Nghiên cứu hiệu ứng lưỡng ổn định quang học trong cấu trúc phản hồi phân bố phi tuyến ứng dụng trong thông tin quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH &œ BÙI NÔNG TRƯỜNG NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG LƯỠNG ỔN ĐỊNH QUANG HỌC TRONG CẤU TRÚC PHẢN HỒI PHÂN BỐ PHI TUYẾN ỨNG DỤNG TRONG THÔNG TIN QUANG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ VINH - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH &œ -BÙI NÔNG TRƯỜNG NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG LƯỠNG ỔN ĐỊNH QUANG HỌC TRONG CẤU TRÚC PHẢN HỒI PHÂN BỐ PHI TUYẾN ỨNG DỤNG TRONG THÔNG TIN QUANG CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC Mà SỐ: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN PHÚ VINH - 2013 LỜI CẢM ƠN Bản luận văn hoàn thành nhờ trình nỗ lực thân hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Nguyễn Văn Phú Thầy đặt tốn, tận tình hướng dẫn, quan tâm, động viên giúp đỡ tác giả suốt thời gian hoàn thành luận văn Đối với tác giả, học tập nghiên cứu hướng dẫn thầy niềm vinh dự lớn lao Nhân dịp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo giúp đỡ q báu nhiệt tình Em xin phép cảm ơn thầy giáo tham gia giảng dạy, đào tạo lớp Quang học 19, cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Vật lý, Khoa đào tạo Sau đại học, Ban lãnh đạo Trường đại học Vinh tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập, nghiên cứu sở đào tạo Tôi bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp anh, chị học viên lớp Cao học 19 – chuyên ngành Quang học Trường đại học Sài Gịn động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập Tơi xin cảm ơn ThS Nguyễn Thị Tiêu Nương đóng góp nhiều ý kiến quý giá cho tác giả trình nghiên cứu, hoàn thiện luận văn Xin chân thành cảm ơn ! Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 Tác giả MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Lời mở đầu Chương I - TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG LƯỠNG ỔN ĐỊNH QUANG HỌC 1.1 Môi trường tuyến tính 1.2 Môi trường phi tuyến 1.3 Một số hiệu ứng quang phi tuyến 1.4 Kết luận chương……………………………………………………… Chương II - NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG LƯỠNG ỔN ĐỊNH QUANG HỌC TRONG CẤU TRÚC PHẢN HỒI PHÂN BỐ PHI TUYẾN ỨNG DỤNG TRONG THÔNG TIN QUANG 2.1 Cơ sở lý thuyết .19 2.2 Nghiên cứu hiệu ứng lưỡng ổn định quang cấu trúc phản hồi phân bố với vật liệu CdSe ứng dụng xử lý tín hiệu quang .10 20 21 2.3 Kết luận chương 34 KẾT LUẬN CHUNG 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 PHỤ LỤC ………………………………………………………………… 38 LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển xã hội loài người nhu cầu truyền tải thơng tin liên lạc diễn với số lượng ngày nhiều Chính điều dẫn đến việc hệ thống thơng tin liên lạc áp dụng lĩnh vực đời sống ngày đáp ứng kịp nhu cầu xã hội Cho đến laser đời vào năm 1960 cách mạng lĩnh vực công nghệ đời truyền dẫn thơng tin ánh sáng Người ta gọi chúng tên khác thông tin ánh sáng hay ngắn gọn thơng tin quang Chính đời lĩnh vực này, tạo điều kiện cho ngành quang học nói chung cho ngành quang học phi tuyến nói riêng có phát triển mạnh mẽ tạo nhiều ứng dụng lĩnh vực khoa học cụ thể khoa học kỹ thuật, khoa học quân sự, đặc biệt công nghệ truyền dẫn quang Thông qua tuyến truyền dẫn quang, khối lượng thơng tin cực lớn dạng tín hiệu số, tín hiệu âm tín hiệu hình ảnh xử lý truyền cách nhanh chóng hiệu Điều giúp cho người giới liên lạc với cách dễ dàng, thuận tiện, tạo hệ thống thông tin liên lạc đa quốc gia Trong trình truyền dẫn hệ thống thơng tin quang thiết bị lưỡng ổn định quang học đóng vai trị đặc biệt quan trọng hệ thống Ngồi thiết bị quang tử nén xung, ghép kênh, tạo xung, điều khiển chuyển đổi tần số,… yếu tố cần thiết cho q trình xử lý thơng tin quang Các thiết bị nhà khoa học giới nghiên cứu tìm hiểu chi tiết mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm Các thiết bị đóng vai trị quan trọng q trình thúc đẩy thương mại hóa góp phần to lớn việc hạ giá thành trình truyền dẫn thơng tin Nhằm mục đích tìm hiểu mặt vật lý, công nghệ ứng dụng thiết bị quang tử ứng dụng hiệu ứng lưỡng ổn định quang học, luận văn này, đặt vấn đề: “Nghiên cứu hiệu ứng lưỡng ổn định quang học cấu trúc phản hồi phân bố phi tuyến ứng dụng thông tin quang” Nội dung luận văn trình bày với bố cục gồm phần: Mở đầu, hai chương nội dung, kết luận chung, danh mục tài liệu tham khảo phần phụ lục Chương I: Tổng quan hiệu ứng lưỡng ổn định quang học Ở chương 1, chúng tơi trình bày khái niệm hiệu ứng lưỡng ổn định quang học hiệu ứng Kerr, số ứng dụng thiết bị dựa hiệu ứng lưỡng ổn định Đồng thời đưa phương trình mơ tả quan hệ vào thiết bị quang học sử dụng môi trường phi tuyến kiểu Kerr để làm sở định hướng cho nghiên cứu Chương II: Nghiên cứu hiệu ứng lưỡng ổn định quang học cấu trúc phản hồi phân bố phi tuyến ứng dụng thông tin quang Trong chương này, xuất phát từ hệ phương trình tốc độ, khảo sát xuất hiệu ứng lưỡng ổn định quang học cấu trúc phản hồi phân bố sử dụng vật liệu CdSe đề xuất Quá trình điều khiển hiệu ứng lưỡng ổn định quang cấu trúc nhằm ứng dụng trình xử lý tín hiệu quang khảo sát chi tiết CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG LƯỠNG ỔN ĐỊNH QUANG HỌC Trải qua lịch sử lâu dài ngành khoa học quang học, đến thập niên đầu kỷ 20, nghĩ mơi trường quang học có tính chất tuyến tính Những tính chất tuyến tính tập trung vào khẳng định sau [1]: * Các đặc trưng quang học chiết suất, hệ số hấp thụ không phụ thuộc vào cường độ sáng; * Nguyên lý chồng chất xem nguyên lý quang học cổ điển; * Tần số ánh sáng thay đổi q trình truyền lan mơi trường quang học; * Ánh sáng tác động tương hỗ lẫn Hai chùm ánh sáng vùng nhỏ khơng tác động lẫn nhau, hay nói cách khác ánh sáng khống chế ánh sáng Sự đời laser năm 1960 cho phép khả kiểm chứng đặc trưng ánh sáng môi trường cường độ lớn nhiều so với trước Nhiều thí nghiệm cho thấy mơi trường có tính chất phi tuyến sau [1-3]: * Nguyên lý chồng chất bị phá vỡ; * Ánh sáng khống chế ánh sáng, photon tương tác với Tính tuyến tính hay phi tuyến tính mơi trường thể ánh sáng truyền qua thân ánh sáng Nghĩa là, tính chất phi tuyến khơng có ánh sáng truyền chân không Chỉ môi trường phi tuyến ánh sáng tác dụng với ánh sáng Như vậy, có mặt ánh sáng mạnh mơi trường làm thay đổi tính chất mơi trường, ánh sáng khác thân Sau đây, chúng tơi giới thiệu môi trường cách cụ thể 1.1 Mơi trường tuyến tính Xét mơi trường điện mơi, đặc trưng mơi trường điện mơi có ánh sáng truyền qua mô tả quan hệ chặt chẽ véctơ mật ur ur độ phân cực P(r , t ) véctơ điện trường E (r , t ) Có thể xem véctơ phân cực đầu hệ, véctơ điện trường đầu vào Hệ thức toán học ur ur mô tả quan hệ hàm véctơ P(r , t ) E (r , t ) xác định đặc trưng môi trường: ur r P (r , t ) = ε χ E (r , t ) (1.1) Trong ε số điện môi chân không, χ độ cảm điện mơi trường Mơi trường tuyến tính đặc trưng quan hệ tuyến tính ur ur P (r , t ) E ( r , t ) trình bày hình 1.1 P E Hình 1.1 Quan hệ P-E mơi trường tuyến tính Độ lớn mật độ phân cực P = N µ tích mơmen phân cực riêng (individual dipole moment) µ gây điện trường ngồi có độ lớn biên độ E mật độ mômen lưỡng cực riêng N Như vậy, đặc trưng phi tuyến µ N định Quan hệ µ E tuyến tính E nhỏ, phi tuyến E đạt giá trị tương đương với điện trường tương tác nguyên tử Thông thường giá trị nằm khoảng từ 105 đến 108 V/m Hiện tượng giải thích nhờ mẫu Lorentz Trong mẫu µ = −er , r độ dịch chuyển vị trí khối lượng m mang điện tích e, tác động lực điện –eE Khi lực đàn hồi tỉ lệ thuận với độ chuyển dịch, tức thỏa mãn định luật Hooke, độ chuyển dịch cân r tỉ lệ thuận với E, P tỉ lệ thuận với E môi trường tuyến tính Một chất khác đáp ứng môi trường với ánh sáng phụ thuộc mật độ N vào trường quang Khi điện trường ánh sáng sử dụng nhỏ nhiều so với trường tinh thể trường nguyên tử, hội tụ ánh sáng hiệu ứng phi tuyến yếu Khi đó, quan hệ P E gần tuyến tính trường hợp yếu Trong trường hợp phân tích hàm quan hệ P E theo dãy Taylor xung quanh giá trị E=0, 1 P = a1 E + a2 E + a3 E + (1.2) Và sử dụng vài số hạng bậc thấp Các hệ số a1, a2 a3 đạo hàm bậc nhất, bậc hai bậc ba P theo E E = Các số số đặc trưng môi trường Số hạng thứ tuyến tính gắn với trường yếu Rõ ràng a1 = ε χ , độ cảm tuyến tính liên quan đến số điện môi ε chiết suất xác định hệ thức n = ε = + χ Số hạng hạng thứ hai mô tả phi tuyến bậc hai, số hạng thứ ba mô tả phi tuyến bậc ba tương tự với bậc cao tương ứng Nếu ánh sáng qua môi trường yếu, hiệu ứng phi tuyến gần không quan sát được, số hạng phi tuyến bậc cao (từ bậc hai trở lên) bỏ qua Phần lớn tượng quang học đời sống ngày kết phản ứng tuyến tính mơi trường chùm sáng tới có cường độ thấp Đặc biệt lúc chiết suất, hệ số hấp thụ, hệ số 10 phản xạ hệ số truyền qua môi trường không phụ thuộc vào cường độ ánh sáng Các phương trình Maxwell trường hợp tuyến tính ngun lý chồng chất 1.2 Mơi trường phi tuyến Như trình bày phần 1, đặc trưng phi tuyến µ N định Quan hệ µ E phi tuyến E đạt giá trị tương đương với điện trường tương tác nguyên tử, hiệu ứng quang phi tuyến bộc lộ chất Cũng trên, lực đàn hồi hàm phi tuyến độ dịch chuyển độ dịch chuyển cân r mật độ phân cực P hàm phi tuyến E Ta viết lại (1.2) dạng gọn P = ε χ E + 2dE + χ (3) E + Trong d = (1.3) a a2 χ (3) = hệ số mô tả hiệu ứng phi tuyến bậc hai 16 bậc ba tương ứng Môi trường lúc gọi mơi trường phi tuyến P E Hình1.2 Quan hệ P-E môi trường phi tuyến Môi trường phi tuyến có cấu trúc tạo thành lớp có chiết suất biến thiên tuần hồn gọi mơi trường có cấu trúc tuần hồn phi tuyến 1.3 Một số hiệu ứng quang phi tuyến 1.3.1 Hiệu ứng lưỡng ổn định quang học Lưỡng ổn định quang học (Optical Bistability - OB) tượng mà xuất trạng thái quang học ổn định hệ quang 29 0.25 B 0.2 Cường độ Iout (a.u) 0.15 0.1 C 0.05 A D 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Iin (a.u) Hình 2.2 Đường cong lưỡng ổn định cấu trúc phản hồi phân bố CdSe cường độ vào Trong tuyến truyền dẫn quang chuyển đổi quang học, thay đổi độ cao đường cong lưỡng ổn định thường sử dụng để làm thay đổi tốc độ truyền chùm tín hiệu Cũng chuyển đổi này, thay đổi độ rộng lưỡng ổn định làm thay đổi độ đáp ứng thiết bị [1], [2], [5], [9-11] Chúng ta biết rằng, hiệu ứng lưỡng ổn định xuất thỏa mãn hai điều kiện là: có phản hồi tín hiệu quang học có mơi trường phi tuyến Các lớp cách tử cấu trúc phản hồi phân bố tạo điều kiện cho xuất phản hồi tín hiệu quang học Việc tạo môi trường phi tuyến thực việc thay đổi cường độ ánh sáng tới thay đổi vài tham số điều khiển Do thay đổi tính chất cách tử bề rộng, chiều dài hay thay đổi cường độ vào ảnh hưởng đến tính chất truyền qua cấu trúc, vấn đề khảo sát mục 30 2.2.2 Điều khiển hiệu ứng lưỡng ổn định quang cấu trúc phản hồi phân bố CdSe ứng dụng q trình xử lý tín hiệu quang 2.2.2.1 Các đường cong truyền qua Như phần trình bày, với tham số trung tâm chọn, hiệu ứng LOĐ quang học xuất cấu trúc phản hồi phân bố theo mơ hình đề xuất Sự phụ thuộc cường độ – vào xác lập theo tỷ lệ định Từ phương trình (2.7) dễ dàng nhận biểu thức cho hệ số truyền qua T = I out I in  4I  cos out   a  = Bằng phương pháp số ngôn ngữ  I out  + cos   a  lập trình MatLab chúng tơi biểu diễn đường cong truyền qua theo công thức Các giá trị số lấy từ kết thực nghiệm cho mẫu CdSe [9] Hình vẽ 2.3 biểu diễn đường cong truyền qua với giá trị khác số lớp cách tử Rõ ràng số lớp bé, hệ số truyền qua lớn cả, nhiên thay đổi hệ số truyền qua với cường độ vào khơng hồn tồn tuyến tính 2.2.2.2 Điều khiển lưỡng ổn định quang cường độ tới Hình vẽ 2.4 mơ tả q trình thay đổi đường cong mô tả hiệu ứng lưỡng ổn định cấu trúc thay đổi cường độ sóng tới Để khảo sát chọn giá trị cường độ sóng vào I in1 = 0.4MW/cm2 (đường liền nét) Iin2 = 0.48MW/cm2 (đường đứt nét) Rõ ràng từ hình vẽ nhận thấy hiệu ứng LOĐ quang bắt đầu xuất cường độ ánh sáng 31 tới lớn giá trị Iin2, chưa xuất giá trị I in1 Điều chứng tỏ điều khiển hoạt động LOĐ cấu trúc cường độ xạ vào cường độ vào Hệ số truyền qua Hình 2.3 Các đường đặc trưng truyền qua cấu trúc phản hồi phân bố Tần số (×10GHz) Tần số 32 Hình 2.4 Đường đặc trưng truyền qua cấu trúc: Đường ( Iin1 = 0.4MW/cm2, đường ( ) ứng với ) ứng với Iin2 = 0.48MW/cm2 Để khảo sát ảnh hưởng cường độ xạ tới lên hoạt động LOĐ cấu trúc, chọn hai giá trị cường độ vào I in là: Iin1 = 5MW/cm2, Iin2 = 10MW/cm2 Các kết khảo sát mơ tả hình 2.5 Từ hình vẽ nhận thấy cường độ xạ tới tăng lên, độ rộng, độ cao lưỡng ổn định giảm xuống, dạng chữ S đường cong lưỡng ổn định rõ nét Hình vẽ cho thấy khả điều khiển hoạt động lưỡng ổn định cường độ xạ tới đạt giá trị xác định tần số Chẳng hạn giá trị dịch chuyển quang mức thấp L lên mức cao H1 (tương ứng Iin2 = 10MW/cm2) xảy vị trí Iin =1 Các dịch chuyển đường cong khác mô tả tương tự Về mặt vật lý kết phản ánh ảnh hưởng hiệu ứng Kerr lên tính chất môi trường Khi cường độ sáng tới tăng lên, chiết suất môi trường phụ thuộc phi tuyến vào cường độ sáng làm thay đổi đặc trưng vào-ra đường cong lưỡng ổn định 33 Hình 2.5 Điều khiển hoạt động lưỡng ổn định cường độ tới 2.2.2.3 Điều khiển hoạt động lưỡng ổn định số lớp cách tử N Trong thiết bị lưỡng ổn định sử dụng mơi trường tuần hồn, số lớp cách tử N ảnh hưởng đến độ đáp ứng hay thời gian chuyển trạng thái giá trị ngưỡng đáp ứng vào-ra thiết bị [4,5] Các mô tả cơng trình cho thấy ngưỡng chuyển trạng thái thay đổi N thay đổi, có khả đáp ứng tốc độ chuyển nhanh hệ thống truyền dẫn quang Trong mục để khảo sát ảnh hưởng số lớp N lên đường cong lưỡng ổn định, cách giữ nguyên tham số khác, thay đổi số lớp N cách tử với giá trị khác N = 1070, N = 1250, nhận đường cong lưỡng ổn định khác Kết khảo sát mơ tả hình vẽ 2.6 Từ hình vẽ nhận thấy số lớp cách tử N thay đổi, độ cao độ rộng lưỡng ổn định quang học thay đổi Nghĩa với quang tử hoạt động lưỡng ổn định với số lớp cách tử thay đổi khả đóng/ngắt hay thời gian đáp ứng hồn tồn điều khiển 34 0.9 0.8 He so truyen qua 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 1250 1070 0.2 0.1 0 0.2 0.4 0.6 cường độ vào 0.8 1.2 1.4 1.6 Iin(x10MW/cm ) Hình 2.6 Điều khiển hoạt động lưỡng ổn định số lớp cách tử 2.2.2.4 Điều khiển hoạt động lưỡng ổn định tần số vào Như biết, đưa vào cấu trúc tuần hồn mơi trường Kerr phi tuyến làm thay đổi chiết suất địa phương vùng khác Sự thay đổi chiết suất tỷ lệ với cường độ trường quang học lan truyền cấu trúc theo dạng [1]: ∆n = n |E|2 (2.8) với n phần chiết suất phi tuyến môi trường định nghĩa bởi: n2 = ( 3) χ 2n (2.9) Trong môi trường chiết suất n, tần số xạ truyền qua phụ thuộc vào chiết suất môi trường dạng [1]: ω = 2πcn/λ0 Như thay đổi chiết suất làm thay đổi phổ truyền qua Trong mục để khảo sát ảnh hưởng chiết suất lên đặc trưng truyền qua, 35 giải số phương trình (2.7) cho cấu trúc phản hồi phân bố sử dụng chất bán dẫn CdSe với giá trị hệ số phi tuyến: χ(3) = 2×1012m2V-2 Trên hình 2.7 mô tả đặc trưng quan hệ vào – cường độ xạ truyền qua cấu trúc với giá trị khác tần số vào Chúng ta nhìn thấy đồ thị, đáp ứng có cấu trúc dạng chữ S tương ứng với giá trị khác ω, ngưỡng chuyển trạng thái khác Ở giá trị ω = 0.9550×2πc/λ0, (đường liền nét) cường độ sóng tới (I inc) tăng lên từ có giá trị nhỏ, cường độ truyền qua (I out) tăng lên chậm Cường độ Khi cường độ vượt giá trị chuyển ngưỡng (cỡ 110kW/m 2), cường độ 13 x 10 ω =đó 0.9550×2πc/λ Iout chuyển lên giá trị cao (từ đến 1'), sau I out lại tăng0 chậm giống giá trị đầu vào Iinc Mặt khác, giá trị Iinc giảm (tuy nhiên lớn giá trị ngưỡng), giá trị cường độ Iout0.9600×2πc/λ giảm Khi giảm Iinc giá ω= trị ngưỡng (2), Iout chuyển mức có lượng thấp (2') Ở giá trị ω = 0.9660×2πc/λ0, (đường đứt nét hình 2.7), trình 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 chuyển trạng thái xẩy giống trường hợp ω = 0.9660×2πc/λ0 Tuy Cường độ vào (×10MW/cm nhiên ngưỡng chuyển trạng thái thấp )và độ rộng đường cong lưỡng ổn định ngắn Như tương tự trường hợp ảnh hưởng cường độ xạ tới, 13 Cường độ (×0.1MW/cm2) x 10 điều khiển hoạt động lưỡng ổn định cấu trúc cách = 0.9450×2πc/λ điều biến tần số xạ Các hình vẽ 2.8 mơ tảω đường cong lưỡng ổn định với giá trị khác tần số vào ω = 0.9500×2πc/λ0 0.2 (2.8a) (2.8a) 0.4 0.6 0.8 1.2 Cường độ vào (×10MW/cm2) Iin (×10MW/cm2) 1.4 36 Cường độ (×0.1MW/cm2) Hình 2.7 Ảnh hưởng tần số vào lên quan hệ vào - cấu trúc 13 x 10 ω = 0.9350×2πc/λ0 Iin (×10MW/cm2) ω = 0.9450×2πc/λ0 Hình 2.8 Ảnh hưởng tần số lên hoạt động LOĐ cấu trúc 0.2 (2.8b) 0.4 0.6 0.8 1.2 Cường độ vào (×10MW/cm2) 2.2.2.5 Ảnh hưởng độ dày lớp cách tử 1.4 37 Trong cấu trúc mô phỏng, độ dày lớp phép thay đổi 1,5 10% so với phần tư giá trị bước sóng Theo kết công bố [4] độ lệch 1% khơng có khác biệt phát phản ứng thiết bị thực tiễn thiết bị lý thuyêt túy (mô phỏng) Cũng theo [4] ngồi việc trình bày ứng dụng tiềm cấu trúc đề xuất để xử lý tín hiệu, người ta cịn phân tích độ nhạy thiết bị đề xuất, dự đoán lỗi chế tạo Chúng mô phản hồi cấu trúc có phận thay đổi ngẫu nhiên lớp có độ dày Giữ tất thông số khác cố định, cho phép độ dày phân bố đồng phạm vi xác định trước Trong hình 2.9, chúng tơi cho thấy cường độ truyền qua chức cường độ tới, độ dày phép thay đổi 1%, 5%, 10% từ phần tư giá trị bước sóng Đối với độ lệch 1%, khơng phát khác biệt phản hồi thiết bị khơng hồn hảo thiết bị lý tưởng Ngay thiết bị với mức độ lớn khơng hồn hảo (biến động 5% 10%), cường độ truyền bão hoà với số giá trị giới hạn Vì vậy, việc thực định lượng thiết bị ảnh hưởng lỗi chế tạo, thiết bị trì chức quan trọng chất lượng 38 Hình 2.9a) Ảnh hưởng thay đổi độ dày lớp cách tử lên cường độ truyền qua Nguồn TLTK [4] Cuong truyen qua (a.u) 2.2 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 5% 10% 1% 0.4 0.2 10 15 20 25 Cuong vao (a.u) 30 35 40 Hình 2.9b Ảnh hưởng độ dày lớp lên cường độ truyền qua cấu trúc 2.3 Kết luận chương Trong chương trình này, xuất phát từ hệ phương trình tốc độ chúng tơi nghiên cứu truyền ánh sáng mơi trường có cấu trúc tuần hồn tuyến tính phi tuyến tính Các hiệu ứng tuyến tính phi tuyến xảy mơi trường đặc trưng truyền qua ý nghiên cứu Chúng ta nhận thấy đặc trưng cấu trúc thay đổi cách tính chất đường cong lưỡng ổn định độ rộng, độ cao lưỡng ổn định thay đổi Trong thiết bị quang tử, thay đổi độ cao đường cong lưỡng ổn định thường sử dụng để làm thay đổi tốc độ truyền chùm tín hiệu Với thay đổi độ rộng lưỡng ổn định làm thay đổi độ nhạy thiết bị Với nắn xung, thay đổi cường độ xung ra, điều biến tần số 39 xung sử dụng cấu trúc đề xuất chuyển đổi, khóa quang học ứng dụng hệ thống thơng tin quang 40 KẾT LUẬN CHUNG Nghiên cứu đặc trưng truyền qua cách thức điều khiển hiệu ứng lưỡng ổn định quang học nội dung luận văn Các kết tóm tắt sau: Đã tìm hiểu chất vật lý tượng lưỡng ổn định quang học mơi trường phi tuyến nói chung mơi trường có cấu trúc tuần hồn tuyến tính phi tuyến kiểu Kerr Đã tìm hiểu mơ hình cấu trúc phản hồi phân bố phi tuyến, từ chúng tơi dẫn hệ phương trình mơ tả q trình lan truyền phản hồi sóng cấu trúc, dẫn biểu thức mơ tả mối quan hệ cường độ với cường độ vào Chúng nghiên cứu ảnh hưởng cường độ xạ I in, số lớp N, tần số ω lên hoạt động lưỡng ổn định xem số lớp cách tử, cường độ, tần số xạ tới, tham số đầu vào tác động lên hiệu ứng lưỡng ổn định quang cấu trúc phi tuyến đề xuất Kết cho thấy thay đổi thông số đầu vào đặc trưng lưỡng ổn định (bề rộng, độ cao lưỡng ổn định) thay đổi Ở chuyển đổi quang học (thiết bị quang tử nói chung) tuyến truyền dẫn quang thay đổi độ cao đường cong lưỡng ổn định thường sử dụng để làm thay đổi tốc độ truyền chùm tín hiệu Cũng chuyển đổi này, thay đổi độ rộng lưỡng ổn định làm thay đổi độ đáp ứng hay độ nhạy thiết bị [2], [4] Với nắn xung, thay đổi độ rộng lưỡng ổn định làm thay đổi cường độ xung ra, điều biến tần số xung [9-11] Như với cách điều biến hoạt động lưỡng ổn định cấu trúc đề xuất sử dụng cấu trúc chuyển đổi, khóa quang học ứng dụng hệ thống thông tin quang 41 Đặc trưng lưỡng ổn định quang phụ thuộc vào tham số cấu trúc khác chiều dài L cấu trúc hay chu kỳ Λ cách tử Chúng hy vọng vấn đề khảo sát thời gian 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Quang Quý (2008), Quang học phi tuyến ứng dụng, NXB ĐHQG Hà Nội [2] Đào Khắc An (2005), Các thiết bị quang lượng tử ứng dụng thông tin quang, NXB ĐHQG HN [3] G.S Agarwal and S Dutta Gupta (1987), Effect of nonlinear boundary conditions on nonlinear phenomena in optical resonators, Opt Lett 12, pp 829 [4] Brzozowski and Sargent (2000), Optical signal processing using nonlinear DFB structures, IEEE J of Quant Elect., Vol 36, No 5, pp.550 [5] J.He and Cada (1991), Optical bistabitily in semiconductor periodic structure, IEEE J.Quantum Electron., vol.27, pp.1182 – 1188 [6] E Lidorikis, et.al (1997), Optical nonlinear response of a single nonlinear dielectric layer sandwiched between two linear dielectric structures, Phys Rev B56, pp 15090 [7] C Lixue, et.al (2002), Finite-difference time-domain analysis of optical bistability with low threshold in one-dimensional nonlinear photonic crystal with Kerr medium, Opt Comm 209, pp 491 [8] X Lu, Y Bai, S Li and T Chen (1998), Optical bistability and beam reshaping in nonlinear multilayered structures, Opt Commun 156, pp 219 [9] D Pelinovsky Stable all-optical limiting in nonlinear periodic structures: I Analysis J Opt Soc Am B, pp.43–53, 2002 [10] P Tran (1999), All-optical switching with a nonlinear chiral photonic bandgap structure, J Opt Soc Amer B, Vol 16, No 1, pp 70–73 [11] P W Smith (1981), Bistable optical device promise subpicosecond swithching, IEEE Spectrum, pp 26–33 43 PHỤ LỤC clear L =100; n_0k= 0.024955; %modulation of linear refractive index n_2k = 0.0061929; %modulation of nonlinear refractive index n_nl = 0.080958; %average nonlinear index N = 400; %number of mesh points for the grating K =400; %number of points for output intensity I_start =0; %the starting value for transmitted intensity (| A_{+}(0)|^2) I_fin =1; %output intensity (|A_{+}(L)|^2) dz = L/(N + 1); % the space step size z = : dz : L; % the vector for the grid points between z = and z = L dI = (I_fin-I_start)/K; %transmitted intensity step size I_out = (I_start + dI) : dI : I_fin; %the vector for transmitted intensities % boundary conditions at the right boundary (output intensity) u(N+2,:) = sqrt(I_out); w(N+2,:) = zeros(1,K); v(N+2,:) = zeros(1,K); y(N+2,:) = zeros(1,K); for n = (N+1):-1:1 uu = u(n+1,:); ww = w(n+1,:); vv = v(n+1,:); yy = y(n+1,:); % steady-state coupled mode equations: u(n,:) = uu + dz*( n_0k*yy + n_nl*(uu.^2+ww.^2+2*vv.^2+2*yy.^2).*ww + n_2k*((uu.^2+3*ww.^2+vv.^2+yy.^2).*yy+2*uu.*ww.*vv)); w(n,:) = ww - dz*( n_0k*vv + n_nl*(uu.^2+ww.^2+2*vv.^2+2*yy.^2).*uu + n_2k*((3*uu.^2+ww.^2+vv.^2+yy.^2).*vv+2*uu.*ww.*yy)); v(n,:) = vv - dz*( n_0k*ww + n_nl*(2*uu.^2+2*ww.^2+vv.^2+yy.^2).*yy + n_2k*((uu.^2+ww.^2+vv.^2+3*yy.^2).*ww+2*uu.*vv.*yy)); ... truyền cấu trúc 2.2 Nghiên cứu hiệu ứng lưỡng ổn định quang cấu trúc phản hồi phân bố với vật liệu CdSe ứng dụng xử lý tín hiệu quang 2.2.1 Hiệu ứng lưỡng ổn định cấu trúc phản hồi phân bố sử dụng. .. NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG LƯỠNG ỔN ĐỊNH QUANG HỌC TRONG CẤU TRÚC PHẢN HỒI PHÂN BỐ PHI TUYẾN ỨNG DỤNG TRONG THÔNG TIN QUANG 2.1 Cơ sở lý thuyết .19 2.2 Nghiên cứu hiệu ứng lưỡng ổn. .. thiết bị quang học sử dụng môi trường phi tuyến kiểu Kerr 24 CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG LƯỠNG ỔN ĐỊNH QUANG HỌC TRONG CẤU TRÚC PHẢN HỒI PHÂN BỐ PHI TUYẾN ỨNG DỤNG TRONG THÔNG TIN QUANG Như