5.3.1 Mẫu thiết kế thứ nhất
a. Phổ ánh sáng
Chạy mô phỏng bằng phần mềm APSS, ta thu đƣợc các kết qủa cho thấy sự tập trung hoàn toàn vào phần lõi của ánh sáng trong dải bƣớc sóng từ đến
khi truyền đi trong sợi. Khi bƣớc sóng tăng thì ánh sáng càng có dấu hiệu lan ra phía ngoài. Hình 5-11 biểu diễn bề mặt cắt ngang của mẫu thiết kế thứ nhất với ánh sáng truyền bên trong. Các kết quả đƣợc lấy ở bốn bƣớc sóng ,
72
Hình 5-11 Hình ảnh mô phỏng bề mặt cắt ngang của mẫu thiết kế thứ nhất. Mô tả sự tập trung ánh sáng khi truyền trong nó tại các giá trị bước sóng (a) ; (b)
; (c) ; (d) . b. Diện tích hiệu dụng
Nhƣ đã thấy ở phổ ánh sáng, diện tích hiệu dụng của mẫu thiết kế thứ nhất có giá trị tăng dần theo bƣớc sóng, nằm trong khoảng từ 0.58 đến 0.73 với bƣớc sóng thay đổi từ đến . Kết quả đƣợc biểu diễn trên hình 5-12.
73
Hình 5-12 Biểu diễn sự thay đổi diện tích hiệu dụng theo bước sóng của mẫu thiết kế thứ nhất.
c. Đường cong tán sắc
74 Mức độ tán sắc của mẫu thay đổi mạnh theo sự thay đổi của bƣớc sóng. Nhƣ kết quả đƣợc trình bày trên hình 5-13, mức độ tán sắc giảm từ xấp xỉ mức không về mức -200 ps/(km.nm)
d. Suy hao rò rỉ
Suy hao rò rỉ đặc trƣng cho khả năng giam giữ ánh sáng trong lõi sợi quang. Mức suy hao càng thấp chứng tỏ khả năng giam giữ ánh sáng trong lõi của sợi càng cao. Suy hao rò rỉ không thu đƣợc từ kết quả mô phỏng trực tiếp mà tính gián tiếp thông qua phần ảo của chiết suất hiệu dụng theo công thức (5.3.1). Thông thƣờng giá trị yêu cầu đối với Lc là nhỏ hơn 10-8.
Hình 5-14 Đường biểu diễn suy hao rò rỉ trong khoảng bước sóng đến
của mẫu thiết kế thứ nhất. e. Suy hao hàn nối.
Phần mền APSS hỗ trợ ngƣời dùng tính toán suy hao hàn nối giữa sợi thiết kế với các loại sợi khác nhau. Thể hiện thông quá giá trị chênh lệch trùng khớp kết nối (overlap
75 integral), giá trị này càng thấp thì suy hao càng ít. Hình 5.15 thể hiện suy hao khi ghép nối mẫu với sợi đơn mode thông thƣờng.
Hình 5-15 Giá trị chênh lệch trùng khớp kết nối thể hiện mức suy hao hàn nối khi ghép mãu thiết kế PCF thứ nhất với sợi đơn mode thông thường.
f. Xung truyền trong sợi
Các tham số thu đƣợc sau quá trình mô phỏng đƣợc tính toán và đƣa vào phần mềm NLSE Solver để dựng lại hình ảnh của xung và sự thay đổi hình dạng trong quá trình truyền trong sợi. Bao gồm hệ số suy hao (dB/km), hệ số phi tuyến , tham số tán sắc bậc 2 (s2.m-1), tham số tán sắc bậc 3 (s3.m-1). Trong đó hệ số suy hao của sợi quang tinh thể rất nhỏ, cỡ khoảng 2e-10 dB/km, các giá trị còn lại đƣợc tính theo công thức
(5.3.3)
(5.3.4)
76 Trong đó, D là độ tán sắc, D’ là đạo hàm (độ dốc tán sắc), c là vận tốc ánh sáng trong chân không, n2 là chỉ số chiết suất phi tuyến, λ0 là bƣớc sóng, Aeff là diện tích hiệu dụng. Các hệ số đƣợc tính toán ở bƣớc sóng . Giá trị tính đƣợc lần lƣợt là
, = 1.009e-27s2.m-1, = -4.344e-41 s3.m-1. Dạng xung truyền là xung Gaussian, độ dài mô phỏng của sợi là 8m, kết quả mô phỏng sự biến đổi của xung đƣợc tổng hợp trên hình 5-16.
Hình 5-16 Biểu diễn hình dạng xung Gaussian truyền trong sợi có độ dài 8m theo miền thời gian và miền tần số. (a) và (b) Biểu diễn hình dạng xung tín hiệu ở đầu vào và đầu ra dưới dạng 2 chiều. (c) và (d) Biễu diễn hình dạng xung tín hiệu dưới dạng 3 chiều.
77
5.3.2 Mẫu thiết kế thứ hai
a. Phổ ánh sáng
Kết quả mô phỏng cho thấy ánh sáng truyền đi tập trung ở phần lõi, trong dải bƣớc sóng từ đến và có dấu hiệu lan ra phía ngoài khi bƣớc sóng tăng. Hình 5-17 mô tả mặt cắt ngang của PCF và sự tập trung ánh sáng khi truyền bên trong nó ở bốn bƣớc sóng , , , .
Hình 5-17 Hình ảnh mô phỏng bề mặt cắt ngang của mẫu thiết kế thứ hai. Mô tả sự tập trung ánh sáng khi truyền trong nó tại các giá trị bước sóng (a) ; (b)
78
b. Diện tích hiệu dụng
Nhƣ đã thấy ở phổ ánh sáng, diện tích hiệu dụng của mẫu thiết kế thứ hai cũng có giá trị thay đổi theo hƣớng tăng dần theo bƣớc sóng, nằm trong khoảng từ 0.85 đến 1.2 . Kết quả đƣợc biểu diễn trên hình 5-18.
Hình 5-18 Biểu diễn sự thay đổi diện tích hiệu dụng theo bước sóng của mẫu thứ hai. c. Đường cong tán sắc
79 Mẫu thiết kế có độ tán sắc âm, với giá trị khá lớn. Thay đổi từ 125 ps/(km.nm) đến
325 ps/(km.nm)
d. Suy hao rò rỉ
Hình 5-20 biểu diễn mức độ suy hao rò rỉ của mẫu thiết kế thứ hai. Kết quả này vẫn nằm trong mức cho phép.
Hình 5-20 Đường biểu diễn suy hao rò rỉ của mẫu thiết kế thứ hai trong khoảng bước sóng đến
e. Suy hao hàn nối.
Mức suy hao hàn nối đƣợc thể hiện thông qua giá trị chênh lệch trùng khớp kết nối. Ở đây trình bày kết quả mô phỏng khi ghép nối mẫu thiết kế thứ hai với mẫu sợi quang đơn mode thông thƣờng và khi ghép nối giữa hai mẫu thiết kế. Lƣu ý rằng thực tế khó có thể ghép nối hai PCF với nhau do sự khác biệt lớn về mặt cấu trúc. Kết quả chỉ mang tính tham khảo
80
Hình 5-21 Giá trị chênh lệch trùng khớp kết nối thể hiện suy hao hàn nối khi ghép mãu thiết kế PCF thứ hai với sợi đơn mode thông thường.
Hình 5-22 Giá trị chênh lệch trùng khớp kết nối thể hiện suy hao hàn nối khi ghép mãu thiết kế PCF thứ nhất với mẫu thiết kế PCF thứ hai
81
f. Xung truyền trong sợi
Tƣơng tự nhƣ với mẫu thiết kế thứ nhất. Ta dùng các kết quả mô phỏng để tính các tham số truyền dẫn để mô phỏng sử thay đổi hình dạng của xung truyền đi trong sợi với phần mềm NLSE Solver. Các hệ số đƣợc tính toán ở bƣớc sóng . Các giá trị thu đƣợc lần lƣợt là , = 6.923e-26s2.m-1, = -1.203e-40 s3.m-1. Kết quả mô phỏng đƣợc trình bày trên hình 5-23, sử dụng xung Gaussian với các khoảng cách truyền là 8m.
Hình 5-23 Biểu diễn hình dạng xung Gaussian truyền trong sợi có độ dài 8m theo miền thời gian và miền tần số. (a) và (b) Biểu diễn hình dạng xung tín hiệu ở đầu vào và đầu ra dưới dạng 2 chiều. (c) và (d) Biễu diễn hình dạng xung tín hiệu dưới dạng 3 chiều.
82