A(z,t )=
3.4.Tối ưu hóa đặc tính tán sắc trong sợi tinh thể quang tử với lõi được bơm đầy bởi CS
bơm đầy bởi CS2
Mục đích của việc tối ưu hóa cấu trúc là đề xuất được cấu trúc với các đặc tính tán sắc phẳng nằm trong toàn bộ tán sắc thông thường. Từ đó nghiên cứu quá trình phát siêu liên tục tại bước sóng bơm 1.55 µm. Để làm điều này, chúng tôi xem xét cấu trúc với hằng số mạng Ʌ thay đổi từ 1.0 μm đến 2.5 μm với bước 0.5 và hệ số lấp f thay đổi từ 0.20 đến 0.80 với bước 0.05.
Trong tất cả các trường hợp, bán kính lõi CS2 nhỏ nhất là 0.52 µm với
Ʌ = 1.0 µm và f = 0.8. Bán kính lõi CS2 lớn nhất là 2.20 µm khi Ʌ = 2.5 µm và f = 0.2. Bán kính lõi trong các trường hợp được mô tả như trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Bán kính lõi CS2 với các giá trị khác nhau của Ʌ và f.
d/Ʌ Ʌ (µm) 1.0 1.5 2.0 2.5 0.20 0.88 1.32 1.76 2.20 0.25 0.85 1.28 1.70 2.13 0.30 0.82 1.23 1.64 2.05 0.35 0.79 1.19 1.58 1.98 0.40 0.76 1.14 1.52 1.90 0.45 0.73 1.10 1.46 1.83 0.50 0.70 1.05 1.40 1.75 0.55 0.67 1.01 1.34 1.68 0.60 0.64 0.96 1.28 1.60 0.65 0.61 0.91 1.22 1.53 0.70 0.58 0.87 1.16 1.45 0.75 0.55 0.82 1.10 1.38 0.80 0.52 0.78 1.04 1.30
Thực tế, các lỗ khí của vòng đầu tiên bao quanh lõi ảnh hưởng mạnh mẽ đến các đặc tính phân tán của sợi PCF, đặc biệt là hình dạng và vị trí bước sóng tán sắc bằng không (ZDW). Trong khi đó, các vòng lỗ khí lớp ngoài đóng vai trò quan trọng trong việc thay đổi độ mất mát, đặc biệt với các mode cao hơn [32] . Trong mô phỏng, chúng tôi đã sử dụng hệ số lấp đầy không đổi cho tất cả các vòng của PCF để đơn giản hóa trong việc chế tạo của sợi trong tương lai.
Hình 3.3 mô tả đặc tính tán sắc của sợi tinh thể quang tử khi thay đổi Ʌ và f. Kết quả cho thấy rằng, đặc tính tán sắc của sợi có thể được điều chỉnh
bằng cách thay đổi hệ số lấp đầy f và hằng số mạng Ʌ. Ngoài ra trong tất cả các trường hợp, sợi tinh thể tồn tại tán sắc phẳng trong vùng nghiên cứu.
Hình 3.3. Các đặc điểm của phân tán chế độ PCF cho các giá trị hệ số f lấp đầy trong phạm vi từ 0.20 đến 0.80 và các hằng số mạng (a) 1.0 μm, (b) 1.5
μm, (c) 2.0 μm và (d) 2.5 μm.
Đối với Ʌ = 1.0 µm, đường cong tán sắc của sợi nằm hoàn toàn trong vùng tán sắc thông thường. Trong trường hợp Ʌ = 1.5µm, đường cong tán sắc của sợi nằm trong vùng tán sắc thông thường hoặc một phần trường hợp tồn tại cả hai chế độ đó là tán sắc thông thường và tán sắc dị thường. Trong các trường hợp còn lại, sợi tinh thể quang tử có ZDW > 0, vì vậy đường cong tán sắc tồn tại cả vùng tán sắc thường và vùng dị thường.
Đối với trường hợp hệ số lấp đầy f không đổi, độ tán sắc cũng như bước sóng tán sắc bằng không dịch chuyển theo chiều dài hơn của bước sóng và phẳng hơn khi tăng hằng số mạng Λ. Trong khi đó, với một giá trị của Λ, ZDW thường dịch chuyển về phía các sóng dài hơn khi giảm hệ số lấp đầy.
Dựa trên mục đích ban đầu của việc tối ưu hóa, chúng tôi chọn cấu trúc PCF với các thông số cấu trúc: Λ = 1.5 µm và f = 0.30. Hình 3.4 mô tả phân bố cường độ trường của mode cơ bản trong cấu trúc tối ưu sợi tinh thể quang tử, trong khi đó đường cong tán sắc của cấu trúc tối ưu được biểu diễn như Hình 3.5.
Hình 3.4. Sự phân bố cường độ trường trong chế độ mode cơ bản của sợi tinh thể quang tử với Λ = 1.5 µm và f = 0.30.
Các tham số cấu trúc này được lựa chọn bởi vì: Sợi này có các đặc tính tán sắc nằm toàn bộ trong vùng tán sắc thường với độ phẳng tốt nhất. Ngoài ra, độ tán sắc tại bước sóng bơm bằng – 8.1 ps/nm/km, gần nhất với trục hoành so với tất cả các trường hợp với các hằng số mạng có thể thu được đặc tính tán sắc trong vùng tán sắc thường.
Hình 3.5. Tính toán số đường cong tán sắc trong cấu trúc sợi tối ưu với lõi được lấp đầy CS2.
Hình 3.6 mô tả đặc tính mode hiệu dụng và hệ số phi tuyến trong cấu trúc tối ưu của mode cơ bản. Trong trường hợp này, bởi vì đường kính lõi tương đối nhỏ, vì vậy dẫn đến mode hiệu dụng của cấu trúc tối ưu có giá trị nhỏ trong vùng nghiên cứu. Ngoài ra, mode hiệu dụng của chế độ mode cơ bản tăng tuyến tính theo bước sóng. Đối với bước sóng 0.5 μm, mode hiệu dụng bằng 2.60 μm2, trong khi đối với bước sóng 2.0 μm, mode hiệu dụng bằng 4.11 μm2.
Hình 3.6. Tính toán số đặc tính mode hiệu dụng và hệ số phi tuyến của sợi tối ưu PCF với lõi được bơm đầy bởi CS2.