I. Tổng quan về hệ thống thông tin quang
1.2.3.1.Khái niệm về hiệu ứng lưỡng ổn định
Một hệ quang học đƣợc gọi là lƣỡng ổnh định nếu nó có hai trạng thái đầu ra ổn định trong phạm vi của các giá trị đầu vào. Giản đồ các đặc tính đầu vào-đầu ra của một hệ thống lƣỡng ổn định đƣợc thể hiện trong hình 1.15.
Hình 1.15 Đường cong trễ đặc trưng với các vùng khác nhau.
Trên hình 1.15 : Đại lƣợng X đại diện cho các giá trị đầu vào (ví dụ nhƣ cƣờng độ đầu vào, bƣớc sóng, dòng điều khiển cho một hệ thống quang học) và "Y" là viết tắt của giá trị ra (ví dụ nhƣ cƣờng độ truyền đi, cƣờng độ phản xạ, nhóm chậm trễ (trễ nhóm - group-delay). Từ hình này cho bất kỳ X0
giá trị đầu vào, giữa Xlên và Xxuống, hệ thống có hai trạng thái ổn định có thể Ythấp và Ycao. Tình trạng không ổn định của hệ thống đƣợc thể hiện bởi các đƣờng chấm chấm. Nếu số lƣợng đầu vào X đƣợc tăng dần từ thấp đến giá trị cao (vùng I) cho đến khi nó đạt đến giá trị của Xlên. Nếu số lƣợng đầu vào đƣợc tăng thêm, đầu ra nhảy đến nhánh trên (vùng II) và tiếp tục sau nhánh trên. Mặt khác nếu số lƣợng X ban đầu theo giá trị cao (> Xlên), nếu chúng ta làm giảm nó dần dần cho đến khi nó đạt đến giá trị của Xxuống và sau đó gập lại cho nhánh thấp hơn (nhìn mũi tên xuống). Vì vậy, tùy thuộc vào lịch sử lên hệ thống ƣu tiên của nó lƣu trú trong các cao (Ycao) hoặc thấp (Ythấp) tình trạng đầu ra nếu số lƣợng X nằm giữa Xlên và Xxuống.
Hệ lƣỡng ổn định quang học (còn gọi là hệ hai trạng thái) có đầu ra nhận một trong hai giá trị ổn định, không phụ thuộc đầu vào. Quá trình đóng
Ythấp
Xlên Xxuống
Ycao
giá trị giới hạn nào đó hình 1.16.
Trên hình 1.16 mô tả mối quan hệ vào - ra của hệ lƣỡng ổn định. Quá trình nhảy mức của đầu ra đƣợc giải thích nhƣ sau: khi đầu vào có giá trị thấp thì đầu ra cũng nhận giá trị thấp, nếu tăng đầu vào vƣợt quá giá trị giới hạn 2
nào đó (còn gọi là ngƣỡng) thì đầu ra nhảy từ giá trị cao. Khi đầu ra đang ở giá trị cao, nếu giảm đầu vào cho tới khi gặp giá trị ngƣỡng 1 nào đó (1 < 2), thì đầu ra sẽ nhảy từ giá trị cao về giá trị thấp. Vì vậy, mối quan hệ giữa các cƣờng độ vào - ra có dạng đƣờng cong trễ. Tồn tại một vùng trung gian của đầu vào nằm giữa 1 và 2 mà tại đó giá trị đầu ra có thể cao hoặc thấp, nó phụ thuộc vào lịch sử của đầu vào. Trong vùng này hệ hoạt động nhƣ là một thiết bị bập bênh. Khi đầu ra đang ở trạng thái thấp thì xung dƣơng đầu vào sẽ đẩy đầu ra lên trạng thái cao. Còn khi đầu ra ở trạng thái cao thì xung âm đầu vào sẽ hạ đầu ra xuống trạng thái thấp. Hệ này có đặc trƣng flip-flop, trạng thái của hệ phụ thuộc vào chính lịch sử của nó (hoặc là xung dƣơng hoặc là xung âm). Mối quan hệ này đƣợc minh họa trên hình 1.17. Quá trình flip - flop trên hình 1.17 đƣợc giải thích nhƣ sau: tại thời điểm 1, đầu ra thấp, xung dƣơng tại thời điểm 2 đẩy đầu ra từ thấp lên cao. Đầu ra sẽ ở trạng thái
Hình 1.16Mối quan hệ vào – ra của hệ lưỡng ổn định.
v1
Vào Ra
cao cho đến khi một xung âm đƣa vào tại thời điểm 3 sẽ hạ đầu ra quay trở lại trạng thái thấp. Hệ này hoạt động nhƣ là một khóa hoặc một phân tử nhớ.
Các thiết bị quang tử hoạt động dựa trên hiệu ứng lƣỡng ổn định quang học đƣợc gọi là thiết bị lƣỡng ổn định. Nhƣ vậy để cho thiết bị lƣỡng ổn định hoạt động thì cần có hai điều kiện cơ bản, đó là hiệu ứng phi tuyến và sự phản hồi ngƣợc. Cả hai yếu tố này có thể tạo đƣợc trong quang học. Khi tín hiệu đi qua môi trƣờng phi tuyến, một phần đƣợc hồi tiếp trở lại và đóng vai trò điều khiển khả năng truyền ánh sáng trong chính môi trƣờng đó thì đặc trƣng lƣỡng ổn định có thể xuất hiện [1].