Chuyên đề:Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang

Tổng quanHiệu ứng phi tuyến trong sợi quang xảy ra do sự thay đổi hệ số khúc xạ trong sợi và hiện tượng tán xạ không đàn hồi.Hiệu ứng quang được gọi là phi tuyến nếu các tham số của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng (công suất).

Giảng viên: Trần Thủy Bình Nhóm thực hiện: Nhóm 2 lớp D11VT3 Thành viên: Nguyễn Hữu Đức Dương Văn Tuấn Lường Khắc Cường Phạm Quang Ánh Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang 2 D11VT3 Nhóm 2 Nội dung Tổng quan 1 Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang 2 3 D11VT3 Nhóm 2 Tổng quan  Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang xảy ra do sự thay đổi hệ số khúc xạ trong sợi và hiện tượng tán xạ không đàn hồi.  Hiệu ứng quang được gọi là phi tuyến nếu các tham số của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng (công suất). 1 4 D11VT3 Nhóm 2 Tổng quan 1 1.1 Giới thiệu chung Các hệ thống thông tin quang hiện nay đang khai thác trên mạng lưới viễn thông đều sử dụng các sợi quang truyền dẫn trong môi trường tuyến tính mà ở đó các tham số sợi không phụ thuộc vào công suất quang. 5 D11VT3 Nhóm 2 Tổng quan 1 1.1. Giới thiệu chung Hiệu ứng phi tuyến sợi xuất hiện khi tốc độ dữ liệu, chiều dài truyền dẫn, số bước sóng và công suất quang tăng lên. Các hiệu ứng phi tuyến này đã có ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng truyền dẫn của hệ thống và thậm chí trở nên quan trọng hơn vì sự phát triển của bộ khuếch đại quang sợi EDFA cùng với sự phát triển của các hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM. Với việc tăng hiệu quả truyền thông tin mà có thể được làm bằng việc tăng tốc độ bit, giảm khoảng cách giữa các kênh hoặc kết hợp cả hai phương pháp trên, các ảnh hưởng của phi tuyến sợi trở nên đóng vai trò quyết định hơn. 6 D11VT3 Nhóm 2 - Phát sinh do tác động qua lại giữa các sóng ánh sáng với các phonon (rung động phân tử) trong môi trường silica - tán xạ do kích thích Brillouin (SBS) và tán xạ do kích thích Raman (SRS). Hiệu ứng phi tuyến - Sinh ra do sự phụ thuộc của chiết suất vào cường độ điện trường hoạt động, tỉ lệ với bình phương biên độ điện trường(Kerr). - Hiệu ứng tự điều pha (SPM - Self- Phase Modulation), h/ư điều chế pha chéo (XPM - Cross- Phase Modulation) và hiệu ứng trộn 4 bước sóng (FWM - Four-Wave Mixing). Tổng quan 1 1.2. Nguyên nhân Phần 2: Các loại hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang 8 D11VT3 Nhóm 2 Các loại hiệu ứng phi tuyến 2 Phân loại  Nhóm hiệu ứng tán xạ không đàn hồi:  Tán xạ do kích thích Raman- SRS  Tán xạ do kích thích Brillouin- SBS  Nhóm hiệu ứng khúc xạ phi tuyến:  Hiệu ứng tự điều pha SPM  Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM  Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM 9 D11VT3 Nhóm 2 Các loại hiệu ứng phi tuyến 2  Phonon quang học và âm học: Trong vật lý học, một phonon là một giả hạt có đặc tính lượng tử của mode dao động trên cấu trúc tinh thể tuần hoàn và đàn hồi của các chất rắn. Minh họa lan truyền của mode dao động trên tinh thể. 10 D11VT3 Nhóm 2 Các loại hiệu ứng phi tuyến 2  Phonon quang học và âm học: .  Khi các tế bào đơn vị có nhiều hơn một nguyên tử, các tinh thể sẽ bao gồm hai loại phonon: âm học và quang học. • Phonon âm thanh ion dương và âm dao động cùng chiều. • Phonon quang học dễ dàng bị kích thích bằng cách ánh sáng, các ion âm và dương dao động ngược chiều. [...]... cách khẩu độ sợi quang cho phép  Đặc trưng: - Công suất ngưỡng cho SBS: PthSBS ≈ Nhóm 2 21Aeff gB Leff = 21α Aeff D11VT3 gB 19 2.2 Tán xạ do kích thích Brillouin- SBS - Hệ số độ lợi: gB ~ 4.10-11m/W, không phụ thuộc vào bước sóng Nhóm 2 D11VT3 20 Kết luận - Hiệu ứng SRS là hiện tượng chiếu ánh sáng vào sợi quang sẽ gây ra dao động phẩn tử trong vật liệu của sợi quang, nó điều chỉnh tín hiệu quang đưa... > ω0  phổ của tín hiệu bị co dãn trong quá trình truyền Nhóm 2 D11VT3 23 2.3 Hiệu ứng tự điều pha SPM  Tính chất: β'=β+  Hệ số lan truyền: k0 n2 P = β +γ P Aeff  Độ dịch pha: (do hiệu ứng phi tuyến) L φNL = ∫ ( β '− β ) dz 0 mà L φNL = γ Pin Leff Pin Leff = ∫ P( z)dz 0 Nhóm 2 D11VT3 24 2.3 Hiệu ứng tự điều pha SPM  Tính chất:  Nếu D là hệ số tán sắc của sợi quang thì • Với D < 0 : thành phần... Biểu thức vector phân cực: P = ε 0 χE  Tuy nhiên trong môi trường phi tuyến: P = ε 0 χ E + ε 0 χ E + ε 0 χ E + (1) ( 2) 2 ( 3) 3 Ở đây: ɛ0 - hằng số điện môi, χ(i) - độ cảm bậc i của môi trường Nhóm 2 D11VT3 22 2.3 Hiệu ứng tự điều pha SPM  Hiện tượng:  Chiết suất của môi trường truyền dẫn thay đổi theo cường độ ánh sáng truyền  Sự dịch tần phi tuyến làm cho sườn trước của xung dịch đến tần số... phát xạ thành ánh sáng có bước sóng của ánh sáng tới (ánh sáng Stoke)  Khi tín hiệu trong sợi quang có cường độ lớn, quá trình này trở thành quá trình kích thích Raman Nhóm 2 D11VT3 12 2.1 Tán xạ do kích thích Raman- SRS  Tính chất:  SRS sinh ra bởi sự chuyển động của các phân tử do mật độ năng lượng cao trong sợi quang  Ánh sáng tán xạ được phát ra ở tần số thấp (bước sóng dài) hơn tín hiệu tới... kênh trong các kênh truyền OTDM (truyền kênh phân chia theo thời gian)  Chuyển đổi bước sóng trong WDM  Nén xung phi tuyến Nhóm 2 D11VT3 30 2.5 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM  Hiện tượng:  Hệ thống WDM sử dụng nhiều tần số sóng ω1 ,ω2 , , ωn  Các nhóm hai hoặc ba tần số tương tác với nhau tạo ra các thành phần tần số mới  Tương tác này có thể xuất hiện • giữa các bước sóng của tín hiệu trong. .. tín hiệu với tạp âm ASE của các bộ khuếch đại quang • giữa các node chính và các mode bên của một kênh tín hiệu Nhóm 2 D11VT3 31 2.5 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM  Tính chất: • Hiệu ứng phi tuyến bậc ba PNL = ε 0 χ ( 3 ) E 3 • Bảo toàn năng lượng ω4 = ω1 + ω2 − ω3 • Không phụ thuộc vào tốc độ bit, phụ thuộc khoảng cách giữa các kênh và tính tán săc của sợi • Quan điểm cơ lượng tử: sự phá hủy photon... điều chỉnh tín hiệu quang đưa vào dẫn đến bước sóng ngắn trong hệ thống WDM suy giảm, tín hiệu quá lớn hạn chế số kênh trên hệ thống - Hiệu ứng SBS cũng có hiện tượng như SRS nhưng gây ra dịch tần và dải tần tăng ích rất nhỏ và chỉ xuất hiện ở hướng sau tán xạ Ảnh hưởng càng lớn thì công suất càng thấp Nhóm 2 D11VT3 21 Nhóm hiệu ứng khúc xạ phi tuyến  Xảy ra do sự phụ thuộc của độ cảm vào cường độ trường... truyền chậm hơn thành phần tần số thấp - > xung co lại Nhóm 2 D11VT3 25 2.3 Hiệu ứng tự điều pha SPM Nhóm 2 D11VT3 26 2.4 Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM  Hiện tượng: - Xảy ra khi có nhiều kênh trên một đường truyền - Sự phụ thuộc của độ dịch pha của một kênh vào cường độ ( công suất) của các kênh kia Nhóm 2 D11VT3 27 2.4 Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM  Tính chất:  Với hệ thống N kênh truyền độ dịch pha... lượng và động lượng Nhóm 2 D11VT3 32 2.5 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM  Ảnh hưởng:  Làm giảm công suất của các kênh tín hiệu trong hệ thống WDM Nếu khoảng cách giữa các kênh là bằng nhau -> những tần số mới được tạo ra có thể rơi vào các kênh tín hiệu N channels f ijk = f i + f j − f k -> gây nhiễu 1 2 N ( N − 1) mixing products! 2 Nhóm 2 D11VT3 33 2.5 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM  Ảnh hưởng  Làm... lượng, thay đổi chỉ số khúc xạ  làm tăng ảnh hưởng của SPM Nhóm 2 D11VT3 28 2.4 Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM  Tính chất: Hiện tượng chirp: sự thay đổi độ tán sắc gây ra sự méo dạng và thay đổi mật độ của xung Hình 2.4 Độ chirp tần cho các xung Gauss (nét đứt) và siêu Gauss (nét liền) Nhóm 2 D11VT3 29 2.4 Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM  Ảnh hưởng  ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn thông qua . Cường Phạm Quang Ánh Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang 2 D11VT3 Nhóm 2 Nội dung Tổng quan 1 Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang 2 3 D11VT3 Nhóm 2 Tổng quan  Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang. quan 1 1.1. Giới thiệu chung Hiệu ứng phi tuyến sợi xuất hiện khi tốc độ dữ liệu, chiều dài truyền dẫn, số bước sóng và công suất quang tăng lên. Các hiệu ứng phi tuyến này đã có ảnh hưởng trực. Mixing). Tổng quan 1 1.2. Nguyên nhân Phần 2: Các loại hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang 8 D11VT3 Nhóm 2 Các loại hiệu ứng phi tuyến 2 Phân loại  Nhóm hiệu ứng tán xạ không đàn hồi:  Tán