véctơ song k "vềi tầ n số sóng ÜJ của. ánh sáng lan truyền và được đưa ra th ông cjiia chỉ số khiíc x ạ của vật, liệu LÜ = c k ¡T i . Trill sắc onn phụ thuộc \è o h itìn g tm y ền sống, sáng tm yỏri dọc theo trụ c z vối th a m số tn^èQ SCọgẢ ^ điều đó giúp ta xác định được chỉ số khúc xạ hiệu dụng : 7?eff = —— trong đó ũJfUJK\biểu th ị tầ n số nhỏ nhất, củ a m ode d ẫ n oó tron g sdi, kz là hằng số trự y ầ i Vci tĩO ìg các tà i liệu quang till tá n sắc ß =kz (cu th eo ß)[17\. Khi nghiên cứu sợi PCF chúng ta có thể thiết kế các sợi luôn là đơn mode với phổ được mở rộng từ vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng hồng ngoại gần. Đối với phần thân của sợi luôn tồn tại một ngưỡng giới hạn tần số để sợi từ đơn mode trở thành sợi đa mode. Để đo số lượng mode dần có trong phần thân sợi ta xác định tần số chuản tắc ư : 2ñp X \ J f ệxrx' (1* -0 Trong đó p là bốn kính lõi, ?ĩnxx) m Tïdadÿng là ebỉ số khúc x ạ của lõi và, p h ần th â n sđi. Trong truờ ng hợ p sei đ iu ẩn tlà chỉ số của p h ần th â n ph ụ thuộc \à o buớc sóng, V tăng khi bước sóng giảm. Điều đó cho kết quả hoạt động của vùng đa mode từ ngưỡng tần số lớn hơn 2,405. Đối với sợi P C F <±ấ số khúc x ạ hiệu dụng cu a p h ần th â n ph ụ thuộc rấ t m ạnh vào 12 bước sóng, trong khi đối với những sợi cổ điển thì nó dường như không đổi. Tần số chuẩn tắc có xu hướng ổn định ở bước sóng ngắn (Hình 1.2). Chỉ số khúc xạ ở phần thân quang tử và giá trị ổn định của tần số chuẩn tắc này được đặc trưng bởi cấu trúc phần thân của sợi, hay yếu tố điền đầy (chính là tỉ số giữa đường kính lỗ khí d và khoảng cách giữa hai lỗ khí A trong mạng). Với một thiết kế nhất định ta có thể giữ cho tần số V có một giá trị dưới bất kì vùng bước sóng nào, trong điều kiện đó sợi luôn là đơn mode. Đối với sợi PCF tần số ngưỡng ước tính vào khoảng 2,5. Trong sợi lõi đặc với mạng lỗ khí là tam giác, đường kính lỗ khí d = 300nm và khoảng cách girtei hai lỗ khí liéài tiế p là. A = 2, ‘òịim thì sợi luôn là đơn mode ngay cả khi bước sóng ngắn. Vùng mode cơ bản được xem như vùng lõi silica có đường kính bằng 2A là, khoang cách giữa bai lỗ khí thuộc \c o g đầu tiên [14]. Hình 1.2: Tần số chuẩn hóa của PCF mạng lục giác, yếu tố làm đầy 0,2. PCF truyền dẫn chỉ mode Gơ bản trorg vùiig nhìn thấy và bồng rgpại gàn [MỊ.) Với những sợi đơn mode như trên, trong thực tế quá trình truyền với sự đóng góp cùng một lúc của hai phương truyền, đó là phân cực trực giao. T rang các scấ GÓ lõi trò n lí titín g , hai pbitìT g này' cùng tru y ền với \Ệ n tố c pha. Nhưng thực tế sợi không hoàn toàn là đối xứng tròn kết quả là hai 13 p h iO ig này GÓ vận tố c p h a vk \ậ ii tố c nhátxLhơi khác ttibai L Lư3ng (ỉ¿ốt, trong PCF được tạo ra do sự bất đối xứng trục của chỉ số khúc xạ hiệu dụng. Điều này phụ thuộc vào kích thước và đặc biệt là cấu trúc không gian của lỗ khí. Tính lưỡng chiết cao đang được nghiên cứu và phát triển mạnh, đặc biệt trong các sợi PCF có cấu trúc bất đối xứng. Khả năng phân cực nắm giữ trong sợi lưỡng chiết được đo bằng chiều dài nhịp của nó. Được xác định bằng hệ thức : 2r à Z* = à ßx ^7 ß y^ = a ?eff Trong đó ßx m ß y (l2) lần liiợt là bằng số truyền khác nhaii theo hai phương phân cực trực giao. Khi đó độ lưỡng chiết B được định nghĩa là sự khác nhai 1 gjCfei hằng số dẫn tru yền ßx ß y củ a hai th àn h p h ần phân cụ£ ỈỈE ịỵ m ỈỈỂ ị ị của rrnde Gơ b ả n : B = X(ßx - ßy)/2tĩ = |7?effic - ??effy I (1.3) Hình 1.3: Sợi h íầig diiết caD Trong việc tạo ra nguồn sc, tính lưỡng chiết trong sợi PCF được chú ý để cải thiện sự ổn định quang phỗ và sự 1Ĩ1 Ở rộng tối đa của một nguồn bơm nhất định bằng cách chọn sợi PCF phi tuyến phân cực duy trì (PM). Khi đó quang phổ của sc cũng phân cực[ 14,16,17]. Tiếp theo một đặc tính không kém phần quan trọng trong sợi quang là t á n sắc. TrÍLi sắc là hiộn tit.ỉng d ã n XI mg án h sáng tbno t l r á @.an ktá 14 tm y èn tín hiệu, nó gây máo liay H ến dạng tiế n hiệu. 'Tan sắc kí hiệu D» độ tán sắc qua mỗi km được tính bằng đơn vị ns/km hay ps/km . Tán sắc GÓ nhiều, loại n b ií tá n sắc mode, tá n sắc nỀni v à tá n sắc m ode p h ân CỤD. Cần chú ý tán sắc mode chỉ xảy ra trong sợi đa mode, do các mode có tốc độ lan truyền khác nhau nên thời gian truyền của các mode là khác nhau gây ra tán sắc mode. Tán sắc màu được chia làm hai loại: tán sắc \ ậ t liệu m tá n sắc ốug d ẫn sm g. "Ian sắc v ật liệu xảy r a d o sự p h ụ thuộc của chiết su ất vào buúc sœ g. T ăn sắc Ống d ẫn sáng xạy r a d o án h sáng truyền trong sợi không phải là đơn sắc do đó hằng số truyền của sợi là m ột h àm ph ụ thuộc \à o bit3c acng. K hông giống sçi quang trưyềrL thống, tro n g sợi P C F tá n sắc en g d ẫn sóng là rấ t lớn. H a i th ế nĩ£u tá n sắc vật liệu bị biến đổi bởi sự hiện diện của các lỗ khí trong phần thân sợi. Do đó tâ n g tá n sắc tra n g sợi có th ể xaxL n h ư g c n itá n sắc \ậ£ liệu \èi tá n sắc Ốqg d ẫn sang. T h m g Hố ĩĩf> t ả tín h ch ất qiian ttỌGg củ a sc;ã là. tá n sắc vậii tố c n h cm (G V D ) : D = - - ^ L■Trong đó 7?eff l à chỉ số khúc x ạ h iệu đụqg, Vĩl r?eff _ ị,ịn sị c t rong PCP c5 thể hình dung là do sự thay đổi của kích thước và vị trí của lỗ khí trong vùng thân sợi. Sự thay đỗi về hình dạng mạng và kích thước lỗ khí của sợi dẫn đến tồn tại một bước sóng không tán sắc (ZDW) có thể thay đổi trong vùng nhìn thấy. Nếu. ZD W n ằ m trc n g vừng án h sáng 1±Q11 th ấ y nó ciiD tá n sắc dị ứiuùng trong vùng này (á.nh sáng xanh di chuyển nhanh hơn ánh sáng đỏ). Tá.n sắc dị thường có thể được dùng đề bù đắp tán sắc trong viễn thông đường dài. Ngoài ra trong PCF tán sắc phẳng cũng có thể thu được. Với PCF m ạng lục gịác GÓ khoảng cách giữ a các lỗ khí A = 2, G2ịirn đường kính lỗ khí d = 0,31 Gịim th ì tá n sắc lết phẳng oó giá trị 2p&/ (kiiiiiLij) tran g vừng b itíe sŒTg từ 1 ,3 — 1, 9ựm [15,16,18]. thuộc tính qiian trçng róĩrXlà tính ]¿¿ tiryốn cao, troqg sçi PCP lõi đặc ta có thể có chỉ số tương phản hiệu dụng cao hơn nhiều so với sợi 15 quang thông thLỀtỊg' bằng cách tạ o lỗ khí lớn hoặc giảm kích thuớ c của lõi, điều đó ánh sáng sẽ được bó buộc vào trong lõi silicat. Bằng cách này một lượng lớn mode dẫn được giam hãm trong lõi dẫn đến nâng cao các hiệu ứng phi tuyến do đó tạo môi trường với cường độ cao trong lối. Rất nhiều thí nghiệm xác định thuộc tính tán sắc trong sợi phi tuyến đã được thực hiện, điều đó giúp khai thác thành công sợi PCF trong các thiết bị quang với một mức độ tán sắc thích hợp. Hiện nay đây là một ứng dụng quan trọng, đặc biệt trong việc hình thành và mở rộng quang phổ liên tục SO Cốc hiệu ứtìg phi tựyến th a m g ia \à o q u á trìn h nở ĩộ ìg phổ p h ụ thuộc nhiều vào tá n sắc tru n g tin h n en các th iết kế phíi hơp với thu ộc tín h tá n sắc đề giảm công suất nguồn bơm. Theo các nghiên cứu quang phổ được mở rộng có thể thu được bằng xung bơm với bước sóng gần với bước sóng khmg tá n sắc[14,15,16]. Sợi có diện tích mode lớn. Bằng việc thay đổi cấu trúc hình học của sợi PCF ta có thể thu được những sợi có diện tích hiệu dụng lớn (LMA). Sợi với lỗ khí mạng tam giác mà lõi của sợi được xác định thiếu đi một lỗ khí. Trong PCF mạng tam giác đường kính lõi t^ore = 2A — ứng với. khoảng cách giữa 2 mép đối diện của 2 lỗ khí của vùng lõi. Khi tỉ số d/A < 0 , 4 sợi PCF mạng tam giác luôn là đơn mode với bất kì bước sóng nào. Sợi PCF có LMA thường được khai thác trong những ứng dụng công suất cao, từ những sợi này giới hạn suy hao và phi tuyến đó được giảm đáng kể. Nó được xác định bằng hệ thức: Aeff = 7TOÚ2. AeS là một đại lượng rất quan trong, nguồn gốc để đo độ phi tuyến. Khi diện tích hiệu dụng giảm cho m ật độ công suất cao dẫn đến tính phi tuyến cũng tầng đáng kề[14,17]. Một trong những yếu tố quan trọng trong kĩ thuật sợi quang đó chính là siỊy hao tro n g q u á trìn h tru y ền dẫn. SiỊỵ hao trcĩìg sợi quang thong thường đã được giảm trong vòng 30 năm trở lại đây nhờ những cải tiến 16 không ngừng. Trong sợi quang hợp chất silicat suy hao tối thiểu đối với vùng bước sóng 1550nm là không nhỏ hơn 0,2dB/Km. Đây là giới hạn quan trọng, từ giới hạn này ta phải đặt các bộ khuếch đại trong thông tin liên lạc, điều này gây ra một chi phí lớn trong thông tin liên lạc đường dài. Do đó cần tìm hiểu cơ chế suy hao trong sợi quang để hiểu và cải tiến công nghề nhằm giảm sự suy hao đó. Một số suy hao gây ảnh hưởng đến quá trình dẫn sẽ được đề cập. Trong sợi PCF ta đặt hệ số suy hao quang l à a (ỊB được đo bằng đơn vị dB/Km . Hệ số suy hao này sẽ được biểu diễn n h ư sau: «CĨB = Ả Ị \ ^ -\-I3-\rOtOH-\-OLTR (1-4) trong đó A, B, aoH, ajR là riliîJ t là hộ số tá n x ạ RayLágJi m siiy hao bề m ặt, su y bao do h ấp th ụ icn C H v à sựỵ hao do sự h ấp th ụ củ a tia cục tím và tia hồng ngoại. Ngoài ra ta cần chú ý đến suy hao do sự giam hãm và uốn cong tre n acầ quang. Đầu tiễn ta xét đến sự suy hao do tán xạ. Khi sóng điện từ truyền trong môi trường điện môi gặp những chỗ không đồng nhất trong sợi qiiang, các khiỊyổt tậ t nihưbợt, khí, các 'Vổt nứh 9ẽ gậy r a tá n xạ* K tá tia sáng truyền qua chỗ không đồng nhất tán xạ ra nhiều hướng và chỉ có một p h ần năng liỌ ìg án h sáng tm yồn theo huốqg cũ p hần (X II lại tru y ền thoo các hướng khác nhau thậm chí có thể truyền ngược lại nguồn quang. Độ sựy h ao do tá n x ạ R ạykigti tỉ lệ nghịch lựy thừ a bậc 4 củ a bi lớc sóng (A/ A4) nên sựy h ao gịỗm ttibanh 'về p h ía bdớc sáng dài. Cbti th à n h p h ần sưy hao B xuất hiện là do những klámrikhiynt tro ^g sợi, lìgLộôi n h ân CÍJQ1 yếu là do độ nhám của bề mặt các lỗ khí đây là một vấn đề quan trọng vì thục tế tĩo q g q u á trình chế tạo b ề m ặt của các lỗ khí GÓth ể bị ảnh huâng tx ĩ các trầ y x iifc nhỏ hoặc d o t ị nhiễm bẩn, tạ p chất. K lá ixrxrizxft b ề mặt, này so vfã buớc sóng oó th ể x u ất hiện sựy hao do tá n xạ> INỊepài r a đối với sợi quang dài những biến động của đường kính, kích thước và độ 17 lấp đầy của lỗ khí thay đổi cũng là một nguyên nhân gây ra sự suy hao đáng kể. Ảnh hưởng tiếp theo sợi PCF được chế tạo từ vật liệu Silicat nên các lien gií£i SiOß và ion C H ocn sốt lại tro n g vật, liộ atm q g q u ấ trìn h chế tạo sợi quang cũng gây ra suy hao. Đối với những sợi quang ngay khi được chế tạo bằng thủy tinh tinh khiết thì sự hấp thụ vần xảy ra do bản th ân thử ỵ tin h tin h khiết cũng h ấp th ụ ánh s áng ở vùng CỊ*3 tím . \è i h m g ngoại. Điều này gây ra trỡ ngại với việc dùng bước sóng dài trong thông tin quang. Một lí do nào đó sợi quang có thể bị chèn ép tạo nên những chỗ ìị u ố n oong nhỏ thà siiy hao củ a sợi cũng tăn g lên. Sự suy hao Iiạy x u ất hiện là do sự ổn định của phương truyền bị biến đổi dẫn đến tia sáng bị lệch- trục. M bt cách chính xác GÓ th ể hiểu là db sự p h ân b ố củ a truỀSqg H xáo trộn khi đi qua những chỗ uốn cong dẫn tới sự phát xạ năng lượng ra khỏi sợi [15]. Trong p h ần cuối của rrụ c n ày t a sẽ tìm hiểu q u á trìn h chế tạ o acấ PCF. Bao gồm các bước như Hìnhl.4. Bước đầu tiên là tạo các ống nhỏ (mao mạch) gọi là phôi ban đầu, các ống này với các đường kính và độ dày tường khác nhau (điều này sẽ ảnh hưởng đến tỉ số d / A) củ a sợi san này. Sau đó thực hiện việc xếp các ống silic thành một ống lớn có cấu trúc th eo tnnh dạng củ a eng ClJO cùng cần th iế t kế bằng th á p vẽ. L iên kết các ống nhỏ này được thực hiện bằng tantalum và sau đó được đưa đến tháp vẽ sợi. Các tháp này được làm đầy bởi khí argon và đưa đến nhiệt độ cao khoáng t ì í ISXPC đến 2000p(17điều này giúp các thanh và ống silic được là m m ềm rạ, q u á trìn h này tạ o các phoi tru n g g ian Tuy theo khoảng cách giữa các lỗ khí, đường kính lỗ khí, đường kính lõi, cấu trúc hình học của sợi mà phôi trung gian được đưa vào tháp kéo với nhiệt độ thích hợp, hoặc bằng cách thay thề các ống bằng một thanh đặc (trường hợp tạo sợi phi tuyến cao, hay sợi lõi đặc), hay việc loại bỏ một số ống của phôi (trường hợp tạ o sei quang tử có lõi rong). Phôi trư n g gian Iiạy khi q u a th á p km sei,
- Xem thêm -