Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang Contents Tổng quan 1 Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang 2 Một số biện pháp giảm thiểu 3 Tổng quan  Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang xảy ra do sự thay đổi hệ số khúc xạ trong sợi và hiện tượng tán xạ không đàn hồi.  Hiệu ứng quang được gọi là phi tuyến nếu các tham số của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng (công suất) Phân loại - Phát sinh do tác động qua lại giữa các sóng ánh sáng với các phonon (rung động phân tử) trong môi trường silica - Tán xạ Rayleigh: tán xạ do kích thích Brillouin (SBS) và tán xạ do kích thích Raman (SRS). Hiệu ứng phi tuyến - Sinh ra do sự phụ thuộc của chiết suất vào cường độ điện trường hoạt động, tỉ lệ với bình phương biên độ điện trường(Kerr). - Hiệu ứng tự điều pha (SPM - Self- Phase Modulation), hiệu ứng điều chế xuyên pha (CPM - Cross- Phase Modulation) và hiệu ứng trộn 4 bước sóng (FWM - Four-Wave Mixing). Phân loại Các thông số liên quan  Chiều dài hiệu dụng L eff  Diện tích hiệu dụng A eff  Cường độ hiệu dụng Ieff Chiều dài hiệu dụng Hầu hết các hiệu ứng phi tuyến xảy ra ngay trong khoảng đầu của sợi quang và giảm đi khi tín hiệu lan truyền. Giả sử: Pin: công suất truyền trong sợi quang => P(z) = Pin exp(−αz) là công suất tại điểm z trên tuyến, với α là hệ số suy hao. L được kí hiệu là chiều dài thực của tuyến. Chiều dài hiệu dụng của tuyến được kí hiệu là Leff được định nghĩa như sau: Trong hệ thống với bộ khuếch đại quang: l: amplifiers spaced distance ∫ = = L z effin dzzPLP 0 )( α α L eff e L − = 1 l Le L z eff α α − − = 1 Diện tích hiệu dụng - Diện tích vùng lõi hiệu dụng A eff (để giảm ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến thì phải tăng diện tích hiệu dụng của sợi) I(r, θ): intensity r, θ : polar coordinates - Công thức rút gọn: A eff ≈ πw 0 2 W0: bán kính trường mốt ∫∫ ∫∫ = r r eff rIdrdr rIdrdr A θ θ θθ θθ ),( ),( 2 I eff = P/A eff - P: công suất xung - Diện tích hiệu dụng của SMF khoảng 85 µm 2 và của DSF khoảng 50 µm2. (Các sợi quang bù tán sắc có diện tích hiệu dụng nhỏ hơn và do đó có ảnh hưởng phi tuyến lớn hơn.) Cường độ hiệu dụng Phần 2: Các loại hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang [...]...Phân loại • Nhóm hiệu ứng tán xạ không đàn hồi: • Tán xạ do kích thích Raman- SRS • Tán xạ do kích thích Brillouin- SBS • Nhóm hiệu ứng khúc xạ phi tuyến: • Hiệu ứng tự điều pha SPM • Hiệu ứng điều chế xuyên pha CPM • Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM Nhóm hiệu ứng tán xạ không đàn hồi Đặc trưng bởi:  Hệ số độ lợi g (m/w)  Độ rộng phổ Δf (đối với độ lợi tương ứng)  Công suất ngưỡng Pth... độ sóng Nhóm hiệu ứng khúc xạ phi tuyến Do neff : chiết suất hiệu dụng của môi trường 2.3 Hiệu ứng tự điều pha SPM Hiện tượng:  Chiết suất của môi trường truyền dẫn thay đổi theo cường độ ánh sáng truyền  Sự dịch tần phi tuyến làm cho sườn trước của xung dịch đến tần số ω < ω0 và sườn sau của xung dịch đến tần số ω > ω0  phổ của tín hiệu bị co dãn trong quá trình truyền 2.3 Hiệu ứng tự điều pha... năng lượng tín hiệu tới, năng lượng này làm giảm khoảng cách khẩu độ sợi quang cho phép 2.2 Tán xạ do kích thích Brillouin- SBS  Hệ số độ lợi: gB ~ 4x10-11 m/W, không phụ thuộc vào bước sóng  Công suất ngưỡng cho SBS PthSBS=21Aeff /gB Leff Nhóm hiệu ứng khúc xạ phi tuyến  SPM  CPM  FWM Nhóm hiệu ứng khúc xạ phi tuyến Xảy ra do sự phụ thuộc của độ cảm vào cường độ trường E của xung quang Biểu thức... kia 2.4 Hiệu ứng điều chế xuyên pha CPM Tính chất:  Liên quan hiện tượng chirp tương tự như SPM Do sự tương tác lẫn nhau của các xung  mức chirp tăng  Các xung chồng chéo nhau gây ra sự tăng cục bộ về mặt năng lượng, thay đổi chỉ số khúc xạ  làm tăng ảnh hưởng của SPM 2.4 Hiệu ứng điều chế xuyên pha CPM Tính chất:  Hệ số lan truyền:  Độ dịch pha: (do hiệu ứng phi tuyến)  do 2.4 Hiệu ứng điều... vector phân cực: P = ε 0 χE  Tuy nhiên trong môi trường phi tuyến: P = ε 0 χ (1) E + ε 0 χ ( 2 ) E 2 + ε 0 χ (3) E 3 + Ở đây: ɛ0 - hằng số điện môi, χ(i) – độ cảm bậc i của môi trường Nhóm hiệu ứng khúc xạ phi tuyến  Hệ thống đơn kênh E = E0 cos(ωt − kz ) với ω: tần số góc, k: hệ số lan truyền Vector phân cực: Độ cảm điện: Χeff : độ cảm hiệu dụng nl : thành phần tuyến tính của chiết suất môi trường... SPM Độ dịch pha: (L: chiều dài truyền sóng) Năng lượng truyền cao: 2.3 Hiệu ứng tự điều pha SPM Thành phần phi tuyến gây ra độ dịch tần:  dI/dt > 0 :  dI/dt < 0 :  Hiện tượng chirp: sự thay đổi độ tán sắc gây ra sự méo dạng và thay đổi mật độ của xung 2.3 Hiệu ứng tự điều pha SPM Tính chất:  Nếu D là hệ số tán sắc của sợi quang thì • Với D < 0 : thành phần tần số cao (ω > ω0 ) sẽ lan truyền nhanh... phân tử do mật độ năng lượng cao trong sợi quang  Ánh sáng tán xạ được phát ra ở tần số thấp (bước sóng dài) hơn tín hiệu tới 2.1 Tán xạ do kích thích Raman- SRS Ảnh hưởng:  SRS sinh ra năng lượng chuyển đổi những kênh có bước sóng ngắn thành các kênh có bước sóng dài hơn  tạo ra phổ nghiêng  Sự suy hao năng lượng trong các kênh có bước sóng nhỏ hơn làm giảm hiệu suất truyền của chúng  Tuy nhiên... cao ω > ω0 lan truyền chậm hơn thành phần tần số thấp - > xung co lại 2.3 Hiệu ứng tự điều pha SPM Ảnh hưởng:  dẫn đến sự giao thoa gây nhiễu giữa các kênh ( đặc biệt khi khoảng cách giữa các kênh gần nhau) Tuy nhiên:  SPM dùng để tạo ra các xung cực ngắn với tỉ lệ lặp cao  được sử dụng trong chuyển mạch quang nhanh 2.4 Hiệu ứng điều chế xuyên pha CPM Hiện tượng: Xảy ra khi có nhiều kênh trên một... dB, tức là một nửa công suất trên toàn bộ độ dài sợi quang) 2.1 Tán xạ do kích thích Raman- SRS Hiện tượng:  Photon của ánh sáng tới chuyển một phần năng lượng của mình cho dao động cơ học của các phần tử cấu thành môi trường truyền dẫn  Phần còn lại được phát xạ thành ánh sáng có bước sóng của ánh sáng tới (ánh sáng Stoke)  Khi tín hiệu trong sợi quang có cường độ lớn, quá trình này trở thành quá... dài hơn 2.2 Tán xạ do kích thích Brillouin- SBS • Phonon quang học và âm học: • Trong vật lý học, một phonon là một giả hạt có đặc tính lượng tử của mode dao động trên cấu trúc tinh thể tuần hoàn và đàn hồi của các chất rắn • Khi các tế bào đơn vị có nhiều hơn một nguyên tử, các tinh thể sẽ bao gồm hai loại phonon: âm học và quang học • Phonon quang học dễ dàng bị kích thích bằng cách ánh sáng, các . Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang Contents Tổng quan 1 Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang 2 Một số biện pháp giảm thiểu 3 Tổng quan  Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang xảy ra. loại hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang • Nhóm hiệu ứng tán xạ không đàn hồi: • Tán xạ do kích thích Raman- SRS • Tán xạ do kích thích Brillouin- SBS • Nhóm hiệu ứng khúc xạ phi tuyến: • Hiệu ứng. hiệu dụng L eff  Diện tích hiệu dụng A eff  Cường độ hiệu dụng Ieff Chiều dài hiệu dụng Hầu hết các hiệu ứng phi tuyến xảy ra ngay trong khoảng đầu của sợi quang và giảm đi khi tín hiệu