Bài tiểu luận: Bộ bù tán sắc kích thước nano

Nhằm giúp các bạn chuyên ngành Vật lý có thêm tài liệu tham khảo trong quá trình học tập và nghiên cứu nội dung bài tiểu luận Bộ bù tán sắc kích thước nano dưới đây. Nội dung tài liệu giới thiệu đến các bạn những nội dung về tán sắc, bộ bù tán sắc kích thước nano. Hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn.

Bộ bù tán sắc kích thước nano Contents Tán sắc  1.1 Khái niệm Tán sắc là hiện tượng dãn xung ánh sáng theo thời gian khi truyền tìn hiệu, gây nên   méo tín hiệu. Đây là vấn đề  quan trọng với tuyến tốc độ  cao, đường truyền dẫn   dài Vũ Cơng Lực – Nguyễn Trung Qn, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 1 Bộ bù tán sắc kích thước nano 1.2  Phân loại tán sắc:  1.3 Tán sắc mode 1.3.1 Một số đặc điểm Trong sợi đa mode, tốc độ lan truyền ánh sang của các mode khác nhau. Sự chênh lệch   thời gian đến điểm thu giữa các tia sang gây trễ nhóm mode lan truyền→dãn xung ánh  sáng Vũ Cơng Lực – Nguyễn Trung Qn, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 2 Bộ bù tán sắc kích thước nano Tán sắc mode: Độ  giãn xung tín hiệu quang sau khi truyền trong sợi quang dài L(km) đo bằng   hiệu thời gian truyền giữa mode  bậc cao nhất và mode bậc thấp nhất 1.3.2 Biện pháp giảm tán sắc mode:  Sử dụng sợi đơn mode  Sử dụng sợi có chiết suất biến đổi Vũ Cơng Lực – Nguyễn Trung Qn, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 3 Bộ bù tán sắc kích thước nano 1.4 Tán sắc đơn sắc – Chromatic 1.4.1 Tán sắc dẫn sóng Tán sắc dẫn sóng do sợi  đơn mode chỉ giữ được khoảng 80% năng lượng trong lõi,  còn 20% ánh sáng truyền trong vỏ nhanh hơn năng lượng trong lõi Hệ số tán sắc: 1.4.2 Tán sắc vật liệu Là phép những biến đổi của chiết xuất khúc xạ  nhóm Ng   những bước sóng  khác nhau. Tán sắc vật liệu được tính từ tích phân của ng theo bước sóng: Vũ Cơng Lực – Nguyễn Trung Qn, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 4 Bộ bù tán sắc kích thước nano Biện pháp giảm tán sắc chromatic Chúng ta có thể sử dụng các loại sợi giảm tán sắc 1.4.3  Các loại sợi quang giảm tán sắc: Sợi đơn mode – SMF hay sợi khơng có tán sắc dịch chuyển (dispersion­unshifted) theo   tiêu chuẩn ITU­ G.652. Sợi này có hệ số tán sắc nhỏ tại cửa sổ 1310nm, nhưng lại có  hệ số tán sắc lớn tại vùng 1550nm Sợi tán sắc dịch chuyển   dispersion­shifted fiber (DSF) theo tiêu chuẩn ITU­ G.653  được thiết kế có hệ số tán sắc bằng 0 tại bước sóng 1550. Tuy nhiên, sợi này cũng có   Vũ Cơng Lực – Nguyễn Trung Qn, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 5 Bộ bù tán sắc kích thước nano một số hạn chế,  tán sắc phân cực cao hơn sợi SMF và được dung trong hệ thống đơn  kênh quang Sợi tán sắc dịch chuyển khơng bằng khơng (NZ­DSF) theo chuẩn ITU­655, được phát  triển dựa trên sợi DSF. Sợi có tán sắc nhỏ tại cửa sổ 1550nm. Thích hợp với hệ thống   có dung lượng lớn và cự ly xa do giảm được hiệu ứng phi tuyến.   Chiều dài sợi quang: Trong đó: L là chiều dài sợi quang. (km) CD: là hệ số tán sắc chromatic ( ps/(nm*km)) B : Là tốc độ bit ( Gbps) Ví dụ: Ta trun tải dữ liệu với tốc độ 10Gbps tại kênh truyền 1550nm. Khi đó ta có. L SMF =  61km và LNZDSF = 346km Vũ Cơng Lực – Nguyễn Trung Qn, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 6 Bộ bù tán sắc kích thước nano Bộ bù tán sắc kích thước nano 2.1  Photonic crystal fiber (PCF) 2.1.1 Photonic crystal  Là một cấu trúc nano, được xem như là một loại bán dẫn.  Chất   bán   dẫn   không   cho   electron   nằm     vùng   ban   gap   (dải   cấm)   ,   tương   tự,   photonic crystal khơng cho photon nằm trong vùng ban gap Phân loại photonic crystal: Màu khác nhau mơ tả hằng số điện mơi cấu tạo khác nhau 2.1.2 Cấu trúc của PCF:  Gồm vật liệu bán dẫn và  mảng các lỗ khí chaỵ song song theo chiều dài của sợi.  Vũ Cơng Lực – Nguyễn Trung Qn, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 7 Bộ bù tán sắc kích thước nano Nếu ta thiết kế  các lỗ  một cách chính xác, sẽ  được một cấu trúc mà chỉ  cho một   khoảng tần số truyền qua Ánh sáng khi chiếu vào photonic crystal nó sẽ  bị  phản xạ  hoặc khúc xạ  tại bề  mặt   phân cách giữa các lỗ PCF được chia làm 2 loại: Sợi có độ nhảy bậc chiết suất lớn: Modified Total Internal Reflection (M­TIR) Sợi có độ nhảy bậc chiết suất  nhỏ: Photonic Band Gap (PBG) Sợi M­TIR : Sợi PBG: Có cấu trúc cơ khác sợi M­TIR Hiệu ứng dải cấm có thể được tìm thấy trong tự nhiên, chẳng hạn như trên cánh của   con bướm.  Do có ánh sáng chiếu vào bị phản xạ ngược trở lại mà ta thấy được màu  sáng trên cấu trúc sợi PBG Trong sợi PGB, chu kỳ lỗ đóng vai trò như lõi sợi và những cái khuyết bên ngồi đóng   vai trò như lớp vỏ. Ánh sáng khơng thể truyền trong lớp vỏ  do có vùng dải cấm Vũ Cơng Lực – Nguyễn Trung Qn, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 8 Bộ bù tán sắc kích thước nano 2.1.3 Ống dẫn sóng hai chiều photonic Crystal Sự tạo ra một cấu trúc uốn cong cỡ vài milimet bằng sợi thơng thường M­TIR và PBG   là rất khó khăn, do truyền nhiều modes khác nhau Ống dẫn sóng Photonic Crystal sử  dụng ngun lý khác. Chúng ta tạo ra một đường  các lỗ  khuyết trong crystal và tạo ra một vùng dải cấm, vùng này chỉ  cho 1 mode đi  qua.  Đường này được chế tạo cong theo mục đích truyền 2.2.  Các phương pháp bù tán sắc kích thước nano 2.2.1. Bù tán sắc sử dụng cặp lỗ khuyết  trong photonic crystal ( Nguồn : A Dispersion Compensator Using Coupled Defects in a Photonic Crystal   by Kazuhiko Hosomi and Toshio Katsuyama) Trong phương pháp này ta sử dụng đặc điểm của ánh sáng truyền trong ống dẫn sóng  có cặp lỗ khuyết trong photonic crystal Cấu trúc của   Cấu trúc của các lỗ khuyết trong photonic crystal 2D Vũ Cơng Lực – Nguyễn Trung Qn, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 9 Bộ bù tán sắc kích thước nano Bao gồm một mảng các lỗ cách nhau a, chiết suất 3.5 và bán kính lỗ là r Làm khuyết các lỗ trong mảng với khoảng cách giữa 2 lỗ khuyết là R  Vùng Bangap của ống dẫn sóng tạo ra Từ hình vẽ ta thấy, vùng  dải cấm nằm trong khoảng 0.06