Ảnh hưởng của chirp tần số đối với sự truyền của xung cực ngắn trong hệ thống tin soliton đề tài NCKH QT 09 16

ĐẠI HỌC Q UÓ C GIA HÀ N Ộ I TR Ư Ờ N G ĐẠI HỌC K H O A HỌC T ự N H IÊN • • • * Đ ề tài: ẢNH H Ư Ở N G CỦ A CH IRP TẦN SỐ Đ Ớ I V Ớ I s ự TRƯ YÊN CỦA X U NG cực NG ẮN TRO NG HỆ TH Ố N G TIN SO LITO N MÃ SỚ: QT - 09 - 16 Chủ trì đề tài: PGS.TS TRỊNH Đ ÌN H C H IÉ N Hà Nội: 2010 ĐẠI HỌC QƯÓC GIA HÀ NỘI T R Ư Ờ N G ĐẠI H Ọ• C K H O A HỌC T ự• NH IÊN • • ĐỀ tài: ẢNH H Ư Ở N G C Ủ A CH IR P TẦN s ộ ĐỚ I VỚ I s ự T R U Y ỀN CỦA X U NG NG ẮN TRO NG HÊ• TH Ố N G TIN SO LITO N • cưc MÃ SỐ: Q T - - 16 đề Chủ trí tài: Cán tham gia: PG S.TS TRỊNH Đ ÌN H C H IÉN T h s G IANG M Ạ N H K HÔI T h s ĐỘ THỊ DIẸU HƯYÈN T h s BÙI XU ÂN K IÊN T h s PH Ạ M Đ Ò NG BẰN G T h s M AI THỊ HUỆ T h s TR Ư Ơ N G TH Ị TH U Ý Hà Nội: 2010 MỤC LỤC Báo cáo tóm tắt trang Brief report I Mở đầu II Quá trình tạo chirp bù trừ chừp III Khảo sát đặc trưng xung sáng lan truyền sợi quang trường hợp xung vào dạng Gauss có chirp IV Khảo sát đặc trưng xung sáng lan tru} ền sợi quang học 4.1 Xung Super Gauss 4.2 Ảnh hưởng chirp thông tin quang V Kết luận 22 Tài liệu tham khảo 23 Phiếu Đăng ký 25 Kết Quả nghiên cứu khoa học - công nghệ Tóm tắt kết nghiên cứu 25 BÁO CÁO TÓM TÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CHIRP TẦN SỐ ĐÓI VỚI s ự TRUYÈN CỦA XUNG c ự c NGẮN TRONG HỆ THÓNG TIN SOLITON MÃ SÓ: QT - 09 - 16 Chủ trí đề tài: Cán tham gia: PGS.TS TRỊNH ĐÌNH CHIẾN Th.s GIANG MẠNH KHƠI Th.s ĐỎ THỊ DIỆU HUYỀN Th.s BÙI XUÂN KIÊN Th.s PHẠM ĐÒNG BẰNG Th.s MAI THỊ HUỆ Th.s TRƯƠNG THỊ THUÝ Mục tiêu nội dung nghiên cứu: + Sự truyền cùa xung cực ngắn sợi quang + Ảnh hưởng thông so chirp nén mở rộng xung truyền sợi quang + Giới hạn tốc độbit thông tin quang + Ảnh hường cùa thông số chirp dạng xung truyền Các kết đạt được: - Đã thu thập, khảo sát tài liệu lý thuyết thực nghiệm ảnh hường chirp tần số thông tin quang + Nghiên cứu ảnh hưởng chiip tân SC với vang sáng có bươc sóng khác buồng cộng hướng Laser - Nghiên cứu ảnh hưởng cùa chirp nén xung mở rộng xung cực ngắn thông tin quang - Nghiên cứu ảnh hưởng thông so chirp đối VỚỊ dạng xung truyền + Các cơng trình cơng bố: - Hai đăng "Advances in optics, photonics, Spectroscopy and Application ('Proceeding'? 5U National Conference On Optics ana Spectroscopy; M'ha Trang, September 10 - 14 - 2008" - Ảnh hưởng cùa chirp tan so với xung sáng có bước sóng khác buồng cộng hưởng cùa Laser màu đông mode Mai Thị Huệ, Trịnh Đình Chiến, Giang Mạnh Khơi - "Tương tác Soliton ảnh hưởng chirp phi tuyến hệ thống thông tin quang" Giang Mạnh Khôi, Trịnh Đình Chiến, Đỗ Thị Diệu Huyền Một đăng tạp chí khoa học tốn lý, VNU: No 15 (2008) "Consideration for the efficiency - of Erbium - glass Laser with active medium is ytterbium - erbium CO - doped phosphate glass" Khôi Giang Mạnh, Chiến Trịnh Dinh Bài gửi đăng tạp chí khoa học Tốn lý, Đại học Vinh tạp chí vật lý Communications in physics "Condition for stabilization of Light pulses in the passively Mode Locked Lasers" Trần Mạnh Hùng, Trịnh Đình chiến, Đinh Xuân Khoa "Ảnh hưởng chirp tần số xung sáng dạng Super Gauss thông tin quang sợi" Bùi Xuân Kiên, Trương Thị Thuý, Trịnh Eiình Chiến + Kết đào tạo: - khoá luận tốt nghiệp sinh viên bậc cử nhân - luận văn Thạc sĩ bảo vệ (12/2009); - nghiên cứu sinh Tình hình sử dụng kinh phí: + Tổng kinh phí cấp : 25.000.000đ + Văn phịng phẩm+ Thơng tin liên lạc : 5.200.000đ + Th khốn chi phí nghiệp vụ chuyên : 14.000.000đ + Sửa chữ nhỏ thường xuyên chi phí khác : 4.8000.000đ + Tiền điện nước xây dựng sở vật chất Xác nhận : l.OOO.OOOđ Chủ trì đề tài Ban chủ nghiệm khoa vật ỉý PGS.TS Trịnh Đình Chiến Trường Đại học Khoa học tự nhiên ị BRIEF REPO RT SUBJECT : INFLUENCE OF FREQUENCY CHIRP ON THE PROPAGATION OF ULTRASHORT OPTICAL - PULSES IN THE SOLITON COMMUNIC ATION SYSTEMS CODE QT - 09 - 16 Coordinator : PGS TS TRỊNH ĐÌNH CHIÊN Participants : TH.S GIANG MẠNH KHƠI TH.S Đ ỗ THỊ DIỆU HUYỂN TH.S BÙI XUÂN KIÊN TH.S PHẠM ĐỔNG BẰNG TH.S MAI THỊ HUỆ TH.S TRƯƠNG THI THUÝ Ojective and matter of the study : Propagation of chirp ultrashort optical pulses in single mode optical fibre - Influence of chirp parameter on the compression and broadening of the optical pulses in the optical fibre - Limitations on the bit rate in the optical communication systems - Influence of chirp parameter on the input pulse shape Main results - Collecting the experimental and theoretical material on influence of frequency chirp in optical communication systems - Consideration for influence of frequency chirp on the differential w avelengths in the resonator - Consideration for influence of chirp - parmenter on the compression and broadening of the ultrashort optical pulses in the frequency optical fibre - Consideration for influence of chirp parameter on the - pulses - shape * Result in education - B.Sc.Students - Master - thesis + Supperting M r.sc.student - Supperting Ph.D.Students * Publication: Proceedings 5th National Coference on Optics and Spectroscopy Nha Trang, September 10 - 14, 2008 "Advances in Optics, Photonics, Spectroscopy and Applification - Ánh hưởng của tần số với xung sáng có bước sóng khác buồng cộng hưởng Laser máu đồng mode" Mai Thị Huệ, Trịnh Đình Chiến, Giang Mạnh Khơi - Tương tác Soliton ảnh hưởng cùa chirp phi tuyến hệ thốngthơng tin quang Giang Mạnh Khơi, Trịnh Đình Chiến, Đỗ Thị Diệu Huyền đăng VNU Journal of Science Mathematics - Physics: Volume 24, No IS, (2008) 205 -208 "Consideration for the efficiency of Erbium - glass laser with active medium is ytterbium - erbium CO - dope phosphate glass" Khôi Giang Mạnh, Chiến Trinh Dinh gửi đăng tạp chí khoa học Tốn lý, Đại học Vinh tạpchí vật lý Communications in physics "Condition for stabilization of Light pulses in the passively Mode Locked Lasers" Trần Mạnh Hùng, Trịnh Đình chiến Đinh Xuân Khoa "Ảnh hưởng chirp tần số xung sáng dạng Super Gauss thông tin quang sợi Bùi Xuân Kiên, Trương Thị Thuý, Trịnh Đình Chiến I MỞ ĐẦU: Từ phát minh Laser vào năm 1960 người ta ý tới khả mang thông tin lớn tia Laser Độ rộng dải hệ cáp đồng trục lại bị giới hạn hao phí tăng nhanh tần số lớn Hệ thống cáp đồng trục tiên tiến đưa vào sử dụng năm 1975 hoạt động tốc dộ 274 Mb/s, khoảng cách khuyếch đại lại nhỏ (cỡ lkm) nên làm cho hệ thống có giá thành cao Hệ thống viba nói chung cho phép khoảng cách lặp lớn tốc độ bít bị giới hạn tần số sóng mang Hiện tạo tia Laser với dải tần số để biến điệu Av~ 1012 Hz Như nghĩa có 109 kênh thoại hay 105 kênh truyền hình đồng thời tia Laser Như dung lượng thông tin tia Laser to lớn Tuy nhiên cịn nhiều khó khăn thơng tin bang Laser khí hấp thụ, tán xạ ánh sáng, đặc biệt trời có mưa hay sương mù Người ta phải sử dụng Laser bước sóng Laser thích hợp truyền tin mơi trường khí hay nước biển, Dùng Laser để thông tin liên lạc vũ trụ (giữa hành tinh) đặc biệt thích hợp đảm bảo xa, tiêu tốn lượng độ tin cậy cao Một hướng khác thông tin Laser phát nhanh chóng kể từ năm 1970 có nhiều thành tựu lớn lao thông tin quang sợi Năm 1966 K c Kao đồng nghiệp đề nghị dùng sợi quang học để dẫn ánh sáng tương tự cách dùng day đồng để dẫn điện tử Đâu năm 1970 chế tạo đirợc nhữĩig sọi ạnar.g cỏ ’nao phí thấp (< 20dB/km) vùng sóng gần 1|im Cũng thời gian này, Laser bán dẫn GaAs hoạt động liên tục nhiệt độ phòng thực [] Do vậy, với sẵn có đồng thời nguồn sáng Laser ưu việt sợi quang hao phí thấp dẫn tới cố gắng rộng rãi giới để phát triển hệ thống thông tin quang sợi Từ thập niên 1990 đến nay, thông tin quang kết hợp với phát triển mạng Internet phổ cập may tính cá nhân Hiện nay, sợi quang học có ảnh hirờr-g rấi sâu rộng với kỷ nguyên Internet mà điển hình sừ dụng đường truyền cáp quang băng thông rộng mà người ta truyền file vă hay hình ảng, tiếng nói, liệ u xem truyền hình kỹ thuật sổ độ nét cao nơi giới chì khoảng khắc gần tức thời Trong thập niên 1980 1990 người ta tạo Laser xung có thời gian xung rât ngăn cỡ pico giây (10'l2s) femto giây (10'15s) việu sử dụng kỹ thuật khoá mode (mode locking) kết hợp với phương pháp nén xung buồng cộng hường Laser Trong thập niên kỳ 21, thông tin quang đạt nhiều thành công rực rỡ, đưa tới bùng nổ thơng tin khắp tồn cầu Dung lượng truyền thơng tin khơng ngừng tăng lên nhanh chóng đạt tới tích B.L~ 1013 + 1015 (b/s X km) Đê tăng dung lượng đường tuyên, người ta phải sử dụng xung laser cực ngắn (ps,fs) Để hiểu rõ thêm trình biến đổi xung sáng đường truyền việc khảo sái ảnh hưởng cùa chirp tần số có ý nghĩa quan trọng II Quá trình tạo chirp bù trừ chirp Trong trường hợp độ rộng xung sáng nhỏ tần số trung tâm xung khái niệm bao hình xung tần số mang, cường độ điện trường biểu diễn: E (t) = - Ẽ ( t ) e ' “L' +CC ■ E(t)= A(t]e'°^ bao hình dạng phức A(t), O(t) biên độ pha tức thời xung sáng ũ)(t) = C0L+ Sũ)(t) với S(ữ{t) - —^ dt (ÚL: tần số tức thời đỉnh cực đại hay gọi tần số trung tâm Nếu xung bị biến điệu pha: ®(t)* const hay pha xung bị biến điệu theo thời * , do(t) gian xung bi biên điêu tân sơ hay xung có chirp —— * const dt < Q XUIĨg bi biên điêu tần số giảm hay downchirp Nếu d í2 Nếu > xang bị biến điêu iần số tăng hay upchirc d í2 Q trình bu trừ chirp Xung bị mở rộng tần số ảnh hưởng kết hợp khuếch đại với mát, tán sắc tốc độ nhóm dương giãn xung hiệu ứng tự biến điệu pha xung tương tác cùa xung ngắn dẫn đến xung bị upchirp nên cần thiết phải có bù trừ mở rộng thời gian Đe nén xung cần cho xung qua hệ quang học cung cấp cho tán săc vận tôc nhóm âm có biên độ nghĩa thành phân phô “xanh” truyên nhanh thành phần phổ “đỏ” Hoặc cho qua cặp cách tử đặt buồng cộng hường tạo tán sắc vận tốc nhóm âm làm ngắn xung dùng nén xung hai tầng: tầng cho SPM, tầng cho GVD để bù trừ độ lệch pha phổ Nếu sử dụng SPM phổ xung rộng không làm thay đổi thời gian phổ GVD thay đổi xung ban đầu bù trừ xung nên dùng kết họp sợi quang cặp cách tử để nén xung buồng cộng hường III Khảo sát đặc trưng xung sáng lan truyền sợi quang trường họp xung vào iìạng Gauss có chirp Xung sáng dạng Gauss lan truyền sợi quang với biên độ xung vào có dạng sau: ~ /4(0,0 = Ạ) exP f* / 1+ iC t VT0 / ( 1) Ở Ao biên độ đỉnh xung Tham số To nửa độ rộng điểm có cường độ 1/e cường độ đình xung, tham số c thể chirp tần số tuyến tính xung Biến đổi Fourier từ biểu thức (1): J(0,ứ)) = Ac *roJ ' exp 1+ /C ) = A0 2nTỈ ** ì +iC exp - p '\ù ) ìz ° Ũ)2T} 2(1 + iC) (3) Biến đổi Fourier ngược hàm A(z,co) ta thu nghiệm cùa phương trình (9) sau: AữTữ (1+ /C)/2 , -— -*77 exP - y\f ĩ _ z n I