Xây dựng hệ thí nghiệm khảo sát một số tính chất vật lí của sợi quang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH LÊ VĂN PHONG XÂY DỰNG HỆ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA SỢI QUANG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Vinh, 2018 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH LÊ VĂN PHONG XÂY DỰNG HỆ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA SỢI QUANG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Chuyên ngành Quang học Mã số 8.44.01.10 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Mai Văn Lƣu Vinh, 2018 ii LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc hoàn thành dƣới hƣớng dẫn, giúp đỡ PGS.TS Mai Văn Lƣu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến quý thầy đặt toán hƣớng dẫn tơi hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn TS Lê Cảnh Trung giúp thực thành cơng thí nghiệm Phịng thí nghiệm Quang, trƣờng Đại học Vinh Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô giáo ngành Vật lý - Viện Sƣ phạm Tự nhiên, phòng Đào tạo Sau Đại học trƣờng Đại học Vinh giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu tham khảo đóng góp nhiều ý kiến quý báu trình làm luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn ngƣời thân gia đình, bạn bè Ban giám hiệu trƣờng THPT Ba Đình, Nga Sơn, Thanh Hóa động viên, giúp đỡ tơi q trình học tập thực luận văn tốt nghiệp Mặc dù có nhiều cố gắng, song luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, tác giả kính mong nhận đƣợc dẫn nhà khoa học bạn đồng nghiệp Nghệ An, tháng năm 2018 Tác giả luận văn Lê Văn Phong iii MỤC LỤC Trang Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỢI QUANG 1.1 Lịch sử phát triển sợi quang 1.2 Một số ứng dụng sợi quang 1.3 Truyền sóng ánh sáng sợi quang .6 1.3.1 Mô tả quang hình học trình lan truyền ánh sáng sợi quang 1.3.2 Lý thuyết truyền sóng 10 1.4 Suy hao sợi quang 15 1.4.1 Hệ số suy hao sợi quang 15 1.4.2 Nguyên nhân gây suy hao 16 1.5 Kết luận chƣơng 22 CHƢƠNG XÂY DỰNG HỆ THÍ NGHIỆMKHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA SỢI QUANG 23 2.1 Khảo sát độ số sợi quang 23 2.1.1 Lắp ráp hệ thí nghiệm 23 2.1.2 Khảo sát độ số sợi quang đơn mode 25 2.2 Khảo sát suy hao uốn cong 29 2.2.1 Lắp ráp hệ thí nghiệm 29 2.2.2 Khảo sát suy hao uốn cong xung lan truyền sợi quang đơn mode 32 2.3 Kết luận chƣơng 2……………………………………………………………… 35 KẾT LUẬN CHUNG…………………………………………………………………36 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình vẽ TT Trang Hình 1.1 Cấu trúc sợi quang Hình 1.2 Mơ tả quang hình chế lan truyền ánh sáng sợi SI Hình 1.3 Mơ tả hình học lan truyền tia xiên sợi quang Hình 1.4 Quỹ đạo tia sáng sợi GI 10 Hình 1.5 Phổ suy hao sợi quang phụ thuộc bƣớc sóng số chế suy hao [5] Hình 1.6 Phổ suy hao đặc tính tán sắc sợi quang [5] Hình 1.8 Mô tả suy hao uốn cong theo lý thuyết tia Tại chỗ uốn cong tia thay đổi góc [7] 17 18 20 Hình 1.9 Phác họa trƣờng mode đoạn sợi bị uốn cong [5] 20 Hình 2.1 Sơ đồ ngun lý thí nghiệm đo độ số 23 10 Hình 2.2 Hệ thí nghiệm khảo sát độ số sợi quang 23 11 Hình 2.3 Nguồn laser đơn mode model S1FC635PM hãng Thorlab 24 12 Hình 2.4.Vật kính 24 13 Hình 2.5 Sợi quang đơn mode 25 14 Hình 2.6 Hình ảnh ánh sáng lan truyền sợi quang thƣờng 25 15 Hình 2.7 Hình ảnh ánh sáng lan truyền sợi quang PCF 25 16 17 18 19 Hình 2.8 Sự phụ thuộc độ rộng chùm tia vào khoảng cách nguồn chắn sợi quang thơng thƣờng Hình 2.9 Sự phụ thuộc độ rộng chùm tia vào khoảng cách nguồn chắn sợi quang PCF Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm khảo sát suy hao sợi quang Hình 2.11 Hệ thí nghiệm khảo sát mát xung lan truyền sợi quang đơn mode v 26 28 29 29 20 ình 2.12 Nguồn phát xung laser 1064nm 30 21 Hình 2.13 Kính lọc trung hịa KNDC-100C-4M hãng Thorlab 30 22 Hình 2.14.Vật kính 30 23 Hình 2.15 CCD camera 31 24 Hình 2.16 Phổ kế Avantes spectromecter 31 25 Hình 2.17 Phần mềm Avasolt 8.5.1.0 kết nối với phổ kế 32 26 Hình 2.18 Bộ điều chỉnh tịnh tiến XYZ 32 27 Hình 2.19 Xung ánh sáng sau lan truyền qua sợi quang thẳng 33 28 Hình 2.20 Xung ánh sáng truyền qua sợi quang bị uốn cong 33 29 Hình 2.21 Xung ánh sáng truyền qua sợi quang bị uốn cong bán kính nhƣng với số vịng khác vi 34 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Từ đầu năm 1980, hệ thống thông tin quang đƣợc phổ biến rộng rãi bƣớc sóng làm việc 1300 nm 1500 nm cho thấy phát triển mạnh mẽ thông tin quang thời gian vừa qua Ngày nay, sợi cáp quang tạo triển vọng cho công nghệ truyền thông tốc độ cao, thay cáp sợi kim loại nhƣ việc đại hóa mạng thơng tin, đáp ứng nhu cầu truyền tải kết nối thông tin thời đại xã hội công nghệ số Sợi quang thành phần hệ thống thơng tin quang sợi, chịu trách nhiệm dẫn ánh sáng mang thông tin dựa tƣợng phản xạ nội toàn phần Trong tính chất vật lí sợi quang, suy hao tính chất quan trọng ảnh hƣởng đến thiết kế hệ thống thơng tin quang xác định khoảng cách truyền dẫn tối đa phát quang thu quang khuếch đại quang đƣờng truyền Trong q trình truyền dẫn, tín hiệu bị suy hao sợi quang.Có nhiều nguyên nhân gây suy hao tín hiệu, ngun nhân nhƣ suy hao hấp thụ, suy hao tán xạ suy hao bị uốn cong Trở lại lịch sử sợi quang, tƣợng phản xạ toàn phần đƣợc biết đến từ 1854 nhƣng sợi quang đƣợc ý đến từ năm 1950.Tuy nhiên sợi quang thời kỳ có độ suy hao lớn (~ 1000 dB/km).Từ 1970 có đột phá kỹ thuật chế tạo sợi quang suy hao thấp (< 20 dB/km), sợi quang bắt đầu đƣợc quan tâm sử dụng cho mục đích thơng tin mở kỷ nguyên thông tin quang sợi nhƣ ngày Bên cạnh tính chất suy hao truyền tải thơng tin, độ số tính chất liên quan đến góc vào sợi quang lớn tia sáng Khẩu độ số đặc trƣng cho khả tiếp nhận ánh sáng sợi quang ảnh hƣởng đến hiệu suất ghép cặp công suất quang sợi Hiện nay, sợi tinh thể quang tử (Photonic Cristal Fiber: PCF) đối tƣợng đƣợc quan tâm nghiên cứu phát triển ƣu điểm có nhiều ứng dụng vào việc thiết kế chuyển tần số, cảm biến nhƣ ứng dụng hệ thống thông tin quang.Trƣờng Đại học Vinh trƣờng Đại học trọng điểm quốc gia sở đào tạo, NCKH nƣớc bƣớc đầu đầu tƣ nhân lực sở vật chất cho việc nghiên cứu sợi tinh thể quang tử.Đánh dấu cho quan tâm, đầu tƣ đời PTN sợi tinh thể quang tử (8/2017) Với tất lí trên,việc khảo sát lý thuyết thực nghiệm tính chất vật lí sợi quang tinh thể vấn đề cần thiết Vì vậy, chúng tơi chọn đề tài nghiên cứu XÂY DỰNG HỆ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ ĐẶC TRƢNG TRONG SỢI QUANG làm đề tài luận văn tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn là: - Nghiên cứu lý thuyết tổng quan sợi quang - Xây dựng hệ thí nghiệm khảo sátmột số tính chất vật lí sợi quang Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng: Tƣơng tác trƣờng laser với sợi tinh thể quang tử Phạm vi:Khảo sát suy hao xác định độ số sợi quang Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết sợi tinh thể quang tử nói chung, độ số tƣợng suy hao sợi quang nói riêng - Xây dựng thực nghiệm đo độ số, khảo sát suy hao sợi quang Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Sử dụng phƣơng pháp thực nghiệm để tính độ suy hao độ số sợi quang CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỢI QUANG 1.1 Lịch sử phát triển sợi quang Trong tiến trình lịch sử phát triển nhân loại, việc trao đổi thông tin ngƣời với ngƣời trở thành nhu cầu quan trọng, yếu tố định góp phần thúc đẩy lớn mạnh tiến quốc gia, nhƣ văn minh nhân loại Cùng với phát triển hệ thống thông tin hữu tuyến vô tuyến, sử dụng môi trƣờng truyền dẫn dây dẫn kim loại cổ điển (cáp đồng) khơng gian việc sử dụng ánh sáng nhƣ phƣơng tiện trao đổi thông tin đƣợc khai thác hiệu Cùng với thời gian, thông tin quang phát triển ngày hoàn thiện với mốc lịch sử nhƣ sau [1,2]: - 1790: CLAU DE CHAPPE, kĩ sƣ ngƣời Pháp xây dựng hệ thống điện báo gồm chuỗi tháp với đèn báo hiệu Tin tức vƣợt qua chặng đƣờng 200km vòng 15 phút - 1870: JOHN TYNDALL nhà vật lý ngƣời Anh chứng tỏ ánh sáng dẫn đƣợc theo vịi nƣớc uốn cong với nguyên lý phản xạ toàn phần Điều đƣợc áp dụng thông tin quang - 1880: ALEXANDER GRAHAM BELL, ngƣời Mỹ giới thiệu hệ thống thơng tin Photophone, tiếng nói đƣợc truyền ánh sáng mơi trƣờng khơng khí nhƣng chƣa đƣợc áp dụng thực tế nhiều nguồn nhiễu - 1934: NORMAN R.FRENCH, ngƣời Mỹ nhận sáng chế hệ thống thông tin quang,sử dụng thuỷ tinh để truyềndẫn - 1958: ARTHUR SCHAWLOUR CHARLES H TOUNES xây dựng phát triểnLaser - 1960: THEODOR H MAIMAN đƣa laser vào hoạt động thànhcông - 1962: Laser bán dẫn Photodiode bán dẫn đƣợc thừa nhận Vấn đề cịn lại phải tìm mơi trƣờng truyền dẫn quang thíchhợp - 1966: CHARLES H KAO GEORCE A HOCKHAM hai kĩ sƣ phịng thí nghiệm Stanrdard Telecommunications Anh đề xuất dùng sợi thuỷ tinh dẫn ánh sáng nhƣng cơng nghệ chế tạo sợi quang thời hạn chế nên suy hao lớn (ở khoảng1000dB/Km) - 1970: Hãng Corning Glass Work chế tạo thành công sợi quang loại SI có suy hao nhỏ 20 [dB/km] bƣớc sóng1310nm - 1972: Loại sợi GI đƣợc chế tạo với độ suy hao 4[dB/km] - 1978: Ý tƣởng sợi quang cách tử Bragg - 1992: Ý tƣởng sợi quang tử lõi khí - 1996: Chế tạo thành công sợi quang đơn mode vỏ quang tử - 1997: Sợi quang tử đơn mode không giới hạn - 1999: Sợi quang tử vùng cấm có lõi khí - 2000: Sợi quang tử lƣỡng chiết cao Phát siêu liên tục - 2001: Chế tạo thành công sợi quang Bragg - 2002: Sợi quang tử với tán sắc siêu phẳng - 2003: Sợi quang Bragg với thủy tinh lõi khí 1.2 Một số ứng dụng sợi quang Để ánh sáng truyền đƣợc sợi quang sợi quang coi nhƣ ống dẫn sóng Nhƣ vậy, ánh sáng truyền dọc theo trục sợi Yêu cầu sợi quang phải suốt dải tần số làm việc Do đó, sợi quang thƣờng đƣợc chế tạo thủy tinh thạch anh có chiết suất n = 1.5 chất dẻo có độ tổn hao bé[2] Hình 1.1.Cấu trúc sợi quang Sợi quang gồm hai lớp điện môi, với 𝑛1 chiết suất lõi sợi 𝑛2 chiết suất vỏ, n1>n2 Sợi quang có kích thƣớc nhỏ Lõi sợi thƣờng có đƣờng kính khoảng từ 10 ÷ 50, cịn vỏ có đƣờng kính 125𝜇𝑚 Để CHƢƠNG 2.XÂY DỰNG HỆ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA SỢI QUANG 2.1 Khảo sát độ số sợi quang 2.1.1 Lắp ráp hệ thí nghiệm Để khảo sát tính chất sợi quang cần phải giải đƣợc vấn đề đƣa đƣợc ánh sáng lan truyền sợi quang Do sợi quang có cấu trúc cỡ µm nên việc đƣa ánh sáng lan truyền sơi quang để tiến hành khảo sát khó khăn lớn Vì vậy, để khảo sát đƣợc tính chất vật lý sợi quang trƣớc hết xây dựng thí nghiệm nhằm điều chỉnh ánh sáng vào sợi quang, sau thiết kế lắp ráp hệ thí nghiệm đo độ số sợi quang Sơ đồ ngun lý hệ thí nghiệm nhƣ hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ ngun lý thí nghiệm đo độ số Với thiết bị nhƣ trên, lắp ráp hệ thí nghiệm tiến hành thực nghiệm, xử lý kết đo Hệ thí nghiệm thực tế nhƣ ảnh chụp hình 2.2 Hình 2.2 Hệ thí nghiệm khảo sát độ số sợi quang 23 Trong hệ thí nghiệm chúng tơi sử dụng nguồn laser S1FC635PM hãng Thorlabs với bƣớc sóng laser 635 nm cơng suất đầu tối thiểu 2.5mW Hình 2.3 Nguồn laser đơn mode model S1FC635PM hãng Thorlab Để hội tụ chùm song song từ nguồn laser chiếu tới vào sợi quang sử dụng vật kính có độ tụ L: 10X, 20X, 40X hãng Newsport Hình 2.4 Vật kính Khảo sát độ số sợi quang, thực nghiệm sợi quang học đơn mode dùng hệ thống internetvà sợi PCF - Sợi quang dùng internet gồm lớp: lớp lớp lõi suốt có chiết suất n2, lớp vỏ suốt có chiết suất n (n2> n1), ngồi lớp đệm đƣợc sơn xanh phủ bên Ngoài thiết bị chúng tơi cịn sử dụng ray trƣợt để chuyển ảnh, thƣớc dây dung để đo khoảng cách chuyển ảnh ảnh nhằm hứng chùm sáng sau rời khỏi sợi quang 24 Hình 2.5 Sợi quang đơn mode 2.1.2 Khảo sát độ số sợi quang đơn mode Hoàn thiện cơng đoạn lắp ráp hệ thí nghiệm, điều chỉnh ánh sáng vào sợi quang sử dụng CCD camera quan sát ánh sáng sau qua sợi quang Kết thu đƣợc nhƣ hình 2.6 Hình 2.6 Hình ảnh ánh sáng lan truyền sợi quang thƣờng Hình 2.7 Hình ảnh ánh sáng lan truyền sợi quang PCF 25 Tiến hành thí nghiệm xác định chiều dài từ đầu sợi quang đến chắn xác định bán kính chùm sáng ánh thu đƣợc số liệu nhƣ sau: Bảng Số liệu đo độ số sợi quang SM 600- ( 633nm- 780nm) Lần đo Chiều dài từ đầu sợi quang Bán kính độ rộng chùm đến chắn x (mm) sáng chắn (mm) 39 10,070 49 13,305 57 13,705 59 14,250 69 16,375 87 17,745 97 19,230 107 22,415 147 29,105 10 157 31,640 TB 86,8 17,1465 Hình 2.8 Sự phụ thuộc độ rộng chùm tia vào khoảng cách nguồn chắn sợi quang thông thƣờng 26 Từ số liệu thu đƣợc xác định đƣợc: x=𝑥 ∆x = (86,8 33,2)mm; ∆x = ∆𝑥 + ∆xdc= 32,2 + 1= 33,2mm y = 𝑦 ∆y =(17,0465 5,233)mm; ∆y = ∆𝑦 + ∆ydc= 5,233+ 1= 6,233mm Từ đồ thị có: tan max =y/x=0.1877 Do góc nhỏ xác đinh đƣợc độ số: NA= sin max = 0.1877 Tiến hành hồn tồn tƣơng tự chúng tơi xác định độ số sợi quang PCF.Số liệu thực nghiệm trình bày bảng Bảng Số liệu đo độ số sợi quang PCF Lần đo Chiều dài từ đầu sợi quang Bán kính độ rộng chùm đến chắn x (mm) sáng chắn (mm) 4,580 5,450 5,540 10 5,695 11 5,650 12 6,200 14 6,735 20 7,325 21 7,750 10 30 8,905 TB 13,8 5,6505 27 Hình 2.9 Sự phụ thuộc độ rộng chùm tia vào khoảng cách nguồn chắn sợi quang PCF Từ số liệu thu đƣợc xác định đƣợc: x=𝑥 ∆x = (13,8 5,96)mm; ∆x = ∆𝑥 + ∆xdc= 5,96 + 1= 6,96mm y = 𝑦 ∆y =(5,6505 1,0089)mm ; ∆y = ∆𝑦 + ∆ydc= 1,0089+ 1= 2,0089mm Từ đồ thị có tan max =y/x=0.2886 Do góc nhỏ chúng tơi xác đinh đƣợc độ số: NA= sin max = 0.2866 Nhƣ biết độ số cho ta biết điều kiện đƣa ánh sáng vào sợi quang Đây thông số ảnh hƣởng đến hiệu suất ghép ánh sáng từ nguồn quang vào sợi quang Từ kết thực nghiệm cho thấy việc đƣa ánh sáng vào sợi quang PCF dễ dàng so với đƣa ánh sáng vào sợi quang thông thƣờng Mặt khác sợi quang PCF có hiệu suất cao so với sợi quang thông thƣờng ghép ánh sáng từ nguồn quang vào sợi quang 28 2.2 Khảo sát suy hao uốn cong 2.2.1 Lắp ráp hệ thí nghiệm Chúng tơi tiến hành lắp ráp hệ thí nghiệm khảo sát suy hao uốn cong xung ánh sáng lan truyền sợi quang Sơ đồ ngun lýcủa thí nghiệm nhƣ hình 2.10 hệ thí nghiệm thực tế nhƣ hình 2.11 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm khảo sát suy hao sợi quang Hình 2.11 Hệ thí nghiệm khảo sát mát xung lan truyền sợi quang đơn mode Nguồn laser SRC: Để nghiên cứa lan truyền xung sợi quang nên sử dụng nguồn phát xung laser 1064nm 29 Hình 2.12 Nguồn laser phát xung bƣớc sóng 1064nm Kính lọc Thorlabs KNDC-100C-4M - Bộ lọc ND liên tục đƣợc thay đổi, Ø100 mm, OD: - 4.0: Để thay đổi cƣờng độ nguồn laser chiếu vào sợi quang Hình 2.13 Kính lọc trung hòa KNDC-100C-4M hãng Thorlab Để hội tụ chùm song song từ nguồn laser chiếu tới vào sợi quang chúng tơi sử dụng vật kính có độ tụ L: 10X, 20X, 40X hãng Newsport Hình 2.14 Vật kính 30 Fiber: Khảo sát suy hao tín hiệu sợi quang đơn mode dùng truyền tải mạng cáp quang internet - hình 2.5 (Sợi gồm lớp, lớp lớp lõi suốt có chiết suất n1, lớp vỏ suốt có chiết suất n2 (n1> n2), lớp đệm đƣợc sơn xanh phủ bên ngoài) CCD camera đặt sau sợi quang để quan sát chùm ánh sáng sau đƣợc truyền qua sợi quang Hình 2.15 CCD camera Phổ kế Avantes spectromecter: Phổ kế kết nối máy tính sử dụng phần mềm Avasolt 8.5.1.0 cho ta hình ảnh phổ xung với bƣớc sóng giải phổ thu đƣợc từ 850nm đến 1800nm Hình 2.16 Phổ kế Avantes spectromecter 31 Hình 2.17 Phần mềm Avasolt 8.5.1.0 kết nối với phổ kế XYZ satge: Bộ điều chỉnh tịnh tiến XYZ nhằm điều chỉnh ánh sáng vào sợi quang Hình 2.18 Bộ điều chỉnh tịnh tiến XYZ 2.2.2 Khảo sát suy hao uốn cong xung lan truyền sợi quang đơn mode Để tiến hành khảo sát suy hao uốn cong lấy đoạn sợi quang có chiểu dài m, cho ánh sáng vào sợi quang, sau cố định cơng suất đầu vào kính lọc cố định đầu vào ánh sáng sợi quang Tiến hành thu nhận kết cho trƣờng hợp sợi quang thẳng, xác định xung Kết thu đƣợc nhƣ hình 2.19 32 Hình 2.19 Xung ánh sáng sau lan truyền qua sợi quang thẳng Giữ nguyên thông số đầu vào thay đổi độ cong sợi quang cách quấn sợi quang vào ống tròn có bán kính khác Tiến hành khảo sát, biểu diễn kết thu đƣợc nhƣ hình 2.20 Hình 2.20 Xung ánh sáng truyền qua sợi quang bị uốn cong Khảo sát cho trƣờng hợp giữ nguyên bán kính cong nhƣng uốn thành nhiều vòng Kết khảo sát ảnh hƣởng uốn cong nhiều vòng với 33 bán kính giống nhau, kết thu đƣợc nhƣ hình 2.21: Hình 2.21 Xung ánh sáng truyền qua sợi quang bị uốn cong bán kính nhƣng với số vòng khác Hiện tƣợng suy hao uốn cong tƣợng suy hao không thuộc chất sợi quang mà cách lắp đặt sử dụng sợi quang Khi ánh sáng tới chỗ sợi quang bị uốn cong, phần ánh sáng ngồi lớp vỏ bọc Sợi bị uốn cong (bán kính cong lớn), phần nhỏ ánh sáng lọt ngồi Sợi bị uốn cong (bán kính cong nhỏ) suy hao tăng Kết hình 2.20 thấy: với bán kính cong R1>R2>R3 xung sau lan truyền qua sợi quang, bán kính uốn cong tăng mát lƣợng xung ánh sáng nhiều Từ hình 2.21, uốn cong sợi quang bán kính nhƣng số vịng khác suy hao tăng dần theo số vịng quấn Từ kết khảo sát thực nghiệm cho thấy: Để giảm suy hao lan truyền xung sợi quang chúng cần kéo thẳng sợi quang,trong trƣờng hợp cần uốn cong bán kính uốn cong lớn tốt Điều dẫn đến suy hao lan truyền xung giảm đáng kể 34 2.3 Kết luận chƣơng Trong chƣơng chúng tơi xây dựng hệ thí nghiệm nhằm mục đích khảo sát độ số khảo sát suy hao uốn cong lan truyền xung sợi quang Tiến hành thực nghiệm khảo sát độ số sợi quang thông thƣờng sợi PCF cho thấy hiệu suất ghép nguồn với sợi quang PCF tốt sợi quang thông thƣờng Đây kết thực nghiệm góp phần khẳng định tính ƣu việt sợi PCF so với sợi quang thƣờng đƣợc sử dụng phổ biến Khảo sát suy hao uốn cong lan truyền xung sợi quang đơn mode (sợi quang phổ dụng dùng hệ thống internet) Kết thực nghiệm có ý nghĩa thực tiễn, góp phần khuyến cáo nhà cung cấp dịch vụ khách hàng trình sử dụng cáp quang nhằm hạn chế suy hao tín hiệu truyền dẫn 35 KẾT LUẬN CHUNG Trong khuôn khổ luân văn, chúng tơi trình bày phát triển sợi quang, nguyên lý lan truyền ánh sáng sợi quang theo quan điểm quang hình học quan điểm lƣợng tử (sử dụng hệ phƣơng trình Maxwell) Khái quát số đặc tính vật lý sợi quang yếu tố ảnh hƣởng đến trình lan truyền xung sợi quang Trong thực tế sử dụng, độ số sợi quang suy hao tín hiệu lan truyền sợi quang đƣợc nhà sản xuất sử dụng quan tâm nhằm tối ƣu hóa q trình truyền dẫn Trên sở đó, chúng tơi xây dựng hệ thí nghiệm khảo sát độ số sợi quang, thực nghiệm cho sợi quang đơn mode thông thƣờng sợi quang PCF Các kết tiền đề cho phép tiến hành nghiên cứu số đặc tính sợi quang trình lan truyền xung sợi quang Bên cạnh việc xây dựng hệ thí nghiệm khảo sát độ số, chúng tơi xây dựng hệ thí nghiệm khảo sát suy hao uốn cong Trƣờng hợp sợi quang bị uốn cong với bán kính khác thấy sợi quang bị uốn cong với bán kính nhỏ suy hao lớn ngƣợc lại Trƣờng hợp sợi quang bị uốn cong với bán kính nhƣng số vịng khác nhau, kết thực nghiệmcho thấy sợi quang bị uốn cong nhiều vịng suy hao tín hiệu truyền dẫn sợi quang lớn Với cƣơng vị giáo viên giảng dạy vật lí trƣờng phổ thông, điều kiện sở vật chất phục vụ thí nghiệm giai đoạn đầu tƣ, xây dựng (phịng thí nghiệm PCF - trƣờng Đại học Vinh) chúng tơi có kết bƣớc đầu nghiên cứu thực nghiệm cho sợi quang Bên cạnh việc nâng cao kiến thức khả thực hành, thí nghiệm cho thân, kết thực nghiệm từ đề tài có ý thực tiễn định cơng nghệ chế tạo sử dụng cáp quang thực tiễn 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Xuân Khoa, Cao Long Van, M Trippenbach, “Cơ sở quang học phi tuyến - Dùng cho sinh viên học viên cao học”, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2010 [2] Đinh Xuân Khoa, Hồ Quang Quý, “Nhập môn thông tin quang”, NXB ĐH Vinh, 2007 [3] Lê Quốc Cƣờng, “Kĩ thuật thông tin quang”, Học viện Công nghệ BCVT [4] Vũ Văn San, “Hệ thống thông tin quang, tập 1,2”, NXB Bƣu điện HN, 2008 [5] Trần Thủy Bình, Nguyễn Đức Nhân, Lê Thanh Thủy, Ngô Thu Trang, “Bài giảng, Cơ sở kỹ thuật thông tin quang”, Hà Nội, 12 - 2013 [6] Phạm Quang Thái, Nguyên lý hệ thống thông tin quang, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2016 [7] Lƣơng Thúy Phụng, “Một số loại giao thoa kế ứng dụng”, Luận văn Thạc sĩ Vật lí, Trƣờng ĐH Vinh, 2017 [8].Võ Ngọc Mùi, Quản lý tán sắc sợi quang tử lõi đặc với lớp vỏ mạng lục giác có đường kính lỗ khí thay đổi, Luận văn Thạc sĩ Vật lí, Trƣờng ĐH Vinh, 2016 [9] G P Agrawal, “Fiber-optics Communication Systems” New York: Academic, 2010 [10] Rongqing Hui and Maurice O'Sullivan, “Fiber optical measurement techniques”, Technology & Engineering, 2009 [11] G.P Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 3rd Edition, Academic Press, California, USA, 2001 [12] G Keiser, “Optical Fibre Communications, 3rd ed”., McGraw-Hill, 2005 37 ... CHƢƠNG XÂY DỰNG HỆ THÍ NGHIỆMKHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA SỢI QUANG 23 2.1 Khảo sát độ số sợi quang 23 2.1.1 Lắp ráp hệ thí nghiệm 23 2.1.2 Khảo sát độ số sợi. .. SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA SỢI QUANG 2.1 Khảo sát độ số sợi quang 2.1.1 Lắp ráp hệ thí nghiệm Để khảo sát tính chất sợi quang cần phải giải đƣợc vấn đề đƣa đƣợc ánh sáng lan truyền sợi quang. .. tổng quan sợi quang - Xây dựng hệ thí nghiệm khảo sátmột số tính chất vật lí sợi quang Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng: Tƣơng tác trƣờng laser với sợi tinh thể quang tử Phạm vi :Khảo sát suy