Bài giảng quang sợi phi tuyến p5

5/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 112 • Phổ khuyếch đại Raman: – SRS xảy từ tương tác trường quang với môi trường  sinh lượng dao động (phonon) photon tần số thấp hfin = hfout + hfphonon hfin hfout hfin hfout Trạng thái dao động hfphonon (a) Stokes 5/12/2015 Nguyễn Đức Nhân Trạng thái nền Trạng thái dao động hfphonon Trạng thái nền (a) Anti-Stokes 113 • Phổ khuyếch đại Raman: – Trong điều kiện CW, phát triển sóng Stokes mô tả bởi: Trong đó: Is cường độ Stokes, Ip cường độ bơm, gR hệ số khuyếch đại Raman liên hệ với phần ảo độ cảm phi tuyến bậc ba ap diện tích mặt cắt chùm bơm sợi 5/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 114 • Ngưỡng Raman: – Xét tương tác phi tuyến sóng bơm Stokes: Trong đó: s p hệ số suy hao sợi tần số Stokes bơm tương ứng – Khi suy hao: – Trường hợp gần đúng: bỏ qua nghèo nguồn bơm Nghiệm thu được: Trong đó: I0 cường độ bơm vào z = 0, L chiều dài sợi 5/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 115 • Ngưỡng Raman: – Tính công suất Stokes: – Sử dụng  Trong đó: – Ngưỡng Raman định nghĩa công suất bơm đầu vào công suất Stokes với công suất bơm đầu sợi: Đối với điều kiện ngưỡng thu Giả sử phổ khuyếch đại Raman có dạng Lorentz, ngưỡng Raman đạt khi: 5/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 116 • Hệ phương trình ghép cặp: – Xét trường quang có dạng: Trong đó: – Thu hệ phương trình ghép cặp: 5/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 117 • Hệ phương trình ghép cặp: – Các đóng góp Raman: – Trường hợp biến đổi chậm: Trong đó: biến đổi Fourier dấu – chọn cho j = s – Đặt hệ số khuyếch đại: 5/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 118 • Hệ phương trình ghép cặp: – Hệ phương trình ghép cặp: – Độ lệch vận tốc nhóm giới hạn trình SRS khoảng thời gian mà xung bơm Raman xếp chồng  Độ dài walk-off 5/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 119 • Phổ khuyếch đại Brillouin: – SBS tương tác trường bơm Stokes thông qua sóng âm (phonon âm) – Trường bơm gây sóng âm thông qua trình điện giảo (electrostriction)  điều biến chiết suất môi trường (cách tử)  tán xạ ánh sáng – Một photon bơm bị hủy sinh đồng thời photon Stokes phonon âm – Bảo toàn lượng xung lượng yêu cầu: Trong đó: kp ks vector sóng sóng bơm Stokes tương ứng – Sóng âm thỏa mãn hệ thức tán sắc: Trong đó:  góc trường bơm Stokes 5/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 120 • Phổ khuyếch đại Brillouin: – Trong sợi đơn mode  = , dịch Brillouin xác định: – Sự tiến triển sóng Stokes đặc trưng phổ khuyếch đại Brillouin gB() – Sóng âm giả sử suy giảm theo khuyếch đại Brillouin có dạng phổ Lorentz: Trong đó: hệ số khuyếch đại đỉnh xảy  = B xác định: p12 hệ số quang đàn hồi dọc 0 mật độ vật liệu Độ rộng phổ FWHM liên hệ với B: 6/12/2015 Nguyễn Đức Nhân Thời gian sống phonon: 121 • Phổ khuyếch đại Brillouin: – – – – Phổ khuyếch đại Brillouin hoàn toàn hẹp (~50 MHz) Sự dịch Brillouin phụ thuộc vào pha tạp GeO2 lõi sợi Có nhiều đỉnh kích hoạt mode âm khác Mỗi mode âm lan truyền vận tốc A khác dẫn đến dịch tần Brillouin khác (a) Sợi lõi thủy tinh, (b) sợi vỏ dẹt, (c) sợi dịch tán sắc 5/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 122 • Hệ phương trình ghép cặp: – Trong điều kiện trạng thái tĩnh: – Khi suy hao sợi quang: Ip – Is trì không đổi dọc theo sợi quang – Trong sợi thực tế, góc phân cực tương đối sóng bơm Stokes biến đổi ngẫu nhiên  gB bị giảm hệ số cỡ 1,5 6/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 123 • Ngưỡng Brillouin: – Bỏ qua nghèo sóng bơm: – Nghiệm phương trình Stokes: Trong đó: – Ngưỡng Brillouin thu được: – Khuyếch đại Brillouin gB  x 10-11 m/W gần không phụ thuộc bước sóng bơm 6/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 124 • Ảnh hưởng: – SRS dẫn tới xuyên nhiễu kênh hệ thống thông tin quang WDM – Tuy nhiên xuyên nhiễu giảm số kỹ thuật điều khiển • Một số ứng dụng: – Khuyếch đại quang – Nguồn laser công suất cao – Cảm biến sợi quang 6/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 125 [...]... sợi Có nhiều đỉnh vì sự kích hoạt các mode âm khác nhau Mỗi mode âm lan truyền tại vận tốc A khác nhau và như vậy dẫn đến sự dịch tần Brillouin khác nhau (a) Sợi lõi thủy tinh, (b) sợi vỏ dẹt, (c) sợi dịch tán sắc 5/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 122 • Hệ phương trình ghép cặp: – Trong điều kiện trạng thái tĩnh: – Khi không có suy hao sợi quang: Ip – Is duy trì không đổi dọc theo sợi quang – Trong sợi. .. sóng bơm 6/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 124 • Ảnh hưởng: – SRS dẫn tới xuyên nhiễu giữa các kênh trong hệ thống thông tin quang WDM – Tuy nhiên xuyên nhiễu có thể giảm bằng một số kỹ thuật điều khiển • Một số ứng dụng: – Khuyếch đại quang – Nguồn laser công suất cao – Cảm biến sợi quang 6/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 125 ... ảo độ cảm phi tuyến bậc ba ap diện tích mặt cắt chùm bơm sợi 5/12/2015 Nguyễn Đức Nhân 114 • Ngưỡng Raman: – Xét tương tác phi tuyến sóng bơm Stokes: Trong đó: s p hệ số suy hao sợi tần số... trình ghép cặp: – Trong điều kiện trạng thái tĩnh: – Khi suy hao sợi quang: Ip – Is trì không đổi dọc theo sợi quang – Trong sợi thực tế, góc phân cực tương đối sóng bơm Stokes biến đổi ngẫu... pha tạp GeO2 lõi sợi Có nhiều đỉnh kích hoạt mode âm khác Mỗi mode âm lan truyền vận tốc A khác dẫn đến dịch tần Brillouin khác (a) Sợi lõi thủy tinh, (b) sợi vỏ dẹt, (c) sợi dịch tán sắc