Thông tin tài liệu
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ……………………………… Tạ Quang Hậu ẢNH HƢỞNG CỦA CHIRP TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN SOLITON LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ……………………………… Tạ Quang Hậu ẢNH HƢỞNG CỦA CHIRP TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN SOLITON Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60 44 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRỊNH ĐÌNH CHIẾN ĐHKHTN-ĐHQG HÀ NỘI Hà Nội - 2012 MỤC LỤC CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THÔNG TIN QUANG 1.1 Sự phát triển thông tin quang: 1.1.1 Ưu, nhược điểm ứng dụng thông tin quang: 1.1.2 Ứng dụng 1.2 Sợi quang 1.2.1 Truyền dẫn ánh sáng sợi quang 1.2.2 Một số yếu tố sợi quang ảnh hưởng đến hệ thống thông tin quang 1.3 Một số hệ thông tin quang 24 1.3.1 Hệ thống ghép kênh theo bước sóng (WDM) 24 1.3.2 Hệ thống ghép kênh theo tần số OFDM 26 1.3.3 Ghép kênh quang theo thời gian OTDM 27 1.3.4 Hệ truyền dẫn Soliton 27 CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SOLITON 28 2.1 Ảnh hưởng môt số hiệu ứng phi tuyến 28 2.1.1 Tán xạ ánh cưỡng SRS SBS 28 2.1.2 Tự biến điệu pha SPM (self-phase modulation) biến điệu chéo pha XPM (cross-phase modulation) 30 2.1.3 Hiệu ứng trộn sóng (FWM: four-wave mixing) 33 2.2 Hệ thống truyền dẫn Soliton 34 2.2.1 Khái niệm soliton 34 2.2.2 Mơ hình hệ thống chung 35 2.2.3 Truyền thông tin với soliton 35 2.2.4 Mở rộng xung soliton hao phí 36 2.2.5 Khuếch đại soliton 38 2.3 Những xung sáng dạng Gauss với tần số thay đổi theo thời gian 40 2.4 Xung Super Gauss 42 CHƢƠNG 3: ẢNH HƢỞNG CỦA CHIRP TẦN SỐ LÊN TÍNH CHẤT SOLITON CỦA XUNG QUANG HỌC 44 3.1 Tương tác soliton 44 3.1.1 Phương trình Shrodinger phi tuyến 44 3.1.2 Tương tác hai Soliton 45 3.2 Chirp tần số 46 3.3 Khảo sát tương tác hai Soliton 48 3.3.1 Khảo sát tương tác hai Soliton biên độ, pha ban đầu theo khoảng phân cách hai soliton 48 3.3.2 Khảo sát tương tác hai Soliton pha ban đầu khác biên độ 53 3.2.3 Khảo sát tương tác hai Soliton biên độ khác pha ban đầu 56 3.4 Ảnh hưởng chirp tần số lên tính chất soliton xung truyền sợi quang 59 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.3 Ảnh hưởng thơng số đến tính chất sợi quang Hình1 Phổ xạ LED LD Hình 1.5 Sự thay đổi chiết suất Hình 1.6: Tán sắc dẫn song Hinh 1.7 Đường cong thông số dẫn sóng theo tần số chuyển hóa Hình1 Đường cong tán sắc Dw, DM D theo bước sóng Hình1 Sơ đồ tuyến thơng tin có ghép kênh theo bước sóng Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống ghép kênh quang OFDM Hình 2.1 Mở rộng soliton sợi hao phí (Γ = 0,07) với soliton Hình 2.2 Sơ đồ khuếch đại tập trung (lump) (a) ghép phân bố Hình 3.1 Tương tác hai Soliton có khoảng phân cách ban đầu Hình 3.2 Tương tác hai Soliton có khoảng phân cách ban đầu Hình 3.3 Tương tác hai Soliton có khoảng phân cách ban đầu Hình 3.4 Tương tác hai Soliton có khoảng phân cách ban đầu Hình 3.5.Tương tác hai Soliton có khoảng phân cách ban đầu Hình 3.6 Tương tác hai Soliton có khoảng phân cách ban đầu Hình 3.7 Tương tác hai Soliton có khoảng phân cách ban đầu Hình 3.8 Tương tác hai Soliton có biên độ tương đối A=1.025 Hình 3.9 Tương tác hai Soliton có biên độ tương đối A=1.1 Hình 3.10 Tương tác hai Soliton có biên độ tương đối A=1.175 Hình 3.11 Tương tác hai Soliton có biên độ tương đối A=1.2 Hình 3.12.Tương tác hai Soliton có độ lệch pha Hình 3.13 Tương tác hai Soliton có độ lệch pha Hình 3.14 Tương tác hai Soliton có độ lệch pha Hình 3.15 Tương tác hai Soliton có độ lệch pha Hình 3.16 Hình ảnh xung super gauss khơng chirp qua sợi quang với m=1 Hình 3.17 Hình ảnh xung super gauss không chirp qua sợi quang với m=2 Hình 3.18 Hình ảnh xung super gauss không chirp qua sợi quang với m=4 60 Hình 3.19 Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với m=2 61 Hình 3.20 Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với m=4 62 Hình3.21 Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với C=1 63 Hình3.22 Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với C=3 63 Hình 3.23 Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với C=10 .64 Hình3.24 Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với C=50 64 Hình 3.25 Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với m=2 65 Hình 3.26 Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với m=4 66 Hình 3.27 Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=0.025 67 Hình 3.28 Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=0.05 67 Hình 3.29 Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=0.1 .68 Hình 3.30 Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=0.2 .68 Hình 3.31 Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=0.5 .69 Hình 3.32 Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=1 69 Hình 3.33 Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=5 70 Hình 3.34 Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=10 70 Hình 3.35 Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=50 71 LỜI NÓI ĐẦU Từ năm 90 trở lại đây, xã hội loài người tiến vào thời kì bùng nổ thơng tin có ba kiện ảnh hương lớn phát triển chóng mặt mạng internet phổ cập máy tính cá nhân, cách mạng thôn tin từ dịch vụ thông tin di động số đến thông tin cá nhân xuất dịch vụ thông tin đa phương tiện Sự bùng nổ thơng tin kích thích phát triển vũ bão dịch vụ thông tin tồn cầu hệ thống thơng tin ln nghiên cứu để truyền thơng tin tốt Trong thơng tin người ta địi hỏi tín hiêu truyền có suy hao thấp, khả truyền thơng tin xa, hệ thống thơng tin xảy tán sắc ánh sáng, tán sắc ánh sáng làm suy hao lượng truyền chí cịn mở rộng xung truyền dẫn đến méo dạng tín hiệu truyền Để góp pần giải vấn đề giảm ảnh hưởng tán sắc, người ta sử dụng phương pháp bù trừ tán sắc, đặc biệt phương pháp vào xung dạng Gauss có chirp, thực tế người ta phát triển hệ thống thông tin Soliton hệ thống thơng tin tán sắc Tuy nhiên trình truyền Soliton gần ảnh hưởng đến luận văn em nghiên cứu ảnh hưởng chirp tần số lên hệ thông tin Soliton Khi xung sáng truyền môi trường phi tuyến bị tác động tượng tán sắc vận tốc nhóm (GVD) tự biến điệu pha (SPM) làm mở rộng dải phổ đồng thời cịn làm xung bị méo dạng tín hiệu lan truyền Để hiểu rõ trình biến đổi xung sáng đường truyền việc khảo sát ảnh hưởng tán sắc, hiệu ứng phi tuyến đặc biệt ảnh hưởng chirp tần số xung quan Vì luận văn tập trung nghiên cứu “Ảnh hưởng chirp tần số hệ thống thông tin soliton” Trên sở luận văn chia làm ba phần: Chương 1: Giới thiệu chung thông tin quang, phần trình bày phát triển chung hệ thông tin quang, loại sợi quang, số hệ thơng tin quang Chương 2: Tìm hiểu hệ thống truyền dẫn Soliton Trong phần trình bày ảnh hưởng số hiệu ứng phi tuyến bản, tìm hiểu hệ thống truyền dẫn Soliton, xem xét dạng xung gauss, xung super gauss Chương 3: Ảnh hưởng chirp tần số lên tính chất Soliton xung quang học phần khảo sát tương tác Soliton, khảo sát ảnh hưởng chirp tần số lên tính chất Soliton xung quang học CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THƠNG TIN QUANG Thơng tin quang hệ thống truyền tin thông qua sợi quang Điều có nghĩa thơng tin chuyển thành ánh sáng sau ánh sáng truyền qua sợi quang Tại nơi nhận lại biến đổi thành thông tin ban đầu 1.1 Sự phát triển thông tin quang: Khởi đầu thông tin quang khả nhận biết người chuyển động hình dáng màu sắc thơng qua đơi mắt Tiếp hệ thống thơng tin, điều chế đơn giản xuất cách sử dụng đèn hải đăng đèn tín hiệu Kế tiếp đời máy điện báo quang Thiết bị sử dụng khí mơi trường truyền dẫn chịu ảnh hưởng điều kiện thời tiết để giải vấn đề người ta chế tạo máy điện báo vô tuyến dùng để liên lạc hai người cách xa 1960 nhà nghiên cứu chế tạo thành công laze đến năm 1966 chế tạo sợi quang có độ tổn thất thấp ( 1000dB/Km) Bốn năm sau Karpon chế tạo cáp sợi quang suốt có độ suy hao truyền dẫn khoảng 20dB/Km Từ thành công rực rỡ nhà nghiên cứu khắp giới bắt đầu tiến hành nghiên cứu, phát triển kết công nghệ giảm suy hao truyền dẫn, tăng dải thông laze bán dẫn phát triển thành cơng vào năm 70 Sau giảm độ tổn hao xuống 0,18 db/Km laze bán dẫn có khả thực giao động liên tục nhiệt độ khai thác chế tạo, tuổi thọ kéo dài 100 năm Dựa công nghệ sợi quang laze bán dẫn gửi khối lượng lớn tín hiệu âm liệu đến địa cách xa hàng trăm Km sợi quang có độ dày sợi tóc, khơng cần tái tạo Sự đời laser sợi quang góp phần to lớn vào phát triển hệ thống thông tin đại, tiêu biểu hệ thống thông tin quang Các thành phần hệ thống thông tin quang bao gồm ba phận sau (như hình 1.1) Thiết bị phát tín hiệu Hình 1.1 Các thành phần hệ thống thông tin quang Bộ biến đổi điện – quang ( E/O): Dùng để biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang để truyền môi trường cáp quang ( biến đổi xung điện thành xung quang) Yêu cầu thiết bị E/O biến đổi trung thực (ánh sáng bị điều biến theo qui luật tín hiệu điện) Cáp quang: Là mơi trường dùng để truyền dẫn tín hiệu ánh sáng, chế tạo chất điện mơi có khả truyền ánh sáng nh sợi thạch anh, sợi thuỷ tinh, sợi nhựa Yêu cầu: Tổn hao lượng nhỏ, độ rộng băng tần lớn, không bị ảnh hưởng nguồn sáng lạ ( không bị nhiễu) Bộ biến đổi quang - điện ( O/E): Thu tín hiệu quang bị suy hao méo dạng đường truyền bị tán xạ, tán sắc, suy hao cự ly để biến đổi thành tín hiệu điện trở thành nguồn tin ban đầu Yêu cầu: Độ nhậy máy thu cao, thời gian đáp ứng nhanh, nhiễu nhỏ tiêu thụ lượng điện Các trạm lặp: Được sử dụng khoảng cách truyền dẫn lớn Trạm lặp biến đổi tín hiệu quang thu thành tín hiệu điện để khuyếch đại Tín hiệu khuyếch đại biến đổi thành tín hiệu quang để tiếp tục truyền tuyến cáp sợi quang 1.1.1 Ưu, nhược điểm ứng dụng thông tin quang: Thông tin quang nhiều loại thông tin khác có ưu nhược điểm riêng: Phụ lục Chương trình mơ tả ảnh hưởng khoảng phân cách ban đầu clc;close all qo=0.001; r=2.5; n1=1+2*r/sinh(2*r)+sech(r); n2=1+2*r/sinh(2*r)-sech(r); t=linspace(-10,10,100); x=linspace(0,10,30); [t,x]=meshgrid(t,x); a1=n1*(t+qo);a2=n2*(t-qo); w=x.*(n2^2-n1^2)/2; Q=(n2^2-n1^2)./(n1^2+n2^2-2*n1*n2*(tanh(a1).*tanh(a2)sech(a1).*sech(a2).*cos(w))); q=Q.*(n1*sech(n1*(t+qo)).*exp(i*n1^2*x/2)+n2*sech(n2*(tqo)).*exp(i*n2^2*x/2)); b=abs(q).^2; figure(1) waterfall(t,x,b);colormap(gray); grid off xlabel('thoi gian'); ylabel('khoang cach'); zlabel('cuong do'); Chương trình mô tả ảnh hưởng độ lệch pha clc;close all; to=1.5; teta=0; teta1=pi; teta2=teta1-teta; t=linspace(-10,10,100); x=linspace(0,30,30); [t,x]=meshgrid(t,x); n1=(1+2*to*cos(teta)/sinh(2*to)+cos(teta/2)*sech(to)); n2=(1+2*to*cos(teta)/sinh(2*to)-cos(teta/2)*sech(to)); e1=2*sin(teta)*(1-to*coth(2*to))/sinh(2*to)+sin(teta/2)/sinh(to)*(12*to/sinh(2*to)); e2=2*sin(teta)*(1-to*coth(2*to))/sinh(2*to)-sin(teta/2)/sinh(to)*(12*to/sinh(2*to)); n=n1+n2; deln=n2-n1 80 dele=e2-e1 a1=n1*(t+x.*e1); a2=n2*(t+x.*e2); r2=cos(teta1)+i*sin(teta1)*tanh(a1); r1=cos(teta2)+i*sin(teta2)*tanh(a2); phi1=(n1.^2-e1.^2).*x/2-t*e1+teta2; phi2=(n2.^2-e2^2).*x/2-t*e2+teta1; w=phi2-phi1+teta; Q=(n.^2+dele.^2).*sqrt(n.^2+dele.^2-4*n1.*n2)./(n1^2+n2^2+dele.^22*n1*n2*(tanh(a1).*tanh(a2)-sech(a1).*sech(a2).*cos(w))); q=Q.*(r1.*n1.*sech(a1).*exp(i*phi1)+r2.*n2.*sech(a2).*exp(i.*phi2)); b=abs(q).^2; waterfall(t,x,b);colormap(gray); grid off xlabel('thoi gian'); ylabel('khoang cach'); zlabel('cuong do'); Chương trình mơ tả ảnh hưởng biên độ clc;close all to=2.7; A=1.175; n1=(A+1)/2+2*to*sqrt(A)/sinh(2*to*sqrt(A))+(sqrt(A)-1)*sech(to*A)+(A1)/2+sech(A*to); n2=(A+1)/2+2*to*sqrt(A)/sinh(2*to*sqrt(A))+(sqrt(A)-1)*sech(to*A)-(A1)/2+sech(A*to); t=linspace(-10,10,100); x=linspace(0,30,40); [t,x]=meshgrid(t,x); t01=to-(1-2*sech(A*to)/A).*((1+A)/(2*A)).*log((1+A)/(A-1)) a1=n1*(t+t01);a2=n2*(t-t01); w=x.*(n2^2-n1^2)/2; Q=(n2^2-n1^2)./(n1^2+n2^2-2*n1*n2*(tanh(a1).*tanh(a2)sech(a1).*sech(a2).*cos(w))); q=Q.*(n1*sech(n1*(t+t01)).*exp(i*n1^2*x/2)+n2*sech(n2*(tt01)).*exp(i*n2^2*x/2)); b=abs(q).^2; figure(1) waterfall(t,x,b);colormap(gray); grid off xlabel('thoi gian'); ylabel('khoang cach'); zlabel('cuong do'); 81 Chương trình mơ tả dạng xung super gauss có chirp phi tuyến truyền sợi quang clc;clear all;close all; T=linspace(-100,100,1000); T0=10;c=50;m=3; b=0; U=(real((1./((1-i.*(1+i.*c.*T.^2).*b).^(1./2))).*exp((-(1+i.*c.*T.^2)./(2.*(1i.*(1+i.*c.*T.^2).*b))).*((T./T0).^(2.*m))))).^2; bi=b*ones(size(T)); plot3(bi,T,U,'b','Linewidth',1.5);hold on; b=0.25; U=(real((1./((1-i.*(1+i.*c.*T.^2).*b).^(1./2))).*exp((-(1+i.*c.*T.^2)./(2.*(1i.*(1+i.*c.*T.^2).*b))).*((T./T0).^(2.*m))))).^2; bi=b*ones(size(T)); plot3(bi,T,U,'c','Linewidth',1.5);hold on; b=0.5; U=(real((1./((1-i.*(1+i.*c.*T.^2).*b).^(1./2))).*exp((-(1+i.*c.*T.^2)./(2.*(1i.*(1+i.*c.*T.^2).*b))).*((T./T0).^(2.*m))))).^2; bi=b*ones(size(T)); plot3(bi,T,U,'r','Linewidth',1.5);hold on; b=0.75; U=(real((1./((1-i.*(1+i.*c.*T.^2).*b).^(1./2))).*exp((-(1+i.*c.*T.^2)./(2.*(1i.*(1+i.*c.*T.^2).*b))).*((T./T0).^(2.*m))))).^2; bi=b*ones(size(T)); plot3(bi,T,U,'g','Linewidth',1.5);hold on; b=1; U=(real((1./((1-i.*(1+i.*c.*T.^2).*b).^(1./2))).*exp((-(1+i.*c.*T.^2)./(2.*(1i.*(1+i.*c.*T.^2).*b))).*((T./T0).^(2.*m))))).^2; bi=b*ones(size(T)); plot3(bi,T,U,'b','Linewidth',1.5);hold on; b=1.25; U=(real((1./((1-i.*(1+i.*c.*T.^2).*b).^(1./2))).*exp((-(1+i.*c.*T.^2)./(2.*(1i.*(1+i.*c.*T.^2).*b))).*((T./T0).^(2.*m))))).^2; bi=b*ones(size(T)); plot3(bi,T,U,'c','Linewidth',1.5);hold on; b=1.5; U=(real((1./((1-i.*(1+i.*c.*T.^2).*b).^(1./2))).*exp((-(1+i.*c.*T.^2)./(2.*(1i.*(1+i.*c.*T.^2).*b))).*((T./T0).^(2.*m))))).^2; bi=b*ones(size(T)); plot3(bi,T,U,'r','Linewidth',1.5);hold on; b=1.75; 82 U=(real((1./((1-i.*(1+i.*c.*T.^2).*b).^(1./2))).*exp((-(1+i.*c.*T.^2)./(2.*(1i.*(1+i.*c.*T.^2).*b))).*((T./T0).^(2.*m))))).^2; bi=b*ones(size(T)); plot3(bi,T,U,'g','Linewidth',1.5);hold on; b=2; U=(real((1./((1-i.*(1+i.*c.*T.^2).*b).^(1./2))).*exp((-(1+i.*c.*T.^2)./(2.*(1i.*(1+i.*c.*T.^2).*b))).*((T./T0).^(2.*m))))).^2; bi=b*ones(size(T)); plot3(bi,T,U,'b','Linewidth',1.5);hold on; b=2.25; U=(real((1./((1-i.*(1+i.*c.*T.^2).*b).^(1./2))).*exp((-(1+i.*c.*T.^2)./(2.*(1i.*(1+i.*c.*T.^2).*b))).*((T./T0).^(2.*m))))).^2; bi=b*ones(size(T)); plot3(bi,T,U,'c','Linewidth',1.5);hold on; b=2.5; U=(real((1./((1-i.*(1+i.*c.*T.^2).*b).^(1./2))).*exp((-(1+i.*c.*T.^2)./(2.*(1i.*(1+i.*c.*T.^2).*b))).*((T./T0).^(2.*m))))).^2; bi=b*ones(size(T)); plot3(bi,T,U,'r','Linewidth',1.5);hold on; b=2.75; U=(real((1./((1-i.*(1+i.*c.*T.^2).*b).^(1./2))).*exp((-(1+i.*c.*T.^2)./(2.*(1i.*(1+i.*c.*T.^2).*b))).*((T./T0).^(2.*m))))).^2; bi=b*ones(size(T)); plot3(bi,T,U,'g','Linewidth',1.5);hold on; b=3; U=(real((1./((1-i.*(1+i.*c.*T.^2).*b).^(1./2))).*exp((-(1+i.*c.*T.^2)./(2.*(1i.*(1+i.*c.*T.^2).*b))).*((T./T0).^(2.*m))))).^2; bi=b*ones(size(T)); plot3(bi,T,U,'b','Linewidth',1.5);hold on; xlabel('z/LD');ylabel('t(fs)');zlabel('(U(z,T))^2');axis([0 -100 100 1]); [x,y,z]=ginput(1);text(x,y,z,'c=50,m=3'); title('xung super gauss co chirp phi tuyen truyen soi quang'); 83 ... khảo sát ảnh hưởng tán sắc, hiệu ứng phi tuyến đặc biệt ảnh hưởng chirp tần số xung quan Vì luận văn tập trung nghiên cứu ? ?Ảnh hưởng chirp tần số hệ thống thông tin soliton? ?? Trên sở luận văn chia... có chirp, thực tế người ta phát triển hệ thống thông tin Soliton hệ thống thơng tin tán sắc Tuy nhiên trình truyền Soliton gần ảnh hưởng đến luận văn em nghiên cứu ảnh hưởng chirp tần số lên hệ. .. KHOA HỌC TỰ NHIÊN ……………………………… Tạ Quang Hậu ẢNH HƢỞNG CỦA CHIRP TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN SOLITON Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60 44 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
Ngày đăng: 19/11/2020, 20:34
Xem thêm:
