3.3.1 Tán sắc màu
Phần 2.1 đã đề cập rất kỹ về tán sắc trong môi trƣờng tinh thể quang hai chiều. Cách tính tán sắc màu tổng cộng đƣợc đƣa ra theo công thức[3]:
(3.1)
Thứ nguyên của tán sắc là [ps/(nm.km)] đó là thời gian trễ tính bằng ps trên bƣớc sóng tính bằng nm truyến dẫn trên đơn vị dài tính bằng km. Với sợi tinh thể quang khi mà tỉ lệ đƣờng kính lỗ khí trên khoảng cách lỗ khí rất nhỏ thì đƣờng cong tán sắc gần trùng với đƣờng cong tán sắc vật liệu của silic tinh khiết. Khi mà đƣờng kính lỗ khí tăng thì đƣờng cong tán sắc thay đổi mạnh hơn.
3.3.2 Khả năng giam giữ ánh sáng
Suy hao năng lƣợng trong sợi PCFs xảy ra do một số lý do nhƣ hấp thụ của vật liệu, do cấu trúc không hoàn hảo khi chế tạo, do tán xạ Rayleigh, suy hao rò … Suy hao rò là một dạng suy hao của sợi quang đơn vật liệu. Sợi PCFs thƣờng đƣợc tạo ra từ silic tinh khiết và vì thế mà chiết suất lõi và vỏ của loại sợi này gần nhƣ nhau do số lƣợng lỗ khí trong lớp vỏ là có hạn do vậy nên mode dẫn bên trong lõi bị rò. Do vậy, với sợi PCFs suy hao rò luôn phải kể đến ngay cả khi các loại suy hao khác có thể bỏ qua đƣợc. Hệ số suy hao rò nói lên khả năng giam giữ ánh sáng trong vùng lõi của sợi PCFs là thông số cần lƣu ý khi thiết kế cấu trúc lỗ khí.
Công thức tính suy hao rò đƣợc tính theo [3]:
(3.2) Đơn vị của suy hao rò là dB/m với là hằng số sóng trong không gian tự do, là bƣớc sóng hoạt động. Khi mà giá trị pitch nhỏ, đƣờng kính lỗ khí nhỏ, suy hao rò tăng lên đáng kể. Sợi PCFs có sự chênh lệch chiết suất phần lõi và vỏ lớn (do sự khác nhau giữa chiết suất của silic và không khí) sẽ có hệ số suy hao rò nhỏ.
3.3.3 Diện tích hiệu dụng
Diện tích hiệu dụng là diện tích mặt cắt ngang của trƣờng mode thể hiện nhƣ hình 2.4 dƣới đây:
Hình 3.4 Minh họa tham số diện tích hiệu dụng
Khi tăng kích thƣớc của các lỗ khí, khả năng nhốt ánh sáng sẽ tốt hơn và diện tích hiệu dụng sẽ giảm. Với một bƣớc sóng cho trƣớc, diện tích hiệu dụng có thể rất lớn tùy vào khoảng cách pitch, kích thƣớc của lỗ khí và số vòng lỗ khí. Diện tích hiệu dụng đƣợc xác định theo công thức sau [3]
có thứ nguyên là và E là điện trƣờng. Trong phần mền APSS (Apolo Photonic Solition Suite) thiết kế và mô phỏng sợi PCFs hỗ trợ tính diện tích hiệu dụng.
3.3.4 Suy hao ghép nối
Khi ghép nối hai sợi quang luôn có suy hao ghép nối, phải có các biện pháp cần thiết để loại trừ loại suy hao này. Ngay cả khi hai sợi quang đối xứng tuyệt đối về mặt hình học thì vẫn có sự khác nhau về kích thƣớc mode dẫn trong từng sợi. Khi ghép nối hai sợi quang cùng loại vẫn tồn tại suy hao này. Suy hao ghép nối đƣợc tính theo công thức[4] :
(3.4)
Với là kích thƣớc trƣờng mode của sợi đơn mode và sợi PCFs. Phần mềm mô phỏng APSS hỗ trợ chúng ta tính suy hao ghép nối giữa rất nhiều loại sợi.
3.3.5 Hiện tượng phi tuyến
Khi ánh sáng truyền trong một môi trƣờng bất kỳ, đều có tƣơng tác giữa các photon với các nguyên tử của môi trƣờng. Các nguyên tử hấp thụ năng lƣợng từ photon và chuyển lên mức năng lƣợng cao hơn. Ở mức năng lƣợng cao, không bền này, các nguyên tử chuyển xuống mức năng lƣợng thấp và giải phóng năng lƣợng dƣới dạng các photon mới. Ngoài tƣơng tác giữa các phân tử và photon còn có các tƣơng tác photon-photon, photon-nguyên tử-photon. Các tƣơng tác này gọi là hiện tƣợng phi tuyến. Chúng đƣợc phân ra thành tán xạ Raman, tán xạ Brilluoin, trộn bốn bƣớc sóng. Trong các hệ thống quang, hiện tƣợng phi tuyến vừa có lợi vừa có hại. Hiện tƣợng này là nguyên lý hoạt động của laser, khuếch đại quang học, nhƣng nó cũng là nguyên nhân gây lên suy hao, nhiễu, xuyên âm. Hiện tƣợng phi tuyến đƣợc đặc trƣng bởi hệ số phi tuyến xác định nhƣ sau: [5]
(3.5)có thứ nguyên là , là hệ số góc, là chiết suất phi tuyến, ( ) là có thứ nguyên là , là hệ số góc, là chiết suất phi tuyến, ( ) là hằng số phi tuyến.