Bài tiểu luận: Bộ bù tán sắc kích thước nano

Nhằm giúp các bạn chuyên ngành Vật lý có thêm tài liệu tham khảo trong quá trình học tập và nghiên cứu nội dung bài tiểu luận Bộ bù tán sắc kích thước nano dưới đây. Nội dung tài liệu giới thiệu đến các bạn những nội dung về tán sắc, bộ bù tán sắc kích thước nano. Hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn.

1. Tán s c ắ

1.1. Khái ni mệ

Tán s c là hi n tắ ệ ượng dãn xung ánh sáng theo th i gian khi truy n tìn hi u, gây nênờ ề ệ   méo tín hi u. Đây là v n đ  quan tr ng v i tuy n t c đ  cao, đệ ấ ề ọ ớ ế ố ộ ường truy n d nề ẫ   dài

1.2.  Phân lo i tán s c: ạ ắ

1.3. Tán s c modeắ

1.3.1. M t s  đ c đi mộ ố ặ ể

Trong s i đa mode, t c đ  lan truy n ánh sang c a các mode khác nhau. S  chênh l chợ ố ộ ề ủ ự ệ  

th i gian đ n đi m thu gi a các tia sang gây tr  nhóm mode lan truy n dãn xung ánhờ ế ể ữ ễ ề →   sáng

Tán s c mode:ắ

Đ  giãn xung tín hi u quang sau khi truy n trong s i quang dài L(km) đo b ngộ ệ ề ợ ằ  

hi u th i gian truy n gi a mode  b c cao nh t và mode b c th p nh t.ệ ờ ề ữ ậ ấ ậ ấ ấ

1.3.2. Bi n pháp gi m tán s c mode:ệ ả ắ

 S  d ng s i đ n mode.ử ụ ợ ơ

 S  d ng s i có chi t su t bi n đ iử ụ ợ ế ấ ế ổ

1.4. Tán s c đ n s c – Chromaticắ ơ ắ

1.4.1. Tán s c d n sóngắ ẫ

Tán s c d n sóng do s i  đ n mode ch  gi  đắ ẫ ợ ơ ỉ ữ ược kho ng 80% năng lả ượng trong lõi,  còn 20% ánh sáng truy n trong v  nhanh h n năng lề ỏ ơ ượng trong lõi

H  s  tán s c:ệ ố ắ

1.4.2. Tán s c v t li uắ ậ ệ

Là phép nh ng bi n đ i c a chi t xu t khúc x  nhóm Ng   nh ng bữ ế ổ ủ ế ấ ạ ở ữ ước sóng  khác nhau. Tán s c v t li u đắ ậ ệ ược tính t  tích phân c a ng theo bừ ủ ước sóng:

1.4.3. Bi n pháp gi m tán s c chromaticệ ả ắ

Chúng ta có th  s  d ng các lo i s i gi m tán s cể ử ụ ạ ợ ả ắ

 Các lo i s i quang gi m tán s c:ạ ợ ả ắ

S i đ n mode – SMF hay s i không có tán s c d ch chuy n (dispersion­unshifted) theoợ ơ ợ ắ ị ể   tiêu chu n ITU­ G.652. S i này có h  s  tán s c nh  t i c a s  1310nm, nh ng l i cóẩ ợ ệ ố ắ ỏ ạ ử ổ ư ạ  

h  s  tán s c l n t i vùng 1550nm.ệ ố ắ ớ ạ

S i tán s c d ch chuy n   dispersion­shifted fiber (DSF) theo tiêu chu n ITU­ G.653ợ ắ ị ể ẩ  

được thi t k  có h  s  tán s c b ng 0 t i bế ế ệ ố ắ ằ ạ ước sóng 1550. Tuy nhiên, s i này cũng cóợ  

m t s  h n ch ,  tán s c phân c c cao h n s i SMF và độ ố ạ ế ắ ự ơ ợ ược dung trong h  th ng đ nệ ố ơ   kênh quang

S i tán s c d ch chuy n không b ng không (NZ­DSF) theo chu n ITU­655, đợ ắ ị ể ằ ẩ ược phát  tri n d a trên s i DSF. S i có tán s c nh  t i c a s  1550nm. Thích h p v i h  th ngể ự ợ ợ ắ ỏ ạ ử ổ ợ ớ ệ ố  

có dung lượng l n và c  ly xa do gi m đớ ự ả ược hi u  ng phi tuy n. ệ ứ ế

 Chi u dài s i quang:ề ợ

Trong đó:

L là chi u dài s i quang. (km)ề ợ

CD: là h  s  tán s c chromatic ( ps/(nm*km))ệ ố ắ

B : Là t c đ  bit ( Gbps)ố ộ

Ví d :ụ

Ta truyên t i d  li u v i t c đ  10Gbps t i kênh truy n 1550nm. Khi đó ta có. Lả ữ ệ ớ ố ộ ạ ề SMF =  61km và LNZDSF = 346km

2. B  bù tán s c kích thộ ắ ước nano.

2.1.  Photonic crystal fiber (PCF)

2.1.1. Photonic crystal

 Là m t c u trúc nano, độ ấ ược xem nh  là m t lo i bán d n. ư ộ ạ ẫ

Ch t bán d n không cho electron n m trong vùng ban gap (d i c m) , tấ ẫ ằ ả ấ ương t ,ự   photonic crystal không cho photon n m trong vùng ban gap.ằ

Phân lo i photonic crystal:ạ

Màu khác nhau mô t  h ng s  đi n môi c u t o khác nhau.ả ằ ố ệ ấ ạ

2.1.2. C u trúc c a PCF: ấ ủ

G m v t li u bán d n và  m ng các l  khí cha  song song theo chi u dài c a s i. ồ ậ ệ ẫ ả ỗ ỵ ề ủ ợ

N u ta thi t k  các l  m t cách chính xác, s  đế ế ế ỗ ộ ẽ ược m t c u trúc mà ch  cho m tộ ấ ỉ ộ   kho ng t n s  truy n qua.ả ầ ố ề

Ánh sáng khi chi u vào photonic crystal nó s  b  ph n x  ho c khúc x  t i b  m tế ẽ ị ả ạ ặ ạ ạ ề ặ   phân cách gi a các l ữ ỗ

PCF được chia làm 2 lo i:ạ

S i có đ  nh y b c chi t su t l n: Modified Total Internal Reflection (M­TIR)ợ ộ ả ậ ế ấ ớ

S i có đ  nh y b c chi t su t  nh : Photonic Band Gap (PBG)ợ ộ ả ậ ế ấ ỏ

S i M­TIR :ợ

S i PBG: Có c u trúc c  khác s i M­TIRợ ấ ơ ợ

Hi u  ng d i c m có th  đệ ứ ả ấ ể ược tìm th y trong t  nhiên, ch ng h n nh  trên cánh c aấ ự ẳ ạ ư ủ   con bướm.  Do có ánh sáng chi u vào b  ph n x  ngế ị ả ạ ược tr  l i mà ta th y đở ạ ấ ược màu  sáng trên c u trúc s i PBG.ấ ợ

Trong s i PGB, chu k  l  đóng vai trò nh  lõi s i và nh ng cái khuy t bên ngoài đóngợ ỳ ỗ ư ợ ữ ế   vai trò nh  l p v  Ánh sáng không th  truy n trong l p v   do có vùng d i c m.ư ớ ỏ ể ề ớ ỏ ả ấ

2.1.3. Ống d n sóng hai chi u photonic Crystalẫ ề

S  t o ra m t c u trúc u n cong c  vài milimet b ng s i thông thự ạ ộ ấ ố ỡ ằ ợ ường M­TIR và PBG 

là r t khó khăn, do truy n nhi u modes khác nhau.ấ ề ề

ng d n sóng Photonic Crystal s  d ng nguyên lý khác. Chúng ta t o ra m t đ ng

các l  khuy t trong crystal và t o ra m t vùng d i c m, vùng này ch  cho 1 mode điỗ ế ạ ộ ả ấ ỉ   qua.  Đường này được ch  t o cong theo m c đích truy n.ế ạ ụ ề

2.2.  Các phương pháp bù tán s c kích thắ ước nano

2.2.1. Bù tán s c s  d ng c p l  khuy t  trong photonic crystalắ ử ụ ặ ỗ ế

( Ngu n : A Dispersion Compensator Using Coupled Defects in a Photonic Crystalồ  

by Kazuhiko Hosomi and Toshio Katsuyama)

Trong phương pháp này ta s  d ng đ c đi m c a ánh sáng truy n trong  ng d n sóngử ụ ặ ể ủ ề ố ẫ  

có c p l  khuy t trong photonic crystal.ặ ỗ ế

C u trúc c a ấ ủ

 C u trúc c a các l  khuy t trong photonic crystal 2D.ấ ủ ỗ ế

Bao g m m t m ng các l  cách nhau a, chi t su t 3.5 và bán kính l  là r.ồ ộ ả ỗ ế ấ ỗ

Làm khuy t các l  trong m ng v i kho ng cách gi a 2 l  khuy t là R.ế ỗ ả ớ ả ữ ỗ ế

 Vùng Bangap c a  ng d n sóng t o raủ ố ẫ ạ

T  hình v  ta th y, vùng  d i c m n m trong kho ng 0.06 < r/a < 0.42  từ ẽ ấ ả ấ ằ ả ương  ng v i ứ ớ        0.3165 <  < 0.4618

T n s  chu n hóa trung tâm = 0.3896 v i r/a = 0.16ầ ố ẩ ớ

S  phu thu c t n s  chu n hóa vào R:ự ộ ầ ố ẩ

T  h  phừ ệ ương trình maxell ta xác đ nh đị ượ ầ ốc t n s  góc c a sóng:ủ

Trong đó:        : là t n s  góc trung tâm v i  a/2 c là t n s  chu n hóa trung tâm.Ω ầ ố ớ Ω π ầ ố ẩ          

V n t c nhóm :ậ ố

Nh n xét:  |Vg| max = ậ   khi  

  |Vg| min = 0 khi 

     Vg/c = 0.229 khi R = 2a

Vg/c = 0.101 khi R = 3a

Vg/c = 0.041 khi R = 4a

H  s  tán s c: ệ ố ắ

Thay đ i giá tr  c a R ta có: H  s  tán s c D ph  thu c vào R nh  hình v  sau:ổ ị ủ ệ ố ắ ụ ộ ư ẽ

Nh n xét:ậ

V i R = 2a,  ­0.2 < D< 0.2 ps/nm.mm ớ

V i R = 3a, ­2< D < 2 ps/nm.mmớ

V i R = 4a, ­ 10< D< 10 ps/nm.mmớ

2.2.2. S  d ng s i  ử ụ ợ Photonic crystal fibers (PCFs)

Photonic crystal fibers (PCFs) đ a thêm các l  không khí d c theo s i quang thay đ iư ỗ ọ ợ ổ  

được các thông s  v  tán săc.ố ề

Tán s c trong s i quang đ n mode tiêu chu n (SMFs) kho ng D= 10 – 20 ps/(nm.km).ắ ợ ơ ẩ ả

H  s  đ o tán s c (negative dispersion) trong s i quang thệ ố ả ắ ợ ường là ­100 ­ ­130 ps/ (nm.km)

Đ  gi m thi u chi phí, và suy hao PCFs c n ng n nghĩa là đ o tán s c càng l n càngể ả ể ầ ắ ả ắ ớ  

t t   Đ ng   th i   c n   bù   tán   s c   trên   nh ng   t n   s   s   d ng   trong   DWDM   (ố ồ ờ ầ ắ ữ ầ ố ử ụ dense  wavelength division multiplexing)

Hi n tệ ượng đ o tán s c PCFs trên d i r ng.ả ắ ả ộ

B  bù tán s c:ộ ắ

S  bù tán s c là s  có hi u  ng tán s c ngợ ắ ợ ệ ứ ắ ượ ạ ớ ợc l i v i s i quang dùng trong hệ 

th ng truy n d n.ố ề ẫ

D1, L1 tương  ng là h  s  tán s c và chi u dài c a s i SMFs,ứ ệ ố ắ ề ủ ợ

D2, L2 … s i PCFsợ

Chi u dài s i PCFs (L2) đề ợ ược ch n sao cho DT= 0;ọ

Đ  tán s c âm l n trong kho ng t  1.4um đ n 1.7umộ ắ ớ ả ừ ế

Giá tr  t i  u DC­PCFs cho h  s  tán s c âm nhi u trong kho ng ­230 đ n 435 ps/ị ố ư ệ ố ắ ề ả ế (nm.km) trong d i bả ước song t  1.46 đ n 1.63 umừ ế

Yêu c u tán s c đ  truy n d n   t c đ  40Gbps là ầ ắ ể ề ẫ ở ố ộ

H  s  suy hao dệ ố ưới 10e­4 db/m cho bước song t  1.46 đ n 1.63 um cho vòng 9 l , đâyừ ế ỗ  

là giá tr  ch p nh n đị ấ ậ ược trong cáp quang

H  s  suy hao trong s  PCFs r t th p. Suy hao do u n ông v i bán kính t  5­15mm làệ ố ợ ấ ấ ố ớ ừ  

g n nh  nhau. Khi bán kính cong kho ng 3 mm thì suy hao do u n cong v n dầ ư ả ố ẫ ưới 10e­

4 db/m trong d i thông s  d ng (1.46 đ n 1.625um)ả ử ụ ế

Suy hao ghép n i v i s  đ n mode:ố ớ ợ ơ

3. T ng k t:ố ế

Thông qua bài t p nhóm đã tìm hi u v  các v n đ  sau:ậ ể ề ấ ề

Hi u  để ược các lo i tán s c trong  thông tin quang : tán s c mode, tán s cạ ắ ắ ắ   chromatic

Tán s c gây suy gi m t i t c đ  truy n d nắ ả ớ ố ộ ề ẫ

Các phương pháp gi m tán s c s  d ng s i : MSF, DFS, NZ­DSF.ả ắ ử ụ ợ

Đ c đi m chung c a photonic Crystal.ặ ể ủ

Phương pháp bù tán s c kích thắ ước nano:

 Bù tán s c s  d ng c p l  khuy t  trong photonic crystal.ắ ử ụ ặ ỗ ế

 Bù tán s c s  d ng s i DC­ PCFsắ ử ụ ợ

Tài li u tham kh o:ệ ả

Photonic Band Gap Crystals

OPTICAL   AND   FIBER   COMMUNICATIONS   REPORTS   by   A   Bjarklev,  Lyngby, D. Chowdhury, Corning…

Novel   broadband   dispersion   compensating   photonic   crystal   fibers   By  Feroza  Begum, Yoshinori Namihira

A   Dispersion   Compensator   Using   Coupled   Defects   in   a   Photonic   Crystal   by  Kazuhiko Hosomi and Toshio Katsuyama

Microstructure Optical Fibers. IEEE 

Slide bài gi ng cô Chi.ả