0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 I in(a.u) I ou t (a .u )
Hình 2.4. Ảnh hưởng của chiều dài hoạt chất lên đường cong LOĐQ.
Bảng 2.2. Độ rộng LOĐQ khi thay đổi chiều dài hoạt chất
L(µm) BSW (a.u)
80 0.0405
100 0.3838
120 0.4516
Từ các số liệu đã trình bày ở trên bảng 2.2 và mô phỏng trên hình vẽ 2.4 cho thấy, hiệu ứng LOĐ đã xuất hiện trong hoạt động của cấu trúc phản hồi phân bố DFBS. Khi thay đổi chiều dài hoạt chất thì độ rộng của đường cong lưỡng ổn định thay đổi. So sánh với việc khảo sát riêng rẽ ảnh hưởng của từng tham số cấu trúc cho thấy khi tham số L biến đổi sẽ làm thay đổi đặc trưng các đường cong LOĐ. Cụ thể là khi chiều dài hoạt chất tăng lên, không những độ rộng của đường cong LOĐ tăng nhanh mà toàn bộ đường cong trễ cũng bị dịch về phía có giá trị thấp hơn của cường độ ra. Độ cao và hình dạng của đường cong LOĐ không đổi và có
L = 80µm L = 100µm L = 120µm
phần cắt nhau. Tham số này đã đóng vai trò như một trong các tham số điều khiển quan trọng hoạt động LOĐ của cấu trúc DFB.
2.2.3.2.Ảnh hưởng của chu kỳ cách tử
Để khảo sát ảnh hưởng của chu kỳ cách tử, chúng tôi chọn các giá trị khác nhau của chu kỳ cách tử Λ và giữ nguyên các tham số khác. Các kết quả khảo sát được mô tả trên các hình 2.5.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 I in(a.u) I ou t (a .u )
Hình 2.5a. Các đường cong lưỡng ổn định với chu kỳ cách tử Λ = 55 nm (đường đứt nét) và Λ = 50nm ( đường liền nét). 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 I in(a.u) I ou t ( a .u )
Hình 2.5b. Ảnh hưởng của chu kỳ cách tử lên đường cong lưỡng ổn định.
Λ = 40nm Λ = 33nm
Hiệu ứng LOĐQ chỉ xuất hiện khi hai điều kiện được thỏa mãn là có sự phản hồi quang học và có môi trường phi tuyến. Các lớp cách tử trong cấu trúc phản hồi phân bố DFB tạo điều kiện cho sự xuất hiện các phản hồi quang học. Việc tạo ra các môi trường phi tuyến được thực hiện bởi việc thay đổi cường độ sáng tới hay thay đổi một vài tham số điều khiển khác.
Có thể nhìn thấy rõ trên các hình vẽ, sự thay đổi của chu kỳ cách tử đã làm xuất hiện hiệu ứng LOĐQ và thay đổi các đặc trưng của các đường cong LOĐ. Nguyên nhân của sự thay đổi này là do sự thay đổi các lớp cách tử N trong cấu trúc DFB. Các kết quả mô phỏng cho thấy khi chu kỳ của cách tử tăng lên thì đặc trưng của LOĐ giảm, cụ thể là độ rộng của đường cong LOĐ giảm xuống và có các phần cắt nhau. Tuy nhiên chúng ta cũng nhìn thấy trên đồ thị, chiều cao và dạng của các đường cong LOĐ là không đổi. Đồng thời toàn bộ đường cong trễ cũng bị dịch về phía có giá trị thấp hơn của cường độ ra. Kết quả này khẳng định, chu kỳ cách tử cũng đóng vai trò là một trong những tham số điều khiển quan trọng và nhạy trong hoạt động LOĐ của cấu trúc DFB. Sự thay đổi giá trị của Λ có ảnh hưởng lớn đến cường độ tín hiệu phản hồi truyền trong cấu trúc.
2.2.3.3. Sự phụ thuộc của cường độ bức xạ truyền qua vào cường độ tới
Theo [8] ta đã tìm được sự phụ thuộc của cường độ bức xạ truyền qua vào cường độ tới (các hình 2.6).
Hình 2.6. Kết quả thực nghiệm về ảnh hưởng của cường độ ánh sáng tới lên cường độ truyền qua. Nguồn TLTK[8].
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time (ms) I ou t ( k W /c m 2) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 Time (ms) I ou t ( k W /c m 2) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Time (ms) I ou t ( k W /c m 2)
Hình 2.7. Sự phụ thuộc của cường độ truyền qua đối với cường độ bơm. a) Iin = 150kW/cm2; b) Iin = 300 kW/cm2; c) Iin = 450 kW/cm2.
Từ kết quả trên đồ thị chúng ta có nhận xét: Đáp ứng chia thành 4 giai đoạn: Tăng lên nhanh ngay sau khi bơm; giảm xuống sau một thời gian nhất định (cỡ 100µs) và ổn định (500µs), sau đó triệt tiêu.
Kết quả này khẳng định tham số điều khiển Iin có vai trò quan trọng trong hoạt động LOĐ của cấu trúc DFBS với môi trường phi tuyến tuần hoàn một chiều
a)
b)
được cấu tạo bởi các tinh thể chất keo. Tham số này ảnh hưởng lớn đến quá trình điều khiển cường độ bức xạ phản hồi và truyền qua trong môi trường hoạt dẫn đến quá trình phụ thuộc phi tuyến của chiết suất môi trường hoạt và do đó gây ra hiệu ứng LOĐ trong hoạt động của cấu trúc DFBS với môi trường phi tuyến tuần hoàn một chiều được cấu tạo bởi các tinh thể chất keo.
2.3. Kết luận chương
Trong chương này xuất phát từ hệ phương trình kết hợp phi tuyến mô tả đặc trưng hiệu ứng LOĐQ trong tinh thể chất keo cùng với bộ giá trị tham số thực nghiệm đã lựa chọn, kết quả giải và mô phỏng bằng số cho thấy hiệu ứng LOĐ đã xuất hiện trong cấu trúc DFBS với môi trường phi tuyến tuần hoàn một chiều được cấu tạo bởi các tinh thể chất keo ở trong cả hai trường hợp cộng hưởng và không cộng hưởng. Các đường cong LOĐ được xây dựng trong mặt phẳng tham số (Iin, Iout) hay trong không gian tham số (Iin, Iout và một tham số điều khiển khác) cho thấy hoạt động LOĐ của DFBS với môi trường phi tuyến tuần hoàn một chiều được cấu tạo bởi các tinh thể chất keo giống như hoạt động của LOĐQ sử dụng các môi trường hoạt khác.
Các tham số được chọn sử dụng làm các tham số điều khiển nhận các giá trị lân cận xung quanh các giá trị thực nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của chúng lên các đặc trưng của đường cong LOĐ. Các kết quả thu được đã chỉ ra rằng hầu hết các tham số đều ảnh hưởng nhất định đến đường cong LOĐ và do đó đã làm thay đổi một cách đáng kể hầu hết các đặc trưng của đường cong LOĐ trong hoạt động của cấu trúc DFB phi tuyến với môi trường là tinh thể chất keo. Trong các tham số này, cường độ ánh sáng tới Iin có ảnh hưởng lớn nhất và nhậy nhất. Khi Iin tăng thì độ rộng LOĐ tăng lên rất nhanh, đồng thời dạng của đường cong LOĐ càng có dạng chữ S đầy đủ khi Iin càng lớn ( không vượt quá giá trị tới hạn). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các thiết bị quang tử đóng vai trò quan trọng trong khoa học kỹ thuật và trong công nghệ truyền dẫn quang. Nghiên cứu các đặc trưng lưỡng ổn định quang học của các thiết bị quang tử được cấu tạo bởi môi trường phi tuyến, từ đó rút ra ảnh hưởng của các thông số lên đặc trưng lưỡng ổn định là mục đích chính của luận văn. Các kết quả chính có thể được tóm tắt như sau:
1. Đã tìm hiểu bản chất vật lý của hiệu ứng lưỡng ổn định quang học và các thiết bị quang tử dựa trên hiệu ứng này như các phần tử nắn xung, các phần tử khuếch đại.
2. Đã tìm hiểu mô hình về môi trường phi tuyến kiểu Kerr có cấu trúc tuần hoàn được cấu tạo bởi các tinh thể chất keo [8] và dẫn ra các phương trình sóng kết hợp tổng quát mô tả quá trình lan truyền sóng điện từ trong môi trường này.
3. Đã nghiên cứu hoạt động LOĐQ của quang tử được cấu tạo bởi tinh thể chất keo. Cụ thể khi chiết suất phi tuyến hoặc chiều dài cách tử tăng thì độ rộng của đường cong lưỡng ổn định tăng nhưng hình dạng đường đặc trưng thì không thay đổi.
Trong chế độ cộng hưởng độ rộng đường cong LOĐQ cũng lớn hơn so với hoạt động không cộng hưởng của quang tử.
Các kết quả thu được trong luận văn này mới chỉ là bước đầu, tuy nhiên chúng tôi hy vọng các kết quả này nó giúp thực nghiệm lựa chọn bộ các giá trị phù hợp của các thông số giới thiệu cho thực nghiệm ứng dụng, chế tạo cho thực tiễn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Hồ Quang Quý (2008), Quang học phi tuyến và ứng dụng, NXB ĐHQG Hà Nội.
[2] L. Brzozowski and E. H. Sargent (2000), Nonlinear distributed-feedback
structures as passive optical limiters, J. Opt. Soc. Am. B/ Vol. 17, No. 8, Pp 1360.
[3]. L. Brzozowski and E. H. Sargent (2004), Nonlinear distributed - feedbacks
opticallimiters, J. Opt. Soc. Am. B, 17: 1360–1365.
[4] L. Brzozowski and E. H. Sargent (2000), Optical Signal Processing Using
Nonlinear Distributed Feedback Structures, IEEE J. of Quant. Elect, Vol. 36, No. 5, Pp. 550.
[5] Yen-Chung Chiang, Chu-Sheng Yang, and Hung-Chun Chang (2004), Analysis of
Nonuniform Nonlinear Distributed Feedback Structures Using a Simple Numerical Approach, IEEE J. of Quant. Elect, Vol. 40, No. 9, Pp 1337.
[6] G.S. He, S.H. Liu, Physics of nonlinear optics, World Scientific Publishing Co.
Pte. Ltd, Singapore 1999, Chapter 12.
[7]. E. Lidorikis, Qiming Li and C. M. Soukoulis (1997), Optical bistability in
colloidal crystals, Ames Laboratory and Department of Physics and Astronomy, Iowa State University, Ames, Iowa 50011.
[8]. M. S. Malcuit et al. (1995), Expimental study of nonlinear periodic structures,
Department of Physics, Lehigh University, Bethlehem, PA 18015.
[9] Yongjun Peng, Kun Qiu, Baojian Wu, Siwei Ji (2009), Study on Characteristics of
Optical Bistable Devices Based on Fiber Bragg Grating, Proc. of SPIE-OSA-IEEE Asia Communications and Photonics, SPIE Vol. 7630.
[10] Stojan Radic, Nicholas George, and Govind P. Agrawal (1995), Theory of low-
threshold optical switching in nonlinear phase-shifted periodic structures, Vol. 12, No. 4 J. Opt. Soc. Am. B, Pp 671.
[11] H. G. Winful, J. H. Marburger, and E. Garmire (1979), Theory of bistability in