Chương 2 : Khả năng thu nhận ỏnh sỏng của laser
3.1. Hệ thu tớn hiệu laser độ nhạy caọ
3.1.1. Sơ đồ khối của hệ đo
Hỡnh 3-1: Sơđồ khối của hệđo
Trong Hỡnh 3-1 là sơ đồ khối của hệ thực nghiệm. Hệ bao gồm: 1. Nguồn bơm 2. Nguồn tớn hiệụ 3. Bộ suy giảm 4. Isolator. 5. Coupler 6. Laser thu tớn hiệụ 7. Mỏy phõn tớch phổ 8. Mỏy đo cụng suất
45
3.1.2. Nguồn bơm
Nguồn bơm là laser diode đơn mode Nortel LC92A-20 cú bước súng là 980 nm, cụng suất lớn nhất là 37 mW. Nguồn bơm dựng để kớch thớch mụi trường khuếch đại của laser nguồn và laser thụ
3.1.3. Nguồn tớn hiệu
Nguồn tớn hiệu là laser phản hồi phõn bố DFB quang sợi pha tạp erbium cú thể thay đổi được bước súng.
Để thay đổi bước súng, trờn thực tế cú thể sử dụng phương phỏp kộo căng hoặc thay đổi nhiệt độ. Ở đõy sử dụng phương phỏp kộo căng để thay đổi bước súng.
Như trong phần lý thuyết đó nờu, laser quang sợi cú chiều dài buồng cộng hưởng là Lc sẽ phỏt laser tại bước súng cộng hưởng của buồng là:
c nL m 2 0 = λ (40)
Trong đú λ0 là bước súng cộng hưởng; n là chiết suất tỏn xạ; m là một số
nguyờn lớn.
Mối liờn quan giữa bước súng trung tõm của cỏch tử và chu kỳ cỏch tử là: Λ
= n
B 2
λ (41)
Khi cú một lực kộo căng tỏc động lờn laser tức là tỏc động đều lờn 2 cỏch tử Bragg và phần quang sợi là mụi trường khuếch đạị Cả hai cỏch tử Bragg và phần sợi quang bờn trong hai cỏch tử đều bị kộo gión và chiều dài bị thay đổị Sự
thay đổi đú làm thay đổi chu kỳ của cỏch tử Bragg và kộo theo sự thay đổi bước súng của cỏch tử Bragg.
Đồng thời, khi chiều dài sợi quang bờn trong cỏch tử thay đổi, tức là chiều dài buồng cộng hưởng Lc thay đổi thỡ bước súng phỏt laser cũng thay đổị Bước súng thay đổi của cỏch tử Bragg phự hợp với bước súng phỏt laser của buồng cộng hưởng.
46
Như vậy, khi bị kộo căng, cỏch tử phản xạ Bragg cũng được thay đổi bước súng phản xạđảm bảo chọn lọc mode cho laser.
Một cỏch tổng quỏt, sự thay đổi bước súng laser khi laser cú sự thay đổi nhiệt độ hoặc bị kộo căng là: const T const T pe = + + = − = δε α ζ δ ε λ δλ ) ( ) 1 ( (42)
Trong đú α là hệ số mở rộng, ζ là hệ số quang nhiệt, pe là hằng số, ε là lực kộo tỏc động.
Hỡnh 3-2 là hỡnh ảnh phổ laser thu được khi thay đổi sự tỏc động của lực kộọ 1539 1540 1541 1542 1543 1544 -0.005 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 0.055 0.060 0.065 0.070 Binh thuong,dinh=1540.355 nm Keo 250 μm,dinh=1540.489 nm Keo 500 μm,dinh=1541.292 nm Keo 800 μm,dinh=1541.827 nm C u on g do Buoc song (nm)
Hỡnh 3-2: Đồ thị phổ dịch chuyển bước súng phụ thuộc vào độ kộo căng
Từ Hỡnh 3-2 ta thấy, phổ của laser bị dịch chuyển về phớa bước súng dài hơn khi lực kộo tăng lờn và dạng phổ của laser khụng thay đổị
47
Đồ thị sự phụ thuộc của bước súng vào độ kộo căng được biểu diễn trờn
Hỡnh 3-3 0 200 400 600 800 1000 1540.2 1540.4 1540.6 1540.8 1541.0 1541.2 1541.4 1541.6 1541.8 1542.0 Độ kéo căng (μm) B − ớc sóng (nm)
Hỡnh 3-3: Đồ thị sự phụ thuộc bước súng vào độ kộo căng
Đồ thị 3-3 biểu diễn sự phụ thuộc của bước súng vào độ kộo căng. Nhỡn
đồ thị ta thấy, lỳc đầu khi độ kộo căng cũn nhỏ thỡ bước súng chưa bị thay đổi, khi độ kộo căng đạt tới một giỏ trị là 200 μm với tổng chiều dài sợi kộo là 21 cm thỡ bắt đầu xuất hiện hiện tượng dịch chuyển bước súng. Sau đú, độ kộo căng tăng thỡ bước súng dịch chuyển theọ Khi độ kộo căng đạt tới một giỏ trị nhất
định thỡ bước súng khụng dịch chuyển nữạ Độ dịch chuyển lớn nhất cú thể đạt
được là 2 nm.
Thay đổi cụng suất bơm một cỏch tuần tự từ nhỏ tới lớn và đo cụng suất tớn hiệu laser ra, ta thu được hỡnh ảnh đường đặc trưng cụng suất của laser quang sợi DFB nguồn tớn hiệu được biểu diễn trờn hỡnh 3-4 :
48
Hỡnh 3-4: Đặc trưng cụng suất của laser nguồn tớn hiệu
Từ đường đặc trưng cụng suất này ta cú thể xỏc định được giỏ trị bơm ngưỡng là 2,49 mW tại dũng 25 mẠ
3.1.4. Isolator
Bộ cỏch ly quang (isolator) cú tỏc dụng làm giảm ỏnh sỏng phản xạ từ hệ
thống phản hồi trở lại gõy nhiễu tới tớn hiệu phớa sau, đồng thời chỉ cho tớn hiệu ở
bước súng 1550 nm đi qua .
3.1.5. Bộ suy giảm
Bộ suy giảm (attenuator) Agilent 8613B dựng đểđiều chỉnh mức cụng suất tớn hiệu tiờm vào laser thụ
3.1.6. Laser thu
Laser thu cũng là laser quang sợi pha tạp erbium phản hồi phõn bố DFB
được bơm ở gần ngưỡng, cú độ rộng FWHM thay đổi giữa 150 MHz và 8 MHz (phụ thuộc vào dũng bơm).
49
Đường đặc trưng cụng suất của laser thu được biểu diễn trờn hỡnh 3-5:
Hỡnh 3-5: Đặc trưng cụng suất của laser thu
Từ đõy ta cũng cú thể xỏc định được ngưỡng của laser thu là 9, 28 mW tại dũng 50 mẠ