nghiên cứu chế tạo cảm biến quang sợi sử dụng cách tử bragg

nghiên cứu chế tạo cảm biến quang sợi sử dụng cách tử bragg

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Phạm Văn Hội

Cán bộ đồng hướng dẫn: TS Bùi Huy

HÀ NỘI - 2011

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô đã giảng dạy trong những năm họctập, và tập thể lớp K52V đã động viên, giúp đỡ trong thời gian qua.

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đối với gia đình,ngườithân,bạn bè-những người luôn động viên và tạo những điều kiện thuận lợi nhất để emyên tâm học tập

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 06 năm 2011 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Mạnh Tưởng

TÓM TẮT NỘI DUNG

Cách tử Bragg trong sợi quang là linh kiện quang tử được làm bằng sợi nhạyquang, trong đó phần lõi sợi quang có chiết suất thay đổi theo một chu kỳ nhất địnhdọc theo chiều dài của sợi quang, sự thay đổi chiết suất này thỏa mãn điều kiện Bragg:

λBragg = 2neff.ΛBragg

Cách tử Bragg có nhiều ứng dụng trong mạng thông tin quang và trong nghiêncứu cảm biến quang sợi như là ứng dụng chế tạo các bộ tách bước sóng quang, bù tánsắc trên tuyến thông tin quang, làm phẳng phổ khuếch đại quang cho thiết bị EDFA vàđặc biệt có khả năng ứng dụng trong các laser sợi với độ đơn sắc cao sử dụng trongmạng viễn thông quang và nghiên cứu chế tạo cảm biến nhiệt độ, áp suất,gia tốc…Trong khuôn khổ khóa luận của mình,chúng tôi đã tìm hiểu một số cấu hình củamột số cảm biến sử dụng cách tử Bragg trong sợi như:cảm biến đo gia tốc,cảm biến đo

dư chấn… và xây dựng một cảm biến đo độ dịch chuyển Với các kết quả thu được cóthể giúp chúng ta sử dụng FBG làm các sensor ứng dụng trong thực tế khi chúng tatích hợp, tinh giản các thiết bị quang trong hệ thống

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung trong bản đồ án tốt nghiệp này là kết quả trong côngtrình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS Bùi Huy và PGS.TS PhạmVăn Hội.Tất cả các số liệu được công bố là hoàn toàn trung thực và chưa từng đượccông bố tại các tài liệu hay ấn phẩm nào khác Các tài liệu tham khảo khác đều có chỉdẫn rõ ràng về nguồn gốc xuất xứ và được nêu trong phần phụ lục cuối khoá luận

Hà Nội ngày 20 tháng 5 năm 2011

Nguyễn Mạnh Tưởng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 3

NGHIÊN CỨU CÁCH TỬ BRAGG TRONG SỢI 3

1.1 Tổng quan về cách tử Bragg trong sợi (FBG) 3

1.1.1 Giới thiệu 3

1.1.2 Nguyên lý hoạt động 4

1.2 Các phương pháp chế tạo FBG 6

1.2.1 Phương pháp chế tạo FBG sử dụng bộ chia chùm tia 8

1.2.2 Phương pháp chế tạo FBG qua mặt nạ pha( Phase Mask) 9

1.2.3 Phương pháp chế tạo FBG bằng hệ giao thoa kế 12

1.3 Ứng dụng của FBG 13

1.3.1 Các ưu điểm chính của FBG 13

1.3.2 Ứng dụng của FBG trong bộ tách ghép kênh OADM 14

1.3.3 FBG dùng để bù tán sắc 20

1.3.4 Ứng dụng trong cảm biến 22

CHƯƠNG 2 CẢM BIẾN QUANG SỢI SỬ DỤNG CÁCH TỬ BRAGG 23

2.1 FBG làm cảm biến nhiệt độ 23

2.2 FBG làm cảm biến sức căng 24

2.3 Cảm biến gia tốc dựa trên FBG cho công trình kiến trúc xây dựng dân dụng .24 2.3.1 Giới thiệu 24

2.3.2 Thiết kế của sensor gia tốc FBG 25

2.4 Sử dụng FBG trong cảm biến đo môi trường lỏng 29

2.5 Cảm biến FBG đo địa chấn 30

2.5.1 Cấu trúc cơ khí của các đầu cảm biến 30

2.5.2 Tần số đáp ứng của cảm biến FBG gia tốc 33

3.1 Khảo sát FBG sensor đo độ dịch chuyển 36

3.2 Kết quả và nhận xét 39

KẾT LUẬN 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Amplifier

Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium

Bragg Grating

Cách tử Bragg sợi quangchu kỳ biến đổi tuyến tính

Multiplexing Bộ ghép tách kênh quangOFA Optical Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi

MỞ ĐẦU

Mô hình cách tử Bragg quang được đưa ra và chứng minh các tính chất của nólần đầu tiên vào năm 1978 bởi Hilletal Đến năm 1989, nó được mô tả một cách rõràng hơn bởi Meltzetal, cách tử Bragg quang được tạo ra bằng cách sử dụng phépchiếu giao thoa hai luồng tia cực tím UV-exposure Với sự phát triển của mình, FBG

có liên quan trực tiếp và chặt chẽ với sự phát triển của sợi quang, nó có khả năng sửdụng trong việc xây dựng các bộ lọc dùng để tách ghép kênh trong hệ thống truyền tải

dữ liệu đa kênh Nổi bật nhất trong những ứng dụng này là FBG được dùng cho hệthống DWDM FBG là cơ sở cho các thiết bị lựa chọn thụ động cho các bước sóngđơn, ghép bước sóng và chọn bước sóng băng hẹp Nó làm việc tốt trong điều kiện cácyếu tố về nhiệt độ và sức căng được đảm bảo bởi vì các điều kiện này có thể ảnhhưởng đến độ tin cậy của FBG

Sự phát triển nhanh chóng của FBG về các ứng dụng trong mạng viễn thôngquang và các hệ thống cảm biến đã thúc đẩy là nâng cao tốc độ đột phá trong nghiêncứu, những kết quả này đã làm cải thiện và phát triển chất lượng cũng như các tínhnăng của các thiết bị quang Trong tương lai, các tính năng của các thiết bị này có thểvượt qua các giới hạn hiện tại bằng việc sử dụng kĩ thuật photonic

Tính năng nhạy cảm với môi trường là một điểm không tốt của FBG, tuy nhiênhiện nay nó lại được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống cảm biến Một trong các ứngdụng là cầu chì sillica, nó liên quan đến tính chất không bị ảnh hưởng bởi điện từtrường của FBG

FBG đang trở nên rất phổ biến với tư cách là một thiết bị quang đơn giản, linhhoạt và có vô số các ứng dụng trong các thiết bị và hệ thống quang

Nhờ khả năng cảm biến tốt đối với sự thay đổi của môi trường nên ta dựa vàoFBG có thể xác định được các thông số vật lý cơ bản của môi trường như áp suất,nhiệt độ,sức căng…

Hiện tại, các FBG có rất nhiều ứng dụng trong các hệ thống cảm biến như:

- Cảm biến nhiệt độ

- Cảm biến sức căng

- Cảm biến áp suất

- Cảm biến gia tốc

- Cảm biến độ dịch chuyển…

Nhờ các tính chất mà FBG có thể mang lại nên chúng tôi đã chọn đề tài

“Nghiên cứu chế tạo cảm biến quang sợi sử dụng cách tử Bragg” làm nội dung nghiêncứu trong khóa luận của mình

Mục đích của khóa luận: Nghiên cứu,chế tạo cảm biến quang sợi sử dụng cách

tử FBG và khảo sát chúng khi thay đổi các điều kiện bên ngoài.Chúng tôi hy vọngrằng các kết quả thu được ban đầu có thể là cơ sở để chúng ta có thể hoàn thiện chúng

và ứng dụng trong thực tế

Nội dung khóa luận gồm có 3 chương:

 Chương 1 Nghiên cứu cách tử Bragg trong sợi

 Chương 2 Cảm biến quang sợi sử dụng cách tử Bragg

 Chương 3 Thực nghiệm và kết quả

CHƯƠNG 1.

NGHIÊN CỨU CÁCH TỬ BRAGG TRONG SỢI

1.1 Tổng quan về cách tử Bragg trong sợi (FBG)

1.1.1 Giới thiệu

Khoảng cách Λ=λ B /n eff

λ B phản xạ

λB tới λB truyền

z

Hình 1.1: Cấu tạo và chiết suất của FBG

Cách tử Bragg quang thực chất là sự xáo trộn cấu trúc chỉ số chiết suất theodạng chu kì dọc theo hướng truyền sóng của sợi quang và được mô tả trong hình trên

Chỉ số chiết suất của FBG được tính theo phương trình sau :

2π ( , , ) ( , , ) δ ( , , )cos( )

Λ

Trong đó n x y z( , , ) là chỉ số chiết suất trung bình của lõi sợi quang và

δ ( , , )n x y z là chỉ số điều chế và Λ là chu kì của FBG

Một lượng nhỏ ánh sáng được phản xạ tại mỗi điểm nơi chỉ số chiết suất củaFBG thay đổi Sự phản xạ hoàn toàn trong FBG xảy ra tại các bước sóng riêng khi ở

đó xuất hiện mode ghép mạnh nhất Đây gọi là điều kiện Bragg được mô tả trongphương trình (1 2), bước sóng mà tại đó có sự phản xạ hoàn toàn được gọi là bướcsóng Bragg λB Chỉ có những bước sóng thoả mãn điều kiện Bragg là chịu ảnh hưởngcủa cách tử và phản xạ một cách mạnh mẽ FBG trong suốt đối với các bước sóng nằmngoài vùng bước sóng Bragg

Bước sóng Bragg được tính như sau:

λB = 2 neffΛ (1 2)

Trong đó neff là chỉ số khúc xạ ảnh hưởng và Λ là chu kì của FBG Đây chính làđiều kiện xảy ra phản xạ Bragg Từ phương trình (1 2) chúng ta có thể thấy rằng bướcsóng Bragg hoàn toàn phụ thuộc vào chỉ số khúc xạ và chu kì của cách tử

Các cách tử dài với chỉ số khúc xạ thay đổi không đáng kể có đỉnh phản xạ rấtnhọn và băng tần phản xạ rất nhỏ

Khi qua FBG thì chỉ một bước sóng bị phản xạ còn các bước sóng khác truyềnqua do đó phổ tín hiệu truyền qua FB tại bước sóng Bragg bị giảm

1.1.2 Nguyên lý hoạt động

Xét hai sóng truyền theo hai hướng ngược chiều nhau với hằng số truyền dẫn0

và 1 Năng lượng được ghép từ sóng này sang sóng khác nếu chúng thoả mãn điềukiện cân bằng pha Bragg:

 truyền từ trái qua phải Năng lượng từ sóng này được ghép vào sóng tán xạ chuyển

dịch theo hướng ngược lại tại cùng bước sóng nếu thoả mãn điều kiện pha Bragg

0 0 0

22

 , λ0 là bước sóng của sóng đến, neff là chỉ số khúc xạ hiệu

dụng của sợi quang (vật làm cách tử Bragg), sóng được phản xạ với điều kiện là:

0 2n eff

   (1.5) Bước sóng λ0 này được gọi là bước sóng Bragg Trong thực tế, hiệu suất phản xạ

giảm khi bước sóng của sóng đến không ăn khớp với bước sóng Bragg Do đó nếu có

một vài bước sóng được truyền vào cách tử Bragg thì bước sóng Bragg được phản xạ

trong khi các bước sóng khác được truyền qua mà không bị tổn hao hoặc tổn hao rất ít

Sự hoạt động của cách tử có thể được hiểu bằng cách tham khảo hình 1.2, hình

vẽ cho thấy sự thay đổi tuần hoàn chỉ số khúc xạ Sóng đến được phản xạ từ mỗi chu

kỳ cách tử Các sự phản xạ này được cộng pha khi chiều dài đường đi của sóng λ0 ở

mỗi chu kỳ bằng một nửa bước sóng đến λ0 Điều này tương đương với neff  0 2

(điều kiện Bragg)

Hình 1.2: Nguyên lý hoạt động của cách tử Bragg

1.1.3 Phổ phản xạ và phổ truyền qua của FBG

Λ

Hình 1.3: Dạng phổ của tín hiệu khi qua cách tử a) Phổ tín hiệu vào, b) Phổ tín

hiệu được truyền qua, c) Phổ tín hiệu bị phản xạ

Khi cho tín hiệu dải rộng qua cách tử thì chỉ có bước sóng phù hợp với bướcsóng cách tử được phản xạ trở lại và các bước sóng còn lại cho qua Cường độ của tínhiệu được phản xạ khi qua cách tử phụ thuộc vào chiều dài cách tử, độ chính xác củacách tử

1.2 Các phương pháp chế tạo FBG

Để chế tạo FBG ta dựa theo nguyên lý: chiếu chùm tử ngoại có năng lượng đủlớn để làm thay đổi cấu trúc và chiết suất của lõi sợi dọc theo chiều dài của sợi Sựthay đổi chiết suất trong lõi sợi quang theo quy luật tuần hoàn là do có sự giao thoacủa hai chùm tia UV

Xét trường hợp chiếu chùm UV có bước sóng 248nm vào sợi quang có lõi làSiO2 pha tạp GeO2 là vật liệu nhạy quang (14% đến 20%) nếu pha tạp thấp sẽ khôngtạo được FBG

Hình 1.4: cấu trúc GeO 2 trong lõi sợi quang

Khi chiếu chùm UV vào sợi tại một vị trí nào đó cấu trúc của GeO2 bị bẻ gãy, khi

đó nguyên tử Oxi sẽ không còn ở vị trí cũ nữa mà lệch đi so với hướng ban đầu Tại vịtrí đó chiết suất của sợi thay đổi do đó có thể tạo được chiết suất khác nhau ở từngđoạn trong lõi sợi, nơi có cường độ UV lớn thì chiết suất tăng, nơi có cường độ UVthấp thì giữ nguyên chiết suất nên tạo được cấu trúc của FBG

Khi áng sáng tới bề mặt có sự thay đổi chiết suất sẽ bị phản xạ trở lại, khi thoảmãn điều kiện Bragg thì sẽ thu được bước sóng phản xạ Bragg

Hình 1.5 mô tả nguyên lý chế tạo FBG dựa vào hiện tượng giao thoa của haichùm tia UV

Hình 1.5: Sự giao thoa của hai chùm tia UV để tạo FBG

Chú ý: khi sử dụng chất khác pha tạp vào lõi thì cần phải sử dụng bước sóngkhác 248nm để bẻ gãy mạch liên kết của chất pha tạp trong cấu trúc.

Có rất nhiều phương pháp chế tạo cách tử Sau đây chúng ta tìm hiểu một sốphương pháp để chế tạo FBG

1.2.1 Phương pháp chế tạo FBG sử dụng bộ chia chùm tia

Phương pháp được mô tả như trong hình 1.6 Chùm UV được chia làm 2 tại bộchia chùm tia (beam splitter) và sau đó được hội tụ tại góc θ nhờ sự phản xạ từ haigương UV Phương pháp này cho phép bước sóng Bragg được chọn phụ thuộc vàobước sóng UV theo công thức sau:

sin2

eff uv B

uv

n n

Sợi được giữ ở đoạn giao thoa của hai chùm tia Đây là phương pháp được sửdụng thành công đầu tiên để chế tạo cách tử tại bước sóng nhìn thấy

Hình 1.6: Chế tạo FBG dùng Beam splitter.

Ở đây chùm laser phải đủ lớn để khi tách ra thành hai phần thì tính chất củachùm tia không thay đổi Trong công nghiệp cách này rất khó để sản xuất hàng loạt

1.2.2 Phương pháp chế tạo FBG qua mặt nạ pha( Phase Mask)

Phương pháp này lợi dụng một phần tử quang nhiễu xạ để điều chỉnh chùm tửngoại khắc

* Nguyên lý nhiễu xạ qua mặt nạ pha(Phase Mask) : khi chiếu chùm tia UV

qua Phase Mask, chùm tia này sẽ được nhiễu xạ thành một vài bậc m = 0, 1,…Điềunày được cho thấy trong hình 1.7 Các bậc đến và bậc nhiễu xạ thoả mãn phương trìnhnhiễu xạ chung, với Λpm là chu kỳ của Phase Mask:

sin sin2

pm

uv m

θm/2 là góc của bậc được nhiễu xạ, λuv là bước sóng UV và θi là góc của chùm

UV tới.Trong các trường hợp khi chu kỳ của cách tử nằm giữa λuv và λuv/2 thì sóng đếnchỉ được nhiễu xạ thành một bậc (m = -1) với phần công suất còn lại giữ nguyên trongsóng được truyền qua m = 0

Hình 1.7: Nhiễu xạ của chùm tia tới Phase Mask.

* Nguyên lý chế tạo

Để việc khắc cách tử dễ dàng và có hiệu quả hơn người ta sử dụng Phase Maskvới các tia UV tới vuông góc với Phase Mask và mặt cắt của cách tử tuần hoàn trongPhase Mask phải được chọn sao cho khi chùm tia UV đến trên Phase Mask, chùm tianhiễu xạ bậc không có công suất nhỏ hơn 5% công suất truyền, bậc 1 và -1 có côngsuất lớn nhất (lớn hơn 37 % công suất truyền)

Hình 1.8: Chùm UV tới vuông góc được nhiễu xạ thành hai bậc1

Khi bức xạ UV tới vuông góc với Phase Mask (θi = 0) thì bức xạ này được nhiễu

xạ thành các bậc m = 0 và m = 1 như thấy trong hình 1.8 Đặt sợi ngay sau PhaseMask (như thấy trong hình 1.9), mẫu giao thoa tại sợi của hai chùm nhiễu xạ bậc 1

được hội tụ có chu kỳ Λg liên quan tới góc nhiễu xạ θm/2 theo phương trình:

 

pm uv

eff

N n

Trong đó N 1 là số nguyên chỉ ra bậc của chu kỳ cách tử

Để làm tối thiểu bậc không từ chùm tia UV đến vuông góc trên Phase Mask thìchiều sâu được khắc nhỏ nhất d của cách tử của Phase Mask

2

uv uv

nuv là chỉ số của vật liệu Phase Mask tại bước sóng uv

Hình 1.9: Chế tạo cách tử FBG dùng Phase Mask

Ưu điểm:

- Tạo ra bước sóng phản xạ chính xác, đơn giản.

Nhược điểm:

- Mỗi loại Phase Mask chỉ chế tạo được một loại FBG (chu kỳ không đổi = chu

kỳ Phase Mask /2) mà Phase Mask khá đắt

- Hệ số phản xạ thấp dưới 80% do sợi khó đặt vào vị trí giao thoa của hai chùmtia và do sợi đặt gần Phase Mask chịu ảnh hưởng của rung động cơ học

1.2.3 Phương pháp chế tạo FBG bằng hệ giao thoa kế

Sơ đồ nguyên lý được mô tả trong hình 1.10 Chiếu chùm UV vuông góc vớiPhase Mask, sau khi qua Phase Mask chùm tia bị tán xạ thành nhiều chùm ứng với cácbậc 0, 1, 2,   Ta chỉ dùng nhiễu xạ bậc 1 có cường độ lớn nhất và hướng chúng tới

hệ 2 gương giao thoa, sau khi phản xạ trên 2 gương giao thoa, hai chùm tia đó sẽ đượcgiao thoa trên sợi quang để tạo cách tử Nếu để bậc 0 chiếu tới sợi sẽ ảnh hưởng tớiquá trình chế tạo FBG, do đó ta phải chắn chùm bậc 0 lại Chu kỳ cách tử g chế tạođược được tính theo công thức:

uv g

- Có thể chế tạo được FBG trong dải bước sóng rộng (ví dụ loại Phase Mask

1060 có thể chế tạo được FBG có bước sóng Bragg nằm trong khoảng 1200nm tới

- Hệ số phản xạ cao lên tới trên 90%.

- Chiều dài cách tử có thể thay đổi được bằng cách điều chỉnh hai gương giaothoa

1.3.1 Các ưu điểm chính của FBG

- FBG thuộc loại bộ lọc phản xạ, FBG phản xạ bước sóng cần dùng thay cho sựtruyền qua như các bộ lọc truyền thống khác Nó có khả năng tách bước sóng với độchính xác cao (0,05nm là dễ dàng đạt được)

- FBG có thể được chế tạo với sự mất mát vô cùng thấp (tại bước sóng 1550nm

có suy hao thấp nhất 0,2dB)

- Ổn định trong quá trình sử dụng và có hiệu suất cao (phản xạ gần như 100%ánh sáng tới)

- Có kích thước nhỏ, dễ sử dụng và gỡ bỏ khi cần thiết

- Không chịu ảnh hưởng của nhiễu điện từ trường nên có thể sử dụng FBG trongmạng thông tin ở những nơi có điện từ trường mạnh như tại các nhà máy điện

- Dễ tích hợp trong các sợi quang để sử dụng trong mạng viễn thông

- Dễ chế tạo, giá thành không cao

1.3.2 Ứng dụng của FBG trong bộ tách ghép kênh OADM

Hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM là một trong những giảipháp quan trọng nhất của các hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao Sự phát triển củacác tuyến truyền dẫn quang điểm- điểm với bước sóng đơn lên thành hệ thống truyềndẫn quang ghép kênh theo bước sóng đã đưa ra nhu cầu về các bộ tách ghép kênh theobước sóng OADM dùng để tách ghép và định tuyến các kênh bước sóng khác nhau.Các thiết bị này có thể được sử dụng tại nhiều điểm khác nhau trên mạng dọc theo các

tuyến truyền dẫn quang và có chức năng ghép/tách các kênh quang với các bước sóng

đã được lựa chọn, với chức năng này độ mềm dẻo linh hoạt của hệ thống đã được cảithiện rõ rệt Nó trở thành một phần rất quan trọng của các ứng dụng WDM, chẳng hạnnhư các khu vực khác nhau có thể cùng kết nối trên một tuyến quang bằng việc tách /ghép kênh từ một đường truyền quang Thêm vào đó, sự mềm dẻo trong tốc độ dữ liệucủa các kênh WDM riêng biệt cho phép cung cấp tốc độ tuỳ theo nhu cầu Mô hìnhcủa bộ tách ghép kênh được mô tả trong hình sau :

ADM

1 In 2 out

3 add drop4

λ1 … λ16

λ1 λ3 λ5

λ1 … λ16

λ1 … λ16

Mô hình cơ bản của OADM

Hình 1.11: Mô hình cơ bản của OADM

Có hai dạng OADM chính được sử dụng trong các mạng quang WDM, đó làfixed OADM được dùng để tách hoặc ghép các tín hiệu dữ liệu trên các kênh WDMriêng biệt cố định và OADM có thể điều chỉnh vì vậy nó có khả năng lựa chọn địnhtuyến được các bước sóng khác nhau trong mạng quang Chức năng chính của dạngthiết bị OADM thứ hai này là cung cấp định tuyến lại một cách mềm dẻo cho cácluồng quang, định tuyến vòng cho các kết nối hỏng, do vậy nó làm cho giảm tối thiểuviệc phải ngắt dịch vụ và cũng như khả năng thích ứng hay nâng cấp mạng quang vớicác kĩ thuật WDM khác nhau

Các cấu hình đã giới thiệu trước đây dùng để thực hiện tách hay ghép kênh quang

sử dụng cả hai công nghệ Planar và công nghệ sợi Các thiết bị Planar cung cấp các tổhợp giải pháp với khả năng tách và ghép nhiều kênh sử dụng duy nhất chỉ một mạchquang tích hợp sử dụng kĩ thuật dãy cách tử dẫn sóng AWG (arrayed waveguidegratings) hoặc kĩ thuật định tuyến cách tử dẫn sóng WGR (waveguide grating router).Mặt hạn chế chính của thiết bị Planar là suy hao xen cao, có thể lên tới 7 dB và tínhphụ thuộc phân cực Mặt khác các thiết bị toàn quang là cũng là các giải pháp rất hấpdẫn bởi vì tính suy hao xen thấp, tính nhạy phân cực (phụ thuộc vào sợi và cấu hình)

và dễ dàng sử dụng cho việc ghép giữa các thiết bị đầu vào và đầu ra của mạng quangbằng việc sử dụng các ghép nối đơn giản

Một dạng riêng của các OADM toàn quang đó là dựa trên cách tử Bragg đặt giữacác coupler quang Cấu hình này đã được chứng minh là phù hợp cho việc thực hiệntách ghép kênh, bao gồm các cách tử Bragg và các dạng coupler như là coupler nửavòng (half cycle), coupler kín (full cycle)

Các cấu hình OADM

 OADM dựa trên FBG và coupler 3 dB

Cấu hình đảm bảo tính ổn định và thực hiện tốt chức năng tách ghép kênh đượcđưa ra dựa trên thiết bị 4 cổng PW (planar waveguide) được mô tả trong hình … Nóbao gồm các thiết bị : bộ chia 3 dB và cách tử ở một trong các cổng ra output củacoupler làm nhiệm vụ chọn bước sóng

3 dB coupler

3 dB coupler In

Hình 1.12: Mô hình OADM dựa trên FBG và coupler 3 dB

Nguyên lý hoạt động của mô hình thiết bị này như sau: ánh sáng đưa vào cổng 1

và được chia làm 2, tại cổng ra FBG sẽ phản xạ các ánh sáng có bước sóng λ G và quaytrở lại cổng Dropped 4 và được lấy ra ngoài Cổng ra còn lại của Coupler được ngâmchìm vào trong vào trong chất lưu có chỉ số chiết suất phù hợp để làm cho ánh sángkhông phản xạ trở lại Tín hiệu đã được chọn sẽ xuất hiện tại ở cả cổng 1 và 4 (cổng In

và Drop) Một thiết bị Isolator đặt tại cổng 1 của Coupler để bảo vệ tín hiệu vào của hệthống không bị ảnh hưởng bởi các tín hiệu phản xạ Tín hiệu tách yếu hơn 6 dB so vớitín hiệu gốc đưa vào Trong truyền dẫn, một Coupler 3 dB thứ hai sẽ chia tín hiệukhông được cách tử phản xạ Chức năng thêm vào này được thực hiện bằng cách đưamột tín hiệu vào cổng 3, bước sóng của tín hiệu lựa chọn sao cho nó bị phản xạ bởi

λ

cách tử (λ G) và vì vậy nó được ghép vào tín hiệu quang ở cổng 2 theo nguyên lý hoạtđộng của Coupler Một thiết bị Isolator cũng được sử dụng và đặt tại cổng 3 để cách lytín hiệu đưa vào và tín hiệu truyền dẫn từ cổng vào đưa tới Khi sử dụng hai Isolatortại cổng vào và cổng ghép thêm , cấu hình không giao thoa cho phép thực hiện khảnăng tách ghép rất tốt Trong cấu hình này không có giới hạn hay điều kiện nào về độdài, vị trí hay apodisation của cách tử Cách tử lọc bước sóng có thể được thiết kế sửdụng phương pháp inverse scattering Nhược điểm của cấu hình này là việc hỗ trợ mấtdung lượng cho tất cả các kênh thấp nhất 6 dB Tuy nhiên khi so sánh nó với các thiết

bị dựa trên cơ sở PW (planar waveguide) có độ mất tín hiệu tương tự nhưng lại có sựlinh hoạt hơn trong việc chế tạo và điều chỉnh bước sóng lựa chọn của cách tử

 OADM dựa trên FBG và cấu hình giao thoa March-Zehnder

Một phương pháp để khắc phục việc mất tín hiệu của cấu hình trên yêu cầu thêmmột cách tử giống hệt như cách tử đầu tiên và tất cả các cổng của Coupler đều sửdụng, vì vậy cấu hình này còn gọi là cấu hình giao thoa Mach – Zehnder Cả hai dạngthiết bị chế tạo theo công nghệ planar hay công nghệ toàn quang sử dụng cho cấu hìnhnày đều đã được mô tả và thực nghiệm

Về mặt lý thuyết thiết bị này là đối xứng và có thể mang lại những kết quả khảquan trong chống mất tín hiệu, sự phản xạ ngược và chống xuyên âm

Identical grating λ1 …… λ8

λ1 …… λ8

3 dB coupler 3 dB coupler λG

Hình 1.13: OADM dựa trên cấu hình giao thoa Mach-Zehnder

Nguyên lý của cấu hình này được miêu tả trong hình vẽ trên: Một Coupler 3 dBchia ánh sáng đưa vào từ cổng 1 và ánh sáng có bước sóng λG được phản xạ bởi haicách tử FBG giống nhau Các tín hiệu phản xạ này được đưa trở lại vào Coupler vàđược lấy ra tại cổng Drop Tín hiệu phản hồi ngược trở lại cổng 1 được triệt tiêu hoàntoàn nhờ sử dụng Coupler phù hợp (bộ chia 50%) Các bước sóng phát được làm nhiễutrong Coupler 3 dB thứ hai vì thế chúng đến cổng ra mà không có phần dư nào phản xạtrở lại cổng Add, tính năng này cũng do Coupler quyết định Cấu hình này dựa trên cơ