Vì cũng hoạt động dựa trên hiện tƣợng phẩn xạ toàn phần nhƣ sợi quang thông thƣờng, khi xem xét đến suy hao, sợi tinh thể quang với lõi chiết suất cao cần phải tính đến suy hao uốn cong . Với PCFs, đăc tính uốn cong đƣợc biểu diễn bởi một bán kính giới hạn. Hệ số năng lƣợng suy hao do uốn cong đƣợc xác định:
32 2 2 2 4 W .exp 3 W 4 2 W e A R V R V PW (3.12)
ở đây Δ là độ chênh lệch chiết suất giữa chiết suất phản xạ lớn nhất của lõi và của vỏ; ρ là bán kính lõi; V là tần số định mức; W là thông số phân rã định mức của vỏ; R là bán kính cong; Ae là hệ số biên độ của trƣờng điện vỏ; còn P là năng lƣợng của mode cơ bản.
Hình 3.11 Suy hao do uốn cong của sợi PCFs có các tinh thể quang sắp xếp theo hình tam giác và lõi chiết suất cao khi cố định Λ = 2,3 µm [12]
Một sợi quang đƣợc cuộn lại với bán kính cong là 6 cm (tƣơng ứng với độ cuộn của dây bù tán sắc hoặc các cuộn dây trong phòng thí nghiệm) có các giá trị suy hao do uốn cong khi kích thƣớc các lỗ khí khác nhau (trong khi Λ = 2,3 µm cố định). Từ đồ thị ta có thể rút ra một nhận xét quan trọng là đều có biên uốn cong ở 2 phía cao và thấp (đối với bƣớc sóng). Nguyên nhân của tính chất này lại là do không có sự chênh lệch về chiết suất giữa lõi và vỏ trong chế độ tần số cao ( là nguyên nhân xuất hiện biên uốn cong dƣới) và sự mở rộng trƣờng trong vùng tần số thấp (là nguyên nhân của biên
uốn cong trên). Trong khi biên uốn cong trên đã đƣợc biết đến trong tất cả sợi quang thƣờng thì biên uốn cong dƣới là tính chất chỉ có trong sợi tinh thể quang PCFs.
Đồ thị chỉ ra rằng với các sợi PCFs có kích thƣớc lỗ khí rất bé d/Λ ≤ 0,2 thì suy hao do uốn cong là đáng kể, giá trị định mức của d/Λ nên là trên 0,25. Hình 2.12 cho thấy sự suy hao do uốn cong của PCFs với giá trị cố định d/Λ = 0,25 và Λ chạy trong khoảng từ 1 tới 5 µm.
Từ hai đồ thị trên có thể kết luận rằng với loại PCFs có các lỗ khí sắp xếp theo cấu trúc ở trên có đáp ứng vùng cửa sổ hoạt động rộng ở bƣớc sóng vùng nhìn thấy và cận hồng ngoại (là vùng hoạt động của thông tin quang).
Hình 3.12 Suy hao do uốn cong của sợi PCFs có các tinh thể quang sắp xếp theo hình tam giác và lõi chiết suất cao khi Λ chạy từ 1 tới 5 µm [13]
3.5 KẾT LUẬN
Thông qua chƣơng 3 này chúng ta có những hiểu biết nhất định về sợi tinh thể quang, khái niệm, lƣợc lịch sử và phát triển, phân loại và tích chất của sợi tinh thể quang - lĩnh vực còn khá mới này. Sợi tinh thể quang hoạt động dựa trên hiện tƣợng phản xạ toàn phần và dựa trên hiệu ứng dải cấm quang. Các thông số cơ bản của sợi PCFs nhƣ tán sắc, diện tích hiệu dụng, suy hao rò, tính phi tuyến. Phân tích các tính chất của loại sợi
tinh thể quang lõi chiết suất cao bằng cách khảo sát sợi gần tƣơng đồng với sợi chiết suất nhảy bậc trong phần 3.4 cho thấy đƣợc những nét giống và khác nhau giữa hai loại sợi này. Qua đó thấy đƣợc một số tính chất mới của sợi tinh thể quang. Chƣơng tiếp theo giới thiệu về phần mền APSS(Apollo photonic solutions siute ) dùng để thiết kế cấu trúc và mô phỏng sợi tinh thể quang.
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƢƠNG 1
[1] F. Poli, A. Cucinotta, S. Selleri, Photonic Crystal Fibers. Properties and Applications, Springer Series in Materials Science, Vol. 102, 2007.
[2] Anders Bjarklev, Jes Broeng, Araceli Sanchez Bjarlev, “Properties of high- index core fibers”, Photonic crystal fibers, ISBN: 978-1-4613-5095-8, Springer, 2003 [3] K. Kaneshima, Y. Namihira, N. Zou, H. Higa and Y. Nagata, “Numerical investigation of octagonal photonic crystal fibers with strong confinement field”,
IEICE Trans. Electron, vol. E89-C, no. 6, pp. 830–837, June 2006
[4] G.P. Agrawal, Nonlinear fiber optics, 2d ed., San Diego: Academic Press, 1995. [5] G. Agrawal, Fiber-Optic Communication Systems, 2d ed., New York: John Wiley& Sons, Inc., 1997.
[6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13] Anders Bjarklev, Jes Broeng, Araceli Sanchez Bjarlev, Photonic Crystal Fibres, ISBN: 978-1-4613-5095-8, Springer, 2003
CHƢƠNG4 4 CÔNG CỤ MÔ PHỎNG VÀ PHƢƠNG PHÁP SỐ
Để thiết kế và mô phỏng các cấu trúc ống dẫn sóng PCF, có thể sử dụng một số công cụ mô phỏng nhƣ phần mềm APSS của Apollo, Mode Solutions của Lumerical, … Trong đó, APSS là một phần mềm thiết kế, mô phỏng khá mạnh mẽ và linh hoạt. Nội dung dƣới đây sẽ giới thiệu phần mềm này và phƣơng pháp số mà nó sử dụng trong tính toán mô phỏng.