• Phổ khuyếch đại Raman:– Trong điều kiện CW, sự phát triển của sóng Stokes mô tả bởi: Trong đó: Is là cường độ Stokes, Ip là cường độ bơm, g R là hệ số khuyếch đại Raman liên hệ với ph
Trang 2• Phổ khuyếch đại Raman:
– SRS xảy ra từ tương tác trường quang với môi trường sinh ra năng lượng dao động (phonon) và photon tần số thấp
hf in = hf out + hf phonon
hf in hf out
hf phonon
Trạng thái nền Trạng thái dao động
(a) Stokes
hfin hf out
hf phonon
Trạng thái nền Trạng thái dao động
(a) Anti-Stokes
Trang 3• Phổ khuyếch đại Raman:
– Trong điều kiện CW, sự phát triển của sóng Stokes mô tả bởi:
Trong đó: Is là cường độ Stokes, Ip là
cường độ bơm, g R là hệ số khuyếch đại
Raman liên hệ với phần ảo độ cảm phi
tuyến bậc ba.
ap là diện tích mặt cắt chùm bơm trong
sợi.
Trang 4• Ngưỡng Raman:
– Xét tương tác phi tuyến giữa các sóng bơm và Stokes:
– Khi không có suy hao:
– Trường hợp gần đúng: bỏ qua sự nghèo nguồn bơm
Trong đó: s và p là hệ số suy hao của sợi tại các tần số Stokes và bơm tương ứng.
Nghiệm thu được:
Trong đó: I0 là cường độ bơm đi vào tại z = 0, L là chiều dài sợi.
Trang 5• Ngưỡng Raman:
– Tính công suất Stokes:
– Ngưỡng Raman được định nghĩa như là công suất bơm đầu vào tại
đó công suất Stokes bằng với công suất bơm đầu ra sợi:
Giả sử phổ khuyếch đại Raman có dạng Lorentz, ngưỡng Raman đạt
được khi:
Trong đó:
Trang 6• Hệ phương trình ghép cặp:
– Xét trường quang có dạng:
– Thu được hệ 2 phương trình ghép cặp:
Trong đó:
Trang 7• Hệ phương trình ghép cặp:
– Các đóng góp Raman:
– Trường hợp biến đổi chậm:
– Đặt các hệ số khuyếch đại:
Trong đó: là biến đổi Fourier của và dấu – được chọn cho j = s.
Trang 8• Hệ phương trình ghép cặp:
– Hệ phương trình ghép cặp:
– Độ lệch vận tốc nhóm giới hạn quá trình SRS trong khoảng thời
gian mà các xung bơm và Raman xếp chồng Độ dài walk-off
Trang 9• Phổ khuyếch đại Brillouin:
– SBS là sự tương tác giữa các trường bơm và Stokes thông qua sóng âm (phonon âm)
– Trường bơm gây ra một sóng âm thông qua quá trình điện giảo (electrostriction) điều biến chiết suất của môi trường (cách tử)
tán xạ ánh sáng
– Một photon bơm bị hủy sinh ra đồng thời một photon Stokes và một phonon âm
– Bảo toàn năng lượng và xung lượng yêu cầu:
– Sóng âm thỏa mãn hệ thức tán sắc:
Trong đó: kp và ks là các vector sóng của sóng bơm và Stokes tương ứng.
Trang 10• Phổ khuyếch đại Brillouin:
– Trong sợi đơn mode = , sự dịch Brillouin được xác định:
– Sự tiến triển của sóng Stokes được đặc trưng bởi phổ khuyếch
đại Brillouin g B()
dạng phổ Lorentz:
Trong đó: hệ số khuyếch đại đỉnh xảy ra tại = B được xác định:
p12 là hệ số quang đàn hồi dọc và 0 là mật độ vật liệu Độ rộng phổ FWHM liên hệ với B: Thời gian sống của phonon:
Trang 11• Phổ khuyếch đại Brillouin:
– Phổ khuyếch đại Brillouin hoàn toàn hẹp (~50 MHz)
– Sự dịch Brillouin phụ thuộc vào pha tạp GeO2 trong lõi sợi
– Có nhiều đỉnh vì sự kích hoạt các mode âm khác nhau
– Mỗi mode âm lan truyền tại vận tốc A khác nhau và như vậy
dẫn đến sự dịch tần Brillouin khác nhau
(a) Sợi lõi thủy tinh, (b) sợi vỏ dẹt, (c) sợi dịch tán sắc.
Trang 12• Hệ phương trình ghép cặp:
– Trong điều kiện trạng thái tĩnh:
– Khi không có suy hao sợi quang:
– Trong sợi thực tế, góc phân cực tương đối giữa sóng bơm và Stokes biến đổi ngẫu nhiên gB bị giảm bởi một hệ số cỡ 1,5
I p – I s duy trì không đổi dọc theo sợi quang.
Trang 13• Ngưỡng Brillouin:
– Bỏ qua sự nghèo sóng bơm:
– Nghiệm của phương trình Stokes:
– Ngưỡng Brillouin thu được:
– Khuyếch đại Brillouin gB 5 x 10-11 m/W gần như không phụ
thuộc bước sóng bơm
Trong đó:
Trang 14• Ảnh hưởng:
– SRS dẫn tới xuyên nhiễu giữa các kênh trong hệ thống thông tin quang WDM
– Tuy nhiên xuyên nhiễu có thể giảm bằng một số kỹ thuật điều khiển
• Một số ứng dụng:
– Khuyếch đại quang
– Nguồn laser công suất cao
– Cảm biến sợi quang