Bài tiểu luận: Bộ bù tán sắc kích thước nano

Chia sẻ: Ngọc Hưng | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

132
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài tiểu luận: Bộ bù tán sắc kích thước nano

Bộ bù tán sắc kích thước nano Contents 1. Tán sắc 1.1. Khái niệm Tán sắc là hiện tượng dãn xung ánh sáng theo thời gian khi truyền tìn hiệu, gây nên méo tín hiệu. Đây là vấn đề quan trọng với tuyến tốc độ cao, đường truyền dẫn dài. Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 1
Bộ bù tán sắc kích thước nano 1.2. Phân loại tán sắc: 1.3. Tán sắc mode 1.3.1. Một số đặc điểm Trong sợi đa mode, tốc độ lan truyền ánh sang của các mode khác nhau. Sự chênh lệch thời gian đến điểm thu giữa các tia sang gây trễ nhóm mode lan truyền→dãn xung ánh sáng. Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 2
Bộ bù tán sắc kích thước nano Tán sắc mode: Độ giãn xung tín hiệu quang sau khi truyền trong sợi quang dài L(km) đo bằng hiệu thời gian truyền giữa mode bậc cao nhất và mode bậc thấp nhất. 1.3.2. Biện pháp giảm tán sắc mode:  Sử dụng sợi đơn mode.  Sử dụng sợi có chiết suất biến đổi Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 3
Bộ bù tán sắc kích thước nano 1.4. Tán sắc đơn sắc – Chromatic 1.4.1. Tán sắc dẫn sóng Tán sắc dẫn sóng do sợi đơn mode chỉ giữ được khoảng 80% năng lượng trong lõi, còn 20% ánh sáng truyền trong vỏ nhanh hơn năng lượng trong lõi. Hệ số tán sắc: 1.4.2. Tán sắc vật liệu Là phép những biến đổi của chiết xuất khúc xạ nhóm Ng ở những bước sóng khác nhau. Tán sắc vật liệu được tính từ tích phân của ng theo bước sóng: Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 4
Bộ bù tán sắc kích thước nano 1.4.3. Biện pháp giảm tán sắc chromatic Chúng ta có thể sử dụng các loại sợi giảm tán sắc  Các loại sợi quang giảm tán sắc: Sợi đơn mode – SMF hay sợi không có tán sắc dịch chuyển (dispersionunshifted) theo tiêu chuẩn ITU G.652. Sợi này có hệ số tán sắc nhỏ tại cửa sổ 1310nm, nhưng lại có hệ số tán sắc lớn tại vùng 1550nm. Sợi tán sắc dịch chuyển dispersionshifted fiber (DSF) theo tiêu chuẩn ITU G.653 được thiết kế có hệ số tán sắc bằng 0 tại bước sóng 1550. Tuy nhiên, sợi này cũng có Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 5
Bộ bù tán sắc kích thước nano một số hạn chế, tán sắc phân cực cao hơn sợi SMF và được dung trong hệ thống đơn kênh quang. Sợi tán sắc dịch chuyển không bằng không (NZDSF) theo chuẩn ITU655, được phát triển dựa trên sợi DSF. Sợi có tán sắc nhỏ tại cửa sổ 1550nm. Thích hợp với hệ thống có dung lượng lớn và cự ly xa do giảm được hiệu ứng phi tuyến.  Chiều dài sợi quang: Trong đó: L là chiều dài sợi quang. (km) CD: là hệ số tán sắc chromatic ( ps/(nm*km)) B : Là tốc độ bit ( Gbps) Ví dụ: Ta truyên tải dữ liệu với tốc độ 10Gbps tại kênh truyền 1550nm. Khi đó ta có. L SMF = 61km và LNZDSF = 346km. Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 6
Bộ bù tán sắc kích thước nano 2. Bộ bù tán sắc kích thước nano. 2.1. Photonic crystal fiber (PCF) 2.1.1. Photonic crystal Là một cấu trúc nano, được xem như là một loại bán dẫn. Chất bán dẫn không cho electron nằm trong vùng ban gap (dải cấm) , tương tự, photonic crystal không cho photon nằm trong vùng ban gap. Phân loại photonic crystal: Màu khác nhau mô tả hằng số điện môi cấu tạo khác nhau. 2.1.2. Cấu trúc của PCF: Gồm vật liệu bán dẫn và mảng các lỗ khí chaỵ song song theo chiều dài của sợi. Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 7
Bộ bù tán sắc kích thước nano Nếu ta thiết kế các lỗ một cách chính xác, sẽ được một cấu trúc mà chỉ cho một khoảng tần số truyền qua. Ánh sáng khi chiếu vào photonic crystal nó sẽ bị phản xạ hoặc khúc xạ tại bề mặt phân cách giữa các lỗ. PCF được chia làm 2 loại: Sợi có độ nhảy bậc chiết suất lớn: Modified Total Internal Reflection (MTIR) Sợi có độ nhảy bậc chiết suất nhỏ: Photonic Band Gap (PBG) Sợi MTIR : Sợi PBG: Có cấu trúc cơ khác sợi MTIR Hiệu ứng dải cấm có thể được tìm thấy trong tự nhiên, chẳng hạn như trên cánh của con bướm. Do có ánh sáng chiếu vào bị phản xạ ngược trở lại mà ta thấy được màu sáng trên cấu trúc sợi PBG. Trong sợi PGB, chu kỳ lỗ đóng vai trò như lõi sợi và những cái khuyết bên ngoài đóng vai trò như lớp vỏ. Ánh sáng không thể truyền trong lớp vỏ do có vùng dải cấm. Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 8
Bộ bù tán sắc kích thước nano 2.1.3. Ống dẫn sóng hai chiều photonic Crystal Sự tạo ra một cấu trúc uốn cong cỡ vài milimet bằng sợi thông thường MTIR và PBG là rất khó khăn, do truyền nhiều modes khác nhau. Ống dẫn sóng Photonic Crystal sử dụng nguyên lý khác. Chúng ta tạo ra một đường các lỗ khuyết trong crystal và tạo ra một vùng dải cấm, vùng này chỉ cho 1 mode đi qua. Đường này được chế tạo cong theo mục đích truyền. 2.2. Các phương pháp bù tán sắc kích thước nano. 2.2.1. Bù tán sắc sử dụng cặp lỗ khuyết trong photonic crystal ( Nguồn : A Dispersion Compensator Using Coupled Defects in a Photonic Crystal by Kazuhiko Hosomi and Toshio Katsuyama) Trong phương pháp này ta sử dụng đặc điểm của ánh sáng truyền trong ống dẫn sóng có cặp lỗ khuyết trong photonic crystal. Cấu trúc của  Cấu trúc của các lỗ khuyết trong photonic crystal 2D. Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 9
Bộ bù tán sắc kích thước nano Bao gồm một mảng các lỗ cách nhau a, chiết suất 3.5 và bán kính lỗ là r. Làm khuyết các lỗ trong mảng với khoảng cách giữa 2 lỗ khuyết là R.  Vùng Bangap của ống dẫn sóng tạo ra Từ hình vẽ ta thấy, vùng dải cấm nằm trong khoảng 0.06
Bộ bù tán sắc kích thước nano Tần số chuẩn hóa trung tâm = 0.3896 với r/a = 0.16 Sự phu thuộc tần số chuẩn hóa vào R: Từ hệ phương trình maxell ta xác định được tần số góc của sóng: Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 11
Bộ bù tán sắc kích thước nano Trong đó: Ω : là tần số góc trung tâm với Ωa/2πc là tần số chuẩn hóa trung tâm. Vận tốc nhóm : Nhận xét: |Vg| max = 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 Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 12
Bộ bù tán sắc kích thước nano Hệ số tán sắc: Thay đổi giá trị của R ta có: Hệ số tán sắc D phụ thuộc vào R như hình vẽ sau: Nhận xét: Với R = 2a, 0.2
Bộ bù tán sắc kích thước nano 2.2.2. Sử dụng sợi Photonic crystal fibers (PCFs) Photonic crystal fibers (PCFs) đưa thêm các lỗ không khí dọc theo sợi quang thay đổi được các thông số về tán săc. Tán sắc trong sợi quang đơn mode tiêu chuẩn (SMFs) khoảng D= 10 – 20 ps/(nm.km). Hệ số đảo tán sắc (negative dispersion) trong sợi quang thường là 100 130 ps/ (nm.km). Để giảm thiểu chi phí, và suy hao PCFs cần ngắn nghĩa là đảo tán sắc càng lớn càng tốt. Đồng thời cần bù tán sắc trên những tần số sử dụng trong DWDM (dense wavelength division multiplexing). Hiện tượng đảo tán sắc PCFs trên dải rộng. Bộ bù tán sắc: Sợ bù tán sắc là sợ có hiệu ứng tán sắc ngược lại với sợi quang dùng trong hệ thống truyền dẫn. D1, L1 tương ứng là hệ số tán sắc và chiều dài của sợi SMFs, D2, L2 … sợi PCFs Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 14
Bộ bù tán sắc kích thước nano Chiều dài sợi PCFs (L2) được chọn sao cho DT= 0; Độ tán sắc âm lớn trong khoảng từ 1.4um đến 1.7um Giá trị tối ưu DCPCFs cho hệ số tán sắc âm nhiều trong khoảng 230 đến 435 ps/ (nm.km) trong dải bước song từ 1.46 đến 1.63 um Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 15
Bộ bù tán sắc kích thước nano Yêu cầu tán sắc để truyền dẫn ở tốc độ 40Gbps là Hệ số suy hao dưới 10e4 db/m cho bước song từ 1.46 đến 1.63 um cho vòng 9 lỗ, đây là giá trị chấp nhận được trong cáp quang. Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 16
Bộ bù tán sắc kích thước nano Hệ số suy hao trong sợ PCFs rất thấp. Suy hao do u ốn ông với bán kính từ 515mm là gần như nhau. Khi bán kính cong khoảng 3 mm thì suy hao do uốn cong vẫn dưới 10e 4 db/m trong dải thông sử dụng (1.46 đến 1.625um) Suy hao ghép nối với sợ đơn mode: Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 17
Bộ bù tán sắc kích thước nano 3. Tống kết: Thông qua bài tập nhóm đã tìm hiểu về các vấn đề sau: Hiểu được các loại tán sắc trong thông tin quang : tán sắc mode, tán sắc chromatic. Tán sắc gây suy giảm tới tốc độ truyền dẫn Các phương pháp giảm tán sắc sử dụng sợi : MSF, DFS, NZDSF. Đặc điểm chung của photonic Crystal. Phương pháp bù tán sắc kích thước nano:  Bù tán sắc sử dụng cặp lỗ khuyết trong photonic crystal.  Bù tán sắc sử dụng sợi DC PCFs Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 18
Bộ bù tán sắc kích thước nano Tài liệu tham khảo: 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 giảng cô Chi. Vũ Công Lực – Nguyễn Trung Quân, Lớp KSTN – ĐTVT – K54 Page 19