Sợi tinh thể quang tán sắc phẳng dùng cho các hệ thống truyền dẫn dwdm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - BÙI ANH TUẤN SỢI TINH THỂ QUANG TÁN SẮC PHẲNG DÙNG CHO CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN DWDM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG Hà Nội – Năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - BÙI ANH TUẤN SỢI TINH THỂ QUANG TÁN SẮC PHẲNG DÙNG CHO CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN DWDM Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật truyền thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Hoàng Hải Hà Nội – Năm 2014 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN PHẦN MỞ ĐẦU NỘI DUNG 11 CHƯƠNG I SỢI TINH THỂ QUANG (PHOTONIC CRYSTAL FIBER) 11 1.1 GIỚI THIỆU SỢI TINH THỂ QUANG PCF .11 1.1.1 Định nghĩa 11 1.1.2 Lịch sử phát triển 12 1.2 PHÂN LOẠI VÀ CÁC TÍNH CHẤT MỚI CỦA PCFs 16 1.2.1 Phân loại 16 1.2.2 Một số tính chất PCFs 16 1.3 CÁC TÍNH CHẤT CỦA SỢI QUANG TINH THỂ CÓ LÕI CHIẾT SUẤT CAO 17 1.3.1 Đường đặc tính d/Ʌ 19 1.3.2 Tính chất ngưỡng 21 1.3.3 Suy hao uốn cong PCF lõi chiết suất cao 24 1.3.4 Tán sắc 26 1.3.5 Suy hao giam giữ 27 1.4 KẾT LUẬN 30 CHƯƠNG II CÁC ĐẶC TÍNH TRUYỀN DẪN TRONG SỢI TINH THỂ QUANG (PCF) 31 2.1 SỢI PCFs CẤU TRÚC HÌNH VNG .31 2.1.1 Đặc tính truyền dẫn 31 2.1.2 Đặc tính ngưỡng 36 2.2 SỢI HONEYCOMB PCF LÕI RỖNG .45 2.2.1 Đặc tính dẫn sóng suy hao rò 45 2.2.2 Tính lưỡng chiết 50 2.3 KẾT LUẬN .54 CHƯƠNG III SỢI TINH THỂ QUANG BÙ TÁN SẮC 55 3.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA SỢI TINH THỂ QUANG BÙ TÁN SẮC 55 3.2 SỢI PCF HAI LÕI ĐỒNG TÂM CHO ỨNG DỤNG BÙ TÁN SẮC 63 3.3 KẾT LUẬN 66 CHƯƠNG IV PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ SỢI TINH THỂ QUANG BÙ TÁN SẮC CHO HỆ THỐNG DWDM .67 4.1 MỞ ĐẦU 67 4.2 PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ SỢI BÙ TÁN SẮC DCCPCF TRONG HỆ THỐNG DWDM 68 4.2.1 Tính tốn thơng số cần đạt thiết kế 68 4.2.2 Xây dựng, phân tích thiết kế cấu trúc 70 4.2.3 So sánh thông số hai cấu trúc tối ưu 81 4.3 SO SÁNH CÁC THÔNG SỐ CẤU TRÚC THIẾT KẾ ĐẠT ĐƯỢC VỚI CẤU TRÚC DCCPCF TÁM CẠNH 83 4.4 KẾT LUẬN 84 KẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC 87 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu thân thực Các số liệu luận văn hồn tồn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu trước dùng để phân tích so sánh trích dẫn rõ ràng mục tài liệu tham khảo Nếu có sai phạm liên quan tới việc chép nội dung luận văn, xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 31/08/2014 BÙI ANH TUẤN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN Hình 1.1 PCFs tự nhiên 12 Hình 1.2 Mặt cắt mẫu PCF lõi đặc có đường kính lỗ khí 300nm khoảng cách lỗ khí liên kề 2300nm 14 Hình 1.3 Mặt cắt sợi PCF lõi rỗng 14 Hình 1.4 Mặt cắt số loại PCFs 16 Hình 1.5 Cấu trúc PCF (a) bát giác (b) lục giác 17 Hình 1.6 Sợi PCF cấu trúc lục giác lõi đặc 18 Hình 1.7 Sợi PCF có lỗ khí xếp theo cấu trúc tam giác 19 Hình 1.8 Đường tần số định định mức Ʌ/λ sợi PCF lõi chiết suất cao cấu trúc tam giác với d/Ʌ=0.233 21 Hình 1.9 Đường tần số định định mức Ʌ/λ sợi PCF lõi chiết suất cao cấu trúc tam giác với d/Ʌ=0.6 22 Hình 1.10 Hai mode sợi PCF lõi chiết suất cao cấu trúc tam giác với d/Ʌ=0.6 tần số định mức Ʌ/λ=0.4 23 Hình 1.11 Giá trị  eff sợi PCF lõi chiết suất cao cấu trúc tam giác 23 Hình 1.12 Suy hao uốn cong sợi PCF lõi chiết suất cao cấu trúc tam giác cố định Ʌ=2.3µm thay đổi d/Ʌ 25 Hình 1.13 Suy hao uốn cong PCF lõi chiết suất cao cấu trúc tam giác với d/Ʌ=0.25 Ʌ chạy từ 1µm tới 5µm 25 Hình 1.14 Tán sắc sợi PCFs lõi chiết suất cao cấu trúc tam giác với Ʌ=2.3µm theo phương pháp full vector 26 Hình 1.15 Tán sắc sợi PCF lõi chiết suất cao cấu trúc tam giác cố định Ʌ=2.3µm tính theo phương pháp full vector 27 Hình 1.16 Suy hao giam giữ 1550nm (a) Theo đường kính lỗ khí chuẩn hóa d Ʌ=2.3µm số vịng lỗ khí thay đổi (b) theo Ʌ tỉ số điền đầy d/Ʌ thay đổi 28 Hình 1.17 Đồ thị suy hao giam giữ theo bước sóng λ số vịng lỗ khí thay đổi, d/Ʌ=0.5 (a) Ʌ=2.3µm (b)Ʌ=4.6µm 29 Hình 1.18 Suy hao giam giữ theo bước sóng sợi PCF lõi rỗng cấu trúc tam giác với số vòng 30 Hình 2.1 (a) Mặt cắt sơi PCF cấu trúc hình vng (b) Ví trị lỗ khí vịng cấu trúc hình vng (nét liền) cấu trúc tam giác (nét đứt) 32 Hình 2.2 Chiết suất hiệu dụng neff theo bước sóng PCF cấu trúc hình vng (a) Ʌ=1µm (b) Ʌ=2µm (c) Ʌ=3µm với d/Ʌ thay đổi từ 0.5 tới 0.9 33 Hình 2.3 Chiết suất hiệu dụng neff PCFs cấu trúc hình vng với d/Ʌ=0.9 Ʌ nằm khoảng 1-3µm 33 Hình 2.4 So sánh (a) Chiết suất hiệu dụng (b) Diện tích hiệu dụng cấu trúc tam giác hình vng với d/Ʌ=0.5 Ʌ 3µm 34 Hình 2.5 So sánh diện tích hiệu dụng cấu trúc tam giác cấu trúc hình vng với d/Ʌ=0.9 Ʌ=1µm 35 Hình 2.6 Trường từ sở bước sóng 1550nm (a) sợi PCF cấu trúc vng (b) sợi PCF cấu trúc tam giác với d/Ʌ=0.5, Ʌ=3µm 35 Hình 2.7 Trường từ sở bước sóng 1550nm (a) sợi PCF cấu trúc vuông (b) sợi PCF cấu trúc tam giác với d/Ʌ=0.9, Ʌ=3µm 36 Hình 2.8 Tỉ số α/ko theo bước sóng chuẩn hóa λ/Ʌ (a) PCF cấu trúc vng vịng lỗ khí với d/Ʌ khoảng 0.45-0.57 (b) hàm số vịng lỗ khí, 4, PCF cấu trúc vng có d/Ʌ=0.57 38 Hình 2.9 Thơng số Q theo bước sóng chuẩn hóa λ/Ʌ (a) PCFs cấu trúc vng vịng với d/Ʌ khoảng 0.45-0.57 (b) hàm số vịng lỗ khí d/Ʌ=0.57 39 Hình 2.10 Bước sóng cắt chuẩn hóa λ*/Ʌ theo d/Ʌ PCF cấu trúc vng 4, 6, vịng lỗ khí 39 Hình 2.11 Diện tích chuẩn hóa Aeff/Ʌ2 mode thứ cấp theo λ/Ʌ PCF cấu trúc vng có d/Ʌ=0.52, số vịng lỗ khí 4, 40 Hình 2.12 Biểu đồ trạng thái PCF vịng cấu trúc vng tam giác 41 Hình 2.13 Ngưỡng tần số chuẩn hóa V* theo cơng thức PCF cấu trúc vng vịng lỗ khí Đường liền nét giá trị trung bình V1* V2* 43 Hình 2.14 (a) V1 (b) V2 theo bước sóng chuẩn hóa λ/Ʌ PCF cấu trúc vuông với d/Ʌ từ 0.43 tới 0.57 43 Hình 2.15 (a) Hx , (b) Hy , (c) Hz , (d) mật độ phân bố mode bậc λ/Ʌ=0.127 cấu trúc PCF cấu trúc vuông vịng lỗ khí có d/Ʌ=0.57 44 Hình 2.16 Phần cắt ngang PCF cấu trúc vuông (đường liền nét) thành phần trường Hx (đường đứt nét) (a) theo trục x (b) dọc theo hướng 45o 45 Hình 2.17(Trái) Cấu trúc honeycomb cell.(Phải) Cấu trúc Honeycomb tùy chỉnh Phần màu xám vật liệu silica 47 Hình 2.18 Đường biên dải cấm với d/Ʌ=0.6 (nét liền) d/Ʌ=0.64 nét đứt) 47 Hình 2.19 PBGF với lõi rỗng bán kính R R=2Ʌ với sợi A C, R=3Ʌ với sợi B D48 Hình 2.20 Đường cong tán sắc mode sở mode bậc cao PBGFs (a) sợi A, (b) sợi C, (c) sợi B (d) sợi D 48 Hình 2.21 Trường ánh sáng mode sở mode bậc cao thứ bước sóng 1550 nm 49 Hình 2.22 Suy hao giam giữ phụ thuộc vào bước sóng mode sở mode bậc cao PBGFs (a) A, (b) C, (c) B, (d) D với cột trái d/Ʌ =0.6 cột phải d/Ʌ=0.64 hàng có R=2Ʌ, hàng R=3Ʌ 49 Hình 2.23 Mặt cắt sợi lưỡng chiết cao 50 Hình 2.24 Trường ánh sáng mode sở bước sóng 1550 nm phân cực: (a) X, (b) Y 51 Hình 2.25(a) Đường cong tán sắc hai phân cực mode sở (b)tính lưỡng chiết bước sóng chuẩn 51 Hình 2.26(a) Đường cong tán sắc, (b) suy hao giam giữ hai phân cực x y mode sở mode bậc cao 52 Hình 2.27 Mặt cắt sợi lưỡng chiết cao: (a) sợi A, (b) sợi B, (c) sợi C 53 Hình 2.28 Đường cong tán sắc mode sở mode bậc cao sợi lưỡng chiết cao: (a) sợi A, (b) sợi B, (c) sợi C 53 Hình 2.29 Suy hao giam giữ theo hai phân cực mode sở mode bậc cao sợi lưỡng chiết cao 54 Hình 2.30 Sự phụ thuộc lưỡng chiết vào bước sóng với sợi A,B C 54 Hình 3.1 Mặt cắt PCFs tam giác 56 Hình 3.2 Hệ số tán sắc PCFs (a) có d/Ʌ=0.9 giá trị Ʌ khác (b) Ʌ=0.8µm d/Ʌ khác 57 Hình 3.3 Tán sắc bước sóng 1550 nm PCF cấu trúc tam giác 58 Hình 3.4 Tỉ số bù PCFs (a) d/Ʌ = 0.9 với giá trị Ʌ khác (b) Ʌ = 0.8 µm giá trị d/Ʌ bù cho sợi SMF-28 60 Hình 3.5 (a) Hệ số tán sắc (b) tỉ số bù PCFs có d/Ʌ=0.9 Ʌ thay đổi từ 0.9 tới 1µm 60 Hình 3.6 Tỉ số bù PCFs (a) d/Ʌ=0.9 Ʌ thay đổi (b) Ʌ = 0.8 µm d/Ʌ thay đổi sợi G-655 62 Hình 3.7 Thành phần từ trường sở bước sóng 1550nm chủa PCFs có Ʌ = 0.8 µm (a) d/Ʌ = 0.6, (b) d/Ʌ = 0.9; PCFs có d/Ʌ = 0.9 (c) Ʌ = 0.6 µm, (d) Ʌ=1 µm 63 Hình 3.8 Suy hao bước sóng 1550 nm PCFs cấu trúc tam giác có đường kính lỗ khí lớn pitch nhỏ 63 Hình 3.9 Mặt cắt mẫu DCCPCF 64 Hình 3.10 Hai mode hai lõi DCCPCF (a) Ở lõi (b) Lõi ngồi 65 Hình 3.11 Chiết suất hiệu dụng mode sở mode thứ cấp theo bước sóng 66 Hình 4.1 Đồ thị tán sắc theo bước sóng sợi SMF-28 68 Hình 4.2 Đồ thị độ dốc tán sắc sợi SMF-28 68 Hình 4.3 Cấu trúc DCFPCF bắt đầu phân tích thiết kế 71 Hình 4.4 Vị trí tọa độ lỗ khí mặt phẳng Oxy 71 Hình 4.5 Hình ảnh ánh sáng hội tụ inner outter core 72 Hình 4.6 Đường cong tán sắc cấu trúc có  =1.3 µm, d=1.00 µm d3=0.48 µm 73 Hình 4.7 Suy hao cấu trúc có  =1.3 µm, d=1 µm d3=0.48 µm 73 Hình 4.8 Cấu trúc dịch outter core vào vòng thứ 74 Hình 4.9 So sánh suy hao cấu trúc outter core vòng vịng 74 Hình 4.10 So sánh tán sắc cấu trúc outter core vòng vịng 75 Hình 4.11 Suy hao nguyên Ʌ d2 thay đổi d 76 Hình 4.12 Đường cong tán sắc nguyên Ʌ d thay đổi d2 76 Hình 4.13 Độ dốc tán sắc cấu trúc Ʌ=1.3µm, d2=0.5µm d tương ứng 1.10 1.15 µm, 77 Hình 4.14 Độ dốc tán sắc Ʌ=1.3 µm, d=1.10µm d2 0.50, 0.51 0.52 µm 78 Hình 4.15 Đồ thị tán sắc Ʌ=1.3 µm, d=1.10µm d2 0.50, 0.51 0.52 µm 78 Hình 4.16: Độ dốc tán sắc Ʌ=1.3 µm, d=1.15µm d2 0.50, 0.51, 0.52 0.53 µm 79 Hình 4.17 Đồ thị tán sắc Ʌ=1.3 µm, d=1.15µm d2 0.50, 0.51, 0.52 0.53 µm 80 Hình 4.18 So sánh tán sắc cấu trúc 81 Hình 4.19 So sánh suy hao cấu trúc 81 Hình 4.20 So sánh diện tích hiệu dụng cấu trúc 82 Hình 4.21 Cấu trúc DCCPCF bát giác 83 outter core vòng 3; hệ số tán sắc lúc lại giảm -619ps/km.nm Mà theo yêu cầu đặt thiết kế hệ số tán sắc phải có độ lớn lớn 800ps/km.nm Vì cần làm hệ số tán sắc âm Để thực điều cần làm độ chênh lệch chiết SIlica Outter Core Inner Core ` d d2 Λ Hình 4.8 Cấu trúc dịch outter core vào vòng thứ 10-3 10-4 10-5 =1.3, d=1.00 10-6 d3=0.48 d2=0.50 10-7 Loss, L (dB/µm) 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14 10-15 10-16 10-17 10-18 10-19 1.0 1.2 1.4 1.6 Wavelength, 1.8 2.0 (µm) Hình 4.9 So sánh suy hao cấu trúc outter core vòng vòng 74 500 Dispersion, D(ps/km.nm) =1.3, d=1.00 -500 -1000 d2=0.50 d3=0.48 -1500 -2000 -2500 -3000 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Wavelength, ( m) Hình 4.10 So sánh tán sắc cấu trúc outter core vòng vòng suất vùng inner core, outter core vỏ lớn cách giảm pitch tăng đường kính d Khi tăng d hay giảm pitch tỉ số diện tích bề mặt lỗ khí vật liệu (thường silica) tăng dẫn đến chiết suất hiệu dụng vùng vỏ giảm; kết làm độ chênh lệch chiết suất hiệu dụng vùng lớn Trong đồ án em chọn phương pháp tăng d giá trị d để chạy mô 1, 1.05, 1.1 1.15 µm Giữa nguyên Ʌ=1.3 µm, d2=0.50 µm đặt d = 1.00, 1.05, 1.10 1.15 µm ta thấy tất cấu trúc có suy hao nhỏ 0.6dB/km Đối với sợi DCFPCF sử dụng hệ thống DWDM chiều dài khoảng tới km nên với suy hao không đáng kể Cụ thể suy hao tương ứng với d2 1.00, 1.05, 1.10 1.15 µm 0.623dB/km, 0.137dB/km, 0.063dB/km 0.0197dB/km Cịn tán sắc từ Hình 4.12 ta nhận thấy với d2 1.10 1.15 µm thỏa mãn hệ số tán sắc bước sóng 1550 nm nằm khoảng -850 tới -1050 ps/km.nm (tại bước sóng 1550 nm với d2 1.10 µm D= -923.959 ps/km.nm ; d2 1.15 µm D= 75 -1035.6507 ps/km.nm) Vấn đề lại cần xét điều chỉnh độ dốc tán sắc tương đối bước sóng 1550nm 0.00305 để phù hợp với sợi SMF-28 10-8 10-9 d=1.00 d=1.05 d=1.10 d=1.15 =1.3, d2=0.50 Loss,L (dB/µm) 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65 1.70 Wavelength, ( m) Hình 4.11 Suy hao nguyên Ʌ d2 thay đổi d 400 =1.3, d2=0.50 Dispersion, D(ps/km.nm) 200 d=1.00 d=1.05 d=1.10 d=1.15 d tăng hệ số tán sắc âm -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Wavelength, ( m) Hình 4.12 Đường cong tán sắc nguyên Ʌ d thay đổi d2 76 10 Dispersion Slope, DS (ps / km.nm ) =1.3, d2=0.50 d=1.10 d=1.15 -2 -4 -6 -8 -10 -12 1.0 1.2 1.4 1.6 Wavelength, ( m) Hình 4.13 Độ dốc tán sắc cấu trúc Ʌ=1.3µm, d2=0.5µm d tương ứng 1.10 1.15 µm Do hệ số tán sắc âm nằm khoảng từ -800 tới -1000ps/km.nm nên để RDS = 0.00305 giá trị độ dốc tán sắc phải âm có độ lớn khoảng 2.44 tới 3.05 ps/km.nm Để làm điều cần dịch đồ thị tán sắc sang phải Với kết sau nhiều lên chạy mô phỏng, ta nhận thấy tăng hay giảm giá trị đường kính d2 đồ thị đường cong tán sắc dịch sang phải trái tương ứng Vì hai cấu trúc thỏa mãn tán sắc suy hao trên, để đường cong tán sắc dịch phải; tăng giá trị đường kính d2 ta nhận kết sau: 77  Với cấu trúc Ʌ=1.3 µm, d=1.10 µm; tăng d2 từ 0.50 tới 0.52 µm ta thu được: Dispersion Slope, DS (ps / km.nm ) =1.3 d=1.10 d2=0.50 d2=0.51 d2=0.52 -2 -4 -6 -8 1.0 1.2 1.4 1.6 Wavelength, ( m) Hình 4.14 Độ dốc tán sắc Ʌ=1.3 µm, d=1.10µm d2 0.50, 0.51 0.52 µm 400 =1.3 d=1.10 d2=0.51 d2=0.52 d2=0.50 200 Dispersion, D(ps/km.nm) -200 -400 -600 -800 -1000 d2 tăng đường cong tán sắc dịch sang phải -1200 -1400 1.0 1.2 1.4 1.6 Wavelength, 1.8 2.0 m) Hình 4.15 Đồ thị tán sắc Ʌ=1.3 µm, d=1.10µm d2 0.50, 0.51 0.52 µm 78 Từ kết thu ta có bảng sau: Bảng 4.1: Các thơng số cấu trúc Ʌ=1.3 µm, d=1.10µm Cấu trúc SIlica Outter Core Inner Core ` Tán sắc bước Độ dốc tán sắc Độ dốc tán sắc bước sóng tương đối 1550nm (RDS) sóng 1550nm d d2 Λ Ʌ=1.3µm, d=1.10µm, -923.959 4.091 -0.004427 d2=0.50 µm ps/km.nm ps/km nm nm 1 Ʌ=1.3µm, d=1.10µm, -944.171 1.2386 -0.00131 d2=0.51 µm ps/km.nm ps/km nm nm 1 Ʌ=1.3µm, d=1.10µm, -804.372 -2.4426 0.00303 d2=0.52 µm ps/km.nm ps/km nm nm 1 Như d2=0.52 µm cấu trúc thỏa mãn yêu cầu thiết đặt  Với cấu trúc Ʌ=1.3 µm, d=1.15 µm; tăng d2 từ 0.50 tới 0.53 µm: 10 =1.3, d=1.15 Dispersion Slope, DS (ps / km.nm ) d2=0.50 d2=0.51 d2=0.52 d2=0.53 -2 -4 -6 -8 -10 -12 1.0 1.2 1.4 1.6 Wavelength, ( m) Hình 4.16: Độ dốc tán sắc Ʌ=1.3 µm, d=1.15µm d2 0.50, 0.51, 0.52 0.53 µm 79 400 =1.3, d=1.15 200 d tăng đường cong tán sắc dịch sang phải Dispersion, D(ps/km.nm) d2=0.50 d2=0.51 d2=0.52 d2=0.53 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 1.0 1.2 1.4 1.6 Wavelength, 1.8 2.0 m) Hình 4.17 Đồ thị tán sắc Ʌ=1.3 µm, d=1.15µm d2 0.50, 0.51, 0.52 0.53 µm Bảng 4.2: Các thơng số cấu trúc Ʌ=1.3 µm, d=1.15µm Cấu trúc SIlica Outter Core Inner Core Tán sắc ` d bước sóng d2 1550nm Λ Ʌ=1.3µm, d=1.15µm, d2=0.50 µm Ʌ=1.3µm, d=1.15µm, d2=0.51 µm Ʌ=1.3µm, d=1.15µm, d2=0.52 µm Ʌ=1.3µm, d=1.15µm, d2=0.53 µm Độ dốc tán sắc bước sóng 1550nm Độ dốc tán sắc tương đối (RDS) -1035.65 7.18 -0.00693 ps/km.nm ps/km nm nm 1 -1216.03 5.04 -0.00414 ps/km.nm ps/km nm nm 1 -1018.53 -2.95 0.00290 ps/km.nm ps/km nm nm 1 -958.11 -4.38 0.00457 ps/km.nm ps/km nm nm 1 80 Như với cấu trúc Ʌ=1.3µm, d=1.15µm giá trị d2=0.52 µm thỏa mãn yêu cầu RDS đặt 4.2.3 So sánh thông số hai cấu trúc tối ưu Cấu trúc 1: Ʌ=1.3µm, d=1.10µm, d2=0.52 µm Cấu trúc 2: Ʌ=1.3µm, d=1.15µm, d2=0.52 µm 400 =1.3, d2=0.52 200 d=1.10 d=1.15 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 1.0 1.2 1.4 1.6 Wavelength, 1.8 2.0 m) Hình 4.18 So sánh tán sắc cấu trúc 10-9 =1.3, d2=0.52 10-10 Loss,L (dB/µm) Dispersion, D(ps/km.nm) d=1.10 d=1.15 10-11 10-12 10-13 10-14 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65 Wavelength, ( m) Hình 4.19 So sánh suy hao cấu trúc 81 1.70 14 =1.3, d2=0.52 d=1.15 d=1.10 Effective Area, A eff ( m ) 12 10 1.0 1.2 1.4 1.6 Wavelength, ( m) Hình 4.20 So sánh diện tích hiệu dụng cấu trúc Bảng 4.3: So sánh thông số cấu trúc tối ưu Bướ Hệ số tán Hệ số tán c sắc cấu sắc cấu sóng trúc trúc (µm) (ps/km.nm) (ps/km.nm) Suy hao Suy hao cấu trúc cấu trúc (dB/ µm) (dB/ µm) Diện tích Diện tích hiệu dụng hiệu dụng cấu trúc cấu trúc (  m2 ) (  m2 ) 1.40 -124.2993 -118.4220 1.55e-13 2.91e-14 1.8869 1.7323 1.45 -302.4748 -354.4677 9.76e-13 2.06e-13 2.0925 1.9353 1.50 -551.0877 -722.8164 5.87e-12 1.47e-12 2.4697 2.3635 1.55 -804.3723 -1018.5398 3.05e-11 9.18e-12 3.2042 3.3594 1.6 -926.5037 -1166.4346 1.30e-10 4.40e-11 4.5823 5.4972 1.65 -862.1732 -947.7831 4.46e-10 1.58e-10 6.7476 8.7144 Từ bảng rõ ràng với cấu trúc ta thu hệ số tán sắc âm dải bước sóng hoạt động hệ thống DWDW Cụ thể bước sóng 1550nm với cấu trúc hệ số tán sắc D = -1018.53 ps/km.nm cấu trúc D đạt 804.372 ps/km.nm Mặt khác thông số suy hao diện tích hiệu dụng cấu trúc 82 tốt cấu trúc Suy hao diện tích bước sóng 1550nm cấu trúc 0.0305dB/km, 3.204  m 0.0092dB/km, 3.359  m Như vậy, với thông số thu chạy mô cấu trúc lục giác Ʌ=1.3µm, d=1.15µm, d2=0.52 µm cấu trúc tối ưu cho yêu cầu đạt trước thiết kế 4.3 SO SÁNH CÁC THÔNG SỐ CẤU TRÚC THIẾT KẾ ĐẠT ĐƯỢC VỚI CẤU TRÚC DCCPCF TÁM CẠNH Với phát triển tốc độ truyền thông, ngày sợi DCF cần phải thiết kế để bù tán sắc dải bước sóng rộng Những năm gần đây, loại sợi bù tán sắc dải rộng tinh thể quang nghiên cứu cho kết khả quan Mới đây, vào tháng 12 năm 2013, phòng nghiên cứu quang điện tử quốc gia Wuhan thuộc viện vật lý, trường đại học khoa học công nghệ Huazhong Trung Quốc [6]; công bố cấu trúc sợi bù tán sắc dải rộng (băng C) cho thông số tốt Thiết kế đưa cấu trúc DCCPCF bát giác sáu vòng, outter core vòng thứ hai với thơng số Ʌ=1.1µm, d=0.77µm, d2=0.5 µm Hình 4.21 Cấu trúc DCCPCF bát giác[6] Hãy nhìn vào bảng so sánh thông số thiết kế bát giác thiết kế lục giác tối ưu trình bày 83 Bảng 4.4 So sánh cấu trúc bát giác lục giác Thiết kế bát giác Thiết kế lục giác SIlica Outter Core Inner Core ` Thông số bước sóng 1550nm d d2 Λ Hệ số tán sắc, D(ps/km.nm) -840 -1018 Suy hao, L(dB/m) 104 9,2.106 Độ dốc tán sắc tương đối, RDS ( nm 1 ) 0.0034 0.0029 Dải bước sóng làm việc (nm) Tồn băng C 1540-1560 Điều nhận cấu trúc lục giác đơn giản, lỗ khí chi phí để sản xuất thấp cấu trúc bát giác Ngoài từ bảng so sánh trên, cấu trúc bát giác đơn vị độ dài bù gần 60 lần đơn vị độ dài sợi SMF-28 cấu trúc bát giác 50 Mặt khác cấu trúc lục giác cho hệ số suy hao thấy nhiều (nhỏ thua 54 lần) cấu trúc bát giác điều hạn chế cấu trúc dải bước sóng làm việc từ 1540-1560nm Nhìn chung thơng số sợi DCF cấu trúc bát giác thiết kế tương đối tốt khả quan để ứng dụng hệ thống DWDM hoạt động dải 15401560nm Nếu sử dụng cấu trúc làm giảm đáng kể chiều dài sợi DCF hệ thống 4.4 KẾT LUẬN Chương cuối đồ án trình bày q trình phân tích thiết kế tính tốn mơ sợi DCFPCF có hệ số tán sắc cao với mục đích ứng dụng hệ thống DWDM Về mặt kết quả, đạt số thành công định hệ số tán sắc lớn, suy hao diện tích hiệu dụng nhỏ Hướng phát triển tìm cách mở rộng dải bước sóng làm việc thông qua tinh chỉnh thông số thiết kế theo chiều hướng đưa tán sắc dịch sang phải đồ thị 84 KẾT LUẬN Như vậy, toàn nội dung đồ án trình bày Ta có nhìn tổng quan sợi quang tinh thể Đây lĩnh vực mẻ giới nói chung Việt Nam nói riêng Trong hai mươi năm kể từ đời đến nay, sợi quang tinh thể nhanh chóng trở thành hướng nghiên cứu hấp dẫn nhiều nhà khoa học Hàng nghìn cơng trình nghiên cứu đời ứng dụng thực tiến Với đa dạng, linh hoạt cách phân bố, xếp ống mao dẫn, sợi quang tinh thể mang lại nhiều đặc tính truyền dẫn đặc biệt thú vị mà đạt sợi quang thông thường Trong phạm vi đồ án mơ tả cụ thể q trình nghiên cứu, thiết kế mẫu sợi quang tinh thể, với định hướng chế tạo để áp dụng trình tạo sợi quang bù tán sắc cho hệ thống truyền dẫn quang DWDM Hướng phát triển đề tài mở rộng với mục tiêu làm độ tán sắc sợi âm mở rộng vùng bước sóng hoạt động Đồ án thực hướng dẫn thầy giáo Tiến sĩ Nguyễn Hoàng Hải Một lần xin cảm ơn thầy cung cấp tài liệu, tận tình hướng dẫn em thực đồ án 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S M Abdur Razzak, Y Mamihira, F Begum, S Kaijage, N H Hai and Z Zou, IEICE Trans Electron E90-C, 2141 (2007) [2] F Poli, A Cucinotta, S Selleri, “Photonic Crystal Fiber Properties and Applications” Springer Series in Materials Science, Vol 102, 2007 [3] J Broeng and A.S Bjarklev, Photonic Crystal Fiber, Kluwer Academic Publishers, 2003 [4] Nguyễn Hoàng Hải, A Novel Photonic Crystal Fiber Design For Large Effective Area and High Negative Dispersion, IEICE TRANS ELECTRON, VOL.E91-C, NO.1 JANUARY 2008 [5] Md Selim Habib, Md Samiul Habib, S.M.A Razzak, Study On Dual-ConcentricCore Dispersion Compensating Photonic Crystal Fiber, International Journal of Engineering and Technology, (4) (2012) 377-383 [6] Wenbin Liang, Ningliang Liu, Zhihua Li and Peixiang Lu, Octagonal DualConcentric-Core Photonic Crystal Fiber for C-band Dispersion Compensation With Low Confinement Loss, Chinese Optics Letters, September 10, 2013 86 PHỤ LỤC BẢNG GIÁ TRỊ CÁC THÔNG SỐ CỦA CẤU TRÚC TỐI ƯU: Ʌ = 1.3 µm, d = 1.15 µm, d2=0.52 µm Bước sóng, λ (µm) Tán sắc, D (ps/km.nm) Suy hao, L (dB/µm) Diện tích hiệu dụng (µm2) 1.00 166.426 2.07E-23 1.30721188 1.05 165.929 1.34E-17 1.336900425 1.10 165.432 1.62E-17 1.368967851 1.15 159.754 8.64E-17 1.404082957 1.20 147.176 1.24E-16 1.443362092 1.25 124.242 7.41E-16 1.488833116 1.30 84.005 1.54E-15 1.544501859 1.35 12.392 5.22E-15 1.618969249 1.40 -118.421 2.91E-14 1.732311667 1.45 -354.467 2.06E-13 1.935315573 1.50 -722.816 1.47E-12 2.363556423 1.55 -1089.536 9.18E-12 3.359441635 1.60 -1166.434 4.40E-11 5.497260896 1.65 -947.783 1.58E-10 8.714453921 1.70 -688.256 4.56E-10 11.47155254 1.75 -508.924 1.14E-09 12.76474553 1.80 -402.005 2.59E-09 12.97817993 1.85 -338.812 5.49E-09 12.68575542 1.90 -299.872 1.10E-08 12.2042805 1.95 -274.391 2.10E-08 11.67227542 2.00 -251.076 3.86E-08 11.14668425 87 MÃ NGUỒN MATLAB ĐỂ TÍNH TỐN CÁC SỐ LIỆU  Mã code tính hệ số tán sắc độ dốc tán sắc A = [ Mảng giá trị chiết suất hiệu dụng phức]; A= real(A'); B =[Mảng bước sóng tương ứng]; c= 3e8; dis1 = diff(A)./diff(B); B1 = B(2:length(B)); dis2 = diff(dis1)./diff(B1); B2= B(3:length(B)); dispersion= -1e12 * dis2 * B2 /c; slope = 1e-3*diff(dispersion)./diff(B2); Sau chạy xong giá trị tán sắc độ dốc tán sắc lưu mảng dispersion slope tương ứng  Mã nguồn tính suy hao giam giữ AA=[Mảng giá trị chiết suất hiệu dụng phức]; A=abs(imag(AA)); A=A'; B=[Mảng chứa bước sóng tương ứng]; Confinement_Loss =2e6 *8.686*pi *A / B; Sau chạy giá trị suy hao lưu mảng Confinement_Loss 88 ... BÙI ANH TUẤN SỢI TINH THỂ QUANG TÁN SẮC PHẲNG DÙNG CHO CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN DWDM Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật truyền thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:... trúc tinh thể quang hai lõi đồng tâm ứng dụng bù tán sắc dải rộng Nội dung bao gồm mơ tả ngắn gọn lịch sử phát triển sợi tinh thể quang, tính chất truyền sóng sợi tinh thể quang, sợi tinh thể quang. .. .54 CHƯƠNG III SỢI TINH THỂ QUANG BÙ TÁN SẮC 55 3.1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA SỢI TINH THỂ QUANG BÙ TÁN SẮC 55 3.2 SỢI PCF HAI LÕI ĐỒNG TÂM CHO ỨNG DỤNG BÙ TÁN SẮC 63 3.3 KẾT LUẬN