Bài giảng quang sợi phi tuyến p4

28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 94 • Phân cực phi tuyến: – Từ đáp ứng phi tuyến điện tử liên kết trường quang đặt vào – Các trình tham số liên quan đến tương tác sóng quang – Xét sóng quang: • Trường điện có dạng: • Vector phân cực phi tuyến thu được: Trong đó: Pj (j = đến 4) gồm số lượng lớn số hạng liên quan đến tích trường điện 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 95 • Phân cực phi tuyến: – Thành phần phân cực: (+) Trong đó: • Bốn số hạng đầu: ảnh hưởng hiệu ứng SPM XPM • Các số hạng lại: sinh từ hiệu ứng FWM • Mức độ hiệu sinh ghép cặp tham số phụ thuộc vào độ lệch pha sóng E4 P4 xác định +, - đại lượng tương tự • FWM xảy mạnh độ lệch pha gần triệt tiêu  Yêu cầu phối hợp pha FWM xảy photon từ nhiều sóng bị hủy photon sinh tần số khác đảm bảo bảo toàn lương xung lượng trình tương tác 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 96 • Các loại FWM: – Có kiểu số hạng FWM (+): • Số hạng chứa + tương ứng trường hợp photon truyền lượng tới photon tần số – Tạo hài bậc ba – Chuyển đổi tần số • Số hạng chứa - tương ứng trường hợp Điều kiện phối hợp pha: 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân Distinct optical waves Energy conservation Momentum conservation 97 • Hệ phương trình ghép cặp: – Xuất phát từ phương trình sóng: Sử dụng tách biến cho thành phần trường quang biến đổi chậm: • Thành phần biên độ Aj(z) xác định hệ phương trình: (+.1) (+.2) (+.3) (+.4) 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 98 • Hệ phương trình ghép cặp: Độ lệch vector sóng k xác định bởi: • Tích phân xếp chồng xác định: 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 99 • Nghiệm gần đúng: – Giả sử: • Sóng bơm có cường độ mạnh nhiều không bị nghèo trình tương tác • Tất tích phân xếp chồng gần giống nhau: • Hệ số phi tuyến: • Giải ptr (+.1) (+.2) thu nghiệm có dạng: Trong đó: P1, P2 mức công suất bơm vào z = 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 100 • Nghiệm gần đúng: – Thay nghiệm cho sóng bơm vào ptr (+.3) (+.4) thu được: Trong đó: • Đặt thu được: Trong độ lệch pha thực xác định: 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 101 • Nghiệm gần đúng: – Nghiệm tổng quát sóng tín hiệu idler: Trong đó: a3, b3, a4, b4 xác định từ điều kiện biên • Hệ số khuyếch đại tham số xác định: Trong đó: 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 102 • Ảnh hưởng phối hợp pha: – Chọn  độ lệch pha thu được: – Hệ số khuyếch đại cực đại: xảy Dải khuyếch đại xác định bởi: Độ dài kết hợp: 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 103 • Cơ chế vật lý: – Điều kiện phối hợp pha: Trong đó: kM, kW kNL độ lệch gây tán sắc vật liệu, tán sắc dẫn sóng hiệu ứng phi tuyến tương ứng Các đóng góp kM, kW xác định theo chiết suất hiệu dụng nj thay đổi chiết suất vật liệu nj dẫn sóng – Trường hợp suy biến: Đóng góp kM, xác định theo độ dịch tần 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 104 • Phối hợp pha sợi đa mode: – Phối hợp pha đóng góp kW âm bù xác cho đóng góp dương kM + kNL – Độ lớn kW phụ thuộc vào lựa chọn mode sợi mà sóng tham gia trình FWM lan truyền Sợi có d=5m =0,006 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 105 • Phối hợp pha sợi đơn mode: – Đóng góp kW nhỏ so với kM ngoại trừ gần D – Có khả phối hợp pha xấp xỉ: • Giảm kM, kNL việc sử dụng dịch tần nhỏ mức công suất bơm thấp • Hoạt động gần bước sóng tán sắc không để kW gần triệt tiêu kM + kNL • Hoạt động chế độ GVD dị thường để kM âm triệt tiêu kW + kNL – FWM phối hợp pha gần đúng: • FWM xảy mạnh phối hợp pha không hoàn hảo để  = • Mức lệch vector sóng chấp nhận phụ thuộc vào chiều dài sợi so với Lcoh • Khi đóng góp kM,  28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 106 • Phối hợp pha sợi đơn mode: – FWM phối hợp pha gần đúng: 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 107 • Phối hợp pha sợi đơn mode: – Phối hợp pha gần bước sóng tán sắc không: • Đóng góp kM vào độ lệch vector sóng trở nên nhỏ gần D thay đổi giá trị từ dương sang âm quanh 1,28 m • Trong phạm vi bước sóng bơm giới hạn, kM triệt tiêu kW + kNL Sợi có d=7m =0,006 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 108 • Phối hợp pha sợi đơn mode: – Phối hợp pha SPM: • Khi bước sóng bơm nằm vùng GVD dị thường lệch xa khỏi D, kM lớn nhiều so với kW  khó thực phối hợp pha • Vì kW + kM âm  bù đóng góp phi tuyến kNL • Trong trường hợp gần đúng: • Phối hợp pha xảy khi: Trong P0 công suất bơm đầu vào • Một sóng bơm lan truyền vùng GVD dị thường sinh sideband hiệu ứng FWM phối hợp pha trình phi tuyến SPM 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 109 • Phối hợp pha sợi lưỡng chiết: – Trong trường hợp 1 < D: kM dương  cần kM âm • Các sóng bơm phân cực theo trục chậm, • Các sóng khác phân cực theo trục nhanh Phối hợp pha thực dịch tần: Một số trình phối hợp pha sợi lượng chiết: 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 110 • Ảnh hưởng: – FWM dẫn tới xuyên nhiễu kênh hệ thống thông tin quang WDM – Nó sinh nhiễu bổ sung suy giảm hiệu hệ thống • Một số ứng dụng: – Khuyếch đại quang chuyển đổi bước sóng – Liên hợp pha quang bù méo tín hiệu – Chuyển mạch quang siêu tốc xử lý tín hiệu – Kỹ thuật tách kênh OTDM – Tạo cặp photon tương quan với – 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 111 [...]... bước sóng bơm giới hạn, kM có thể triệt tiêu kW + kNL Sợi có d=7m và =0,006 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 108 • Phối hợp pha trong sợi đơn mode: – Phối hợp pha vì SPM: • Khi bước sóng bơm nằm trong vùng GVD dị thường và lệch xa khỏi D, kM lớn hơn nhiều so với kW  khó thực hiện phối hợp pha • Vì kW + kM là âm  có thể bù bằng đóng góp phi tuyến kNL • Trong trường hợp gần đúng: • Phối hợp pha... hiệu ứng FWM được phối hợp pha bởi quá trình phi tuyến của SPM 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 109 • Phối hợp pha trong sợi lưỡng chiết: – Trong trường hợp 1 < D: kM là dương  cần kM âm • Các sóng bơm được phân cực theo trục chậm, • Các sóng khác được phân cực theo trục nhanh Phối hợp pha có thể thực hiện tại dịch tần: Một số quá trình phối hợp pha trong sợi lượng chiết: 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân... 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 110 • Ảnh hưởng: – FWM dẫn tới xuyên nhiễu giữa các kênh trong hệ thống thông tin quang WDM – Nó có thể sinh ra nhiễu bổ sung và suy giảm hiệu năng hệ thống • Một số ứng dụng: – Khuyếch đại quang và chuyển đổi bước sóng – Liên hợp pha quang và bù méo tín hiệu – Chuyển mạch quang siêu tốc và xử lý tín hiệu – Kỹ thuật tách kênh OTDM – Tạo các cặp photon tương quan với nhau – 28/11/2015... gây ra do tán sắc vật liệu, tán sắc dẫn sóng và hiệu ứng phi tuyến tương ứng Các đóng góp kM, kW có thể được xác định theo chiết suất hiệu dụng trong đó nj là sự thay đổi chiết suất vật liệu nj do sự dẫn sóng – Trường hợp suy biến: Đóng góp kM, có thể được xác định theo độ dịch tần 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 104 • Phối hợp pha trong sợi đa mode: – Phối hợp pha khi đóng góp kW là âm và bù chính... đa mode: – Phối hợp pha khi đóng góp kW là âm và bù chính xác cho đóng góp dương kM + kNL – Độ lớn kW phụ thuộc vào sự lựa chọn mode sợi mà 4 sóng tham gia quá trình FWM lan truyền Sợi có d=5m và =0,006 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 105 • Phối hợp pha trong sợi đơn mode: – Đóng góp kW nhỏ so với kM ngoại trừ tại gần D – Có 3 khả năng phối hợp pha xấp xỉ: • Giảm kM, và kNL bằng việc sử dụng... phối hợp pha không hoàn hảo để  = 0 • Mức lệch vector sóng chấp nhận được phụ thuộc vào chiều dài sợi so với Lcoh • Khi đóng góp kM, là chính  28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 106 • Phối hợp pha trong sợi đơn mode: – FWM được phối hợp pha gần đúng: 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 107 • Phối hợp pha trong sợi đơn mode: – Phối hợp pha gần bước sóng tán sắc không: • Đóng góp kM vào độ lệch vector sóng trở ... cực phi tuyến: – Từ đáp ứng phi tuyến điện tử liên kết trường quang đặt vào – Các trình tham số liên quan đến tương tác sóng quang – Xét sóng quang: • Trường điện có dạng: • Vector phân cực phi. .. dạng: • Vector phân cực phi tuyến thu được: Trong đó: Pj (j = đến 4) gồm số lượng lớn số hạng liên quan đến tích trường điện 28/11/2015 Nguyễn Đức Nhân 95 • Phân cực phi tuyến: – Thành phần phân... Phối hợp pha sợi đa mode: – Phối hợp pha đóng góp kW âm bù xác cho đóng góp dương kM + kNL – Độ lớn kW phụ thuộc vào lựa chọn mode sợi mà sóng tham gia trình FWM lan truyền Sợi có d=5m