VẬT LIỆU BÁN DẪN SỢI QUANG

TÍNH CHẤT:Sợi quang phải có độ tổn hao (do hấp thụ bức xạ và tán xạ bức xạ) thấpLựa chọn vật liệu và bước sóng tia laser sao cho hệ số hấp thụ thấp nhấtNâng cao chất lượng vật liệuGiải pháp giảm tán xạ của bức xạSợi quang phải có tính cơ học thích hợp, độ bền và chịu rung động cao

HỌC PHẦN: VẬT LÝ BÁN DẪN SEMINAR Nhóm Lớp Cao học VLCR - K19 NỘI DUNG Cấu tạo Tính chất, phân loại, cơng nghệ chế tạo Các mode truyền dẫn sợi quang Tổn hao sợi quang Truyền thông tin sợi quang Ứng dụng khác GIỚI THIỆU Từ năm 60 kỷ 20 Laser xuất hiện, vấn đề đặt truyền xử lý thông tin dịng điện hay sóng điện từ vơ tuyến mà tia sáng Năm 1966 Kao Hock-ham bắt đầu nghiên cứu truyền thông tin chùm Laser sợi thuỷ tinh Cuối thập kỷ 70 dây điện kim loại hay sóng vơ tuyến thay sợi quang hay linh kiện dẫn sóng quang Ngày sợi quang dùng rộng rãi thay cho dây kim loại viễn thông nhiều ưu điểm bật 1 CẤU TẠO Cấu tạo sợi quang Lõi: để truyền liệu, có chiết suất cao lớp sơn phủ Lớp sơn phủ: tăng độ phản chiếu, ngăn chặn thất suy giảm thơng tin Hình ảnh cáp quang TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO TÍNH CHẤT: Sợi quang phải có độ tổn hao (do hấp thụ xạ tán xạ xạ) thấp Lựa chọn vật liệu bước sóng tia laser cho hệ số hấp thụ thấp Nâng cao chất lượng vật liệu Giải pháp giảm tán xạ xạ Sợi quang phải có tính học thích hợp, độ bền chịu rung động cao Cáp quang lịng biển có san hơ tảo biển đeo bám TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÂN LOẠI: Một mode sóng trạng thái truyền ổn định ánh sáng sợi quang Theo biến thiên chiết suất: Sợi có chiết suất dạng bậc SI (Step Index) Sợi có chiết suất biến thiên liên tục GI (Grated Index) Theo đặc tính truyền dẫn (theo số mode truyền dẫn sợi quang): Sợi quang dạng bậc đơn mode SI- SM (Step Index Single Mode) Sợi quang liên tục đa mode GI- MM (Grated Index Multi Mode) Các loại sợi quang: a) Sợi quang dạng bậc đơn mode (SISM) b) Sợi quang dạng bậc đa mode (SI- MM) Sợi quang liên tục ( graded index) Chiết suất lõi phân bố giảm dần từ O O' O' O' O'' ' 22 11 2 3 n1 n n2 Sợi quang chiết suất bậc (step – index) Chiết suất lõi không đổi n2 step-index singlemod e O n1 n Tùy thuộc vào khả truyền tải thơng tin lõi mà ta có : Trong sợi quang đa mode, có nhiều mode (hoặc nhiều tia) truyền tải Ngược lại, sợi quang đơn mode, có mode truyền tải lõi “mode” can be thought of as a ray of light (1) Sợi quang đa mode : Được phát triển dùng rộng rãi nhiều hệ thống truyền tải thơng tin Lõi lớn, truyền tải hàng trăm tia từ nguồn sáng vào lõi với góc tới khác Sợi quang đơn mode : Có lõi nhỏ, cho phép chùm hẹp từ nguồn sáng đơn sắc với đợ tán sắc xung nhỏ (1) FIBER OPTIONS, INC / 80 Orville Drive / Bohemia / New York / 117462533 TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÂN LOẠI: Độ biến thiên chiết suất: n1 n2 Đối với sợi quang đa mode: ∆≈n 0,02 Đối với sợi quang đơn mode: ∆≈ 0,005 Khẩu độ số NA (Numerical Apeture): NA sin ma x (n12 n22 ) 21 Khi độ chênh chiết suất không lớn: NA ≈ n1 (2 ) NA đặc trưng cho ghép nối hiệu nguồn laser với sợi quang Nhưng NA lớn làm tăng tán sắc dẫn đến tín hiệu thiếu trung thực 2 TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHÂN LOẠI: Tần số chuẩn hóa: V V: tần số chuẩn hóa a: bán kính sợi quang NA: độ sợi quang : bước sóng làm việc a.NA Số mode truyền sợi SI: N V2 Số mode truyền sợi GI: N V2 Giá trị điển hình sợi đa mode: Đường kính lõi: d = 50 m Đường kinh lớp bọc: D= 125 m Chiết suất lõi: n1 = 1,47 ( = 1300nm) Gọi làđộ Khẩu sợisố: đaNA mode = 0,2 50/125 – 0,29 mode: Đường kính lõi: d = 9-10 Giá m trị điển hình sợi đơn m Chiết suất lõi: n1 = 1,465 ( = 1300nm) Đ Khẩu độ số: NAbọc: = 0,13 – 0,18 ường kinh lớp D= 125 m TÍNH CHẤT, PHÂN LOẠI, CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO: lõi vỏ chế tạo đồng thời liên tục Sự khác chiết suất thực cách thay đổi nồng độ tạp chất vật liệu CHẾ TẠO PHƠI KÉO SỢI • Lắng đọng hóa học từ pha (CVD) • Lắng đọng theo trục từ pha (Vapour Axial Deposition- VAD) • Từ thỏi phơi có phân bố chiết suất xác định người ta kéo thành sợi có phân bố chiết suất theo thiết kế CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO SỢI QUANG Khi mô tả sợi quang, xem sợi quang cấu tạo từ hai phần : lõi vỏ Trong cơng nghệ chế tạo mặt vật liệu hai phần chế tạo đồng thời liên tục mặt vật liệu Sự khác chiết suất hai phần thực cách thay đổi nồng độ phụ gia Công nghệ chế tạo sợi quang chia làm hai giai đoạn : giai đoạn chế tạo phôi (perform) giai đoạn kéo sợi Giai đoạn chế tạo phôi phương pháp CVD : dịng khí mang H2 thổi qua bình đựng SiCl4 GeCl4 để tạo dòng Dòng hỗn hợp khống chế điều chỉnh thổi qua ống thạch anh Các hạt SiCl4 pha tạp GeO2 ngưng tụ lên thành ống làm cho thành ống dày lên dần Ta có phơi với phân bố chiết suất cần theo thiết kế Giai đoạn kéo sợi Từ thỏi phôi người ta kéo sợi quang có phân bố chiết suất theo thiết kế trước Sợi quang kéo xuống phía bọc lớp bảo vệ polime (jacket) CÁC MODE TRUYỀN DẪN TRONG SỢI QUANG DẠNG BẬC: 2m Các mode sóng gián đoạn phép dẫn truyền: cos m 2n : góc dịch pha phản xạ tồn phần mặt1dgiới hạn lõi vỏ : bước sóng ánh sáng khơng khí Mỗi giá trị cos m m ứng với mode phép thứ m Vì 2.n1 d m