1.4.1 Thí nghiệm đo hệ số khuyếch đại Raman Sơ đồ thí nghiệm được chỉ ra trên hình (1.15).
Hình 1.15 Thí nghiệm đo hệ số khuyếch đại Raman
Trong thí nghiệm này sóng bơm có bước sóng 1450.4 nm được bơm ngược chiều với chiều truyền của tín hiệu.
Sóng bơm được lấy từ một Laser Diode MQW (Multi-Quantum Well) với cách tử Bragg (FBG-Fiber Bragg Gratting) có bước sóng trung tâm là 1450.4nm. Phổ của sóng bơm được chỉ ra trên hình (1.16). Độ rộng băng tần 3 dB khoảng 0.8 nm (0.114 THz).
Hình 1.16-Phổ của sóng bơm được sử dụng trong thí nghiệm đo hệ số khuyếch đại Raman.
Bước sóng của ánh sáng tín hiệu là 1550 nm được lấy từ một Laser có thể hiệu chỉnh được. Việc sử dụng kỹ thuật bơm ngược sẽ giảm thiểu được ảnh hưởng của phân cực và dao động biên độ giữa ánh sáng bơm và ánh sáng tín hiệu. Một bộ tách quang (isolator) được đặt trước Laser để không cho ánh sáng bơm đi vào Laser này. Máy phân tích quang phổ (OSA-Optical Spectrum Analyzer) thực hiện đo công suất tín hiệu ra trong hai trường hợp có sóng bơm và không có sóng bơm.
Sợi quang được sử dụng trong thí nghiệm là loại sợi SPECTRAN chiết suất bậc có chiều dài L=22.195 km, diện tích hiệu dụng Aeff = 80µm2, hệ số suy hao α =0.261
km
dB/ , do đó chiều dài hiệu dụng Leff =12.249 km.
Khi không có sóng bơm công suất tín hiệu đầu ra do suy hao là:
) exp(
) 0 ( )
_ (L P L
Ps off = s −αs (1.0) Trong đó αslà hệ số suy hao trên sợi, L là chiều dài của sợi quang, Ps(0) là công suất tín hiệu đầu vào.
Trong trường hợp có sóng bơm, do tác động của hiện tượng khuyếch đại Raman kích thích, công suất tín hiệu đầu ra là :
−
= L
A L P P g
P S
eff eff R s
on
s_ (0)exp 0 α (1.0) Với g=gR là hệ số khuyếch đại Raman, Aeff là diện tích hiệu dụng của lõi sợi, Leff là chiều dài hiệu dụng của sợi. Khi đó tăng ích quang được xác định theo công thức (1.67).
( ) ( )
=
L P
L G P
off s
on s
_ _
log10
10 (dB) (1.0) Từ các phương trình (1.65) và (1.66) ta rút ra hệ số khuyếch đại Raman hiệu dụng:
pump eff eff
R
P L
G A
g
. . 343 .
= 4 (1.0) Từ hệ số khuyếch đại Raman hiệu dụng
eff R
A
g ta có thể tính được giá trị gR bằng
cách nhân
eff R
A
g với Aeff .
Phổ của tín hiệu đầu ra trong hai trường hợp có sóng bơm và không có sóng bơm được chỉ ra trên hình (1.17).
Hình 1.17-Phổ công suất tín hiệu đầu ra trong hai trường hợp có sóng bơm và không có sóng bơm.
Bằng cách lấy tích phân phổ của tín hiệu đầu ra trong hai trường hợp có sóng bơm và không có sóng bơm ta tính được hai giá trị Ps_on( )L và Ps_off( )L , từ đó tính được giá trị tăng ích quang theo phương trình (1.68) kết quả thu được G=3.324dB.
10 4
. 19 ,
5 −
=
⇒
eff R
A
g m−1W−1.
1.4.2 Thí nghiệm đo ngưỡng Raman
Công suất ngưỡng được định nghĩa là công suất bơm đầu vào sao cho ở đầu ra của sợi công suất sóng bơm và sóng Stoke sinh ra bằng nhau. Do đó để đo được công suất ngưỡng đòi hỏi đo công suất bơm đầu vào, công suất sóng bơm và sóng Stoke ở đầu ra đồng thời.
Sơ đồ thí nghiệm dùng để đo công suất ngưỡng của tán xạ Raman kích thích được chỉ ra trên hình (1.18).
CW Laser
PM1
PM2 FUT
PM3 RF Source
Phase Modulator
Coupler
EDFA PC EDFA
Bandpass Filters Bandpass
Filter
Optical Attenuator
CW Laser - Continuous Wave Laser: Laser tạo sóng liên tục PC - Polarisation Controler : Bộ điều khiển phân cực
FUT- Fiber under test : Sợi quang thử nghiệm PM- Power meter : Thiết bị đo công suất
RF Source-Radio Frequency Source: Tạo sóng tần số cao Hình 1.18- Thí nghiệm đo công suất ngưỡng Raman kích thích.
CW Laser tạo ra sóng bơm liên tục có bước sóng là 1550 nm. Sóng bơm này khi được đưa vào trong sợi sẽ làm sinh ra các sóng Stoke do ảnh hưởng của quá trình tán xạ Raman kích thích. Hiện tượng tán xạ Brilloin kích thích (SBS) được loại bỏ bằng cách
sử dụng một bộ điều chế pha hoạt động ở tần số 3 GHz. Bộ điều khiển phân cực PC nhằm tạo cho sóng bơm phân cực ngẫu nhiên. Bằng cách sử dụng một bộ suy hao biến đổi (Optical Attenuator) ta có thể điều chỉnh được công suất đưa vào sợi quang, giá trị công suất bơm đầu vào sẽ được đo bởi thiết bị đo công suất PM1.
Ở đầu ra ta sử dụng một Coupler quang để phân tách sóng bơm và sóng Stoke sinh ra trong sợi quang, chênh lệch tần số giữa sóng bơm và sóng Stoke vào khoảng 12 THz.
Thay đổi công suất đưa vào sợi quang (bằng bộ suy hao biến đổi) cho đến khi công suất sóng bơm và sóng Stoke đầu ra bằng nhau thì trên PM1 ta đo được công suất ngưỡng của SRS. Giá trị công suất ngưỡng đối với các loại sợi quang cóAeff =50µm2,
W m
gSRS =4.17×10−14 / , hệ số suy hao 0.2dB/km và 0.4 dB/km được chỉ ra trên hình (1.19).
Fiber Length (m)
SRS Threshold (W)
103
.
1 1.104 1.105 1.106
10 100
1
Hình 1.19- Ngưỡng Raman kích thích đối với các loại sợi đơn mode có hệ số suy hao khác nhau.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Ứng dụng SRS khuyếch đại tín hiệu quang
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH