Đồ án Cách tử Bragg sợi

Cuộc cách mạng khoa học và kĩ thuật đã và đang diễn ra một cách mạnh mẽ trên toàn cầu. Cuộc cách mạng này đã đưa nhân loại tiến sang một kỉ nguyên mới , kỉ nguyên của nền văn minh dựa trên cơ sở nền công nghiệp trí tuệ. Khoa học kĩ thuật đã góp phần thúc đẩy kinh tế phát triển và tiến sang một giai đoạn mới đó là nền kinh tế tri thức. Trong đó viễn thông là ngành công nghiệp của tương lai và đóng vai trò vô cùng quan trọng trong mọi mặt của đời sống xã hội. Mạng truyền dẫn quang ra đời đã đáp ứng được các nhu cầu của người sử dụng dịch vụ viễn thông về băng thông lớn , chất lượng tín hiệu đảm bảo. Điều này dẫn đến sự phát triển tất yếu của mạng truyền dẫn quang. Nó nhanh chóng phát triển trở thành mạng đường trục tốc độ lớn với nhiều công nghệ mới ra đời phục vụ cho mạng như WDM hay EDFA . Cùng với sự phát triển của mạng truyền dẫn quang thì các công nghệ chế tạo thiết bị quang cũng ngày càng phát triển. Các thiết bị mới ra đời nhằm tăng tốc độ và chất lượng truyền dẫn cho mạng cũng như khắc phục các nhược điểm cố hữu của mạng quang như là tán sắc , suy hao , khuyếch đại công suất Kể từ khi ra đời vào năm 1978 , cách tử Bragg sợi quang đã có những bước phát triển vô cùng mạnh mẽ và hiện nay đã trở nên phổ biến. Nó không chỉ được sử dụng cho các ứng dụng trong mạng truyền dẫn quang mà còn được sử dụng cho các ứng dụng khác như laser và cảm biến quang. Với các ưu điểm của mình như sự đa dạng trong ứng dụng , độ ổn định cao và giá thành hạ, cách tử Bragg sợi quang đã và sẽ phát triển hơn nữa trong thời gian tới. Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Đức Nhân cũng như sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn thông tin quang của Học Viện , em đã tiến hành nghiên cứu về nguyên lý và các ứng dụng của cách tử Bragg sợi quang. Đến nay em đã hoàn thành bản đồ án với đề tài “Cách tử Bragg sợi ”. Bản đồ án có 4 chương: Chương I : Giới thiệu chung - giới thiệu về lịch sử và công nghệ chế tạo cũng như ứng dụng của cách tử Bragg sợi quang. Chương II : Các công nghệ chế tạo cách tử Bragg sợi quang - chương này tiến hành tìm hiểu về các công nghệ chế tạo và đặc điểm của từng loại công nghệ đó. Chương III : Tính chất và đặc điểm của cách tử Bragg sợi quang - chương này chi tiết cách tử Bragg sợi quang về đặc điểm cấu tạo và các mô tả toán học của các tính chất của các dạng cách tử. Chương IV : Ứng dụng của cách tử Bragg sợi quang - chương này mô tả về các ứng dụng nổi bật của cách tử trong các hệ thống hiện nay.

doc76 trang | Chia sẻ: tuandn | Lượt xem: 2398 | Lượt tải: 7download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Cách tử Bragg sợi, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2. 1. Cơ chế độ nhạy trong mô hình trung tâm màu 14 Hình 2. 2. Phản ứng phá vỡ cấu trúc Si-O-Ge do nhiệt 15 Hình 2. 3. Chỉ số chiết suất khúc xạ thay đổi theo sức căng 17 Hình 2.4: Xử lý bằng tia cận cực tím 17 Hình 2. 5. Sơ đồ phương pháp chế tạo điểm - điểm 19 Hình 2. 6. Cấu trúc dãy vi thấu kính 20 Hình 2. 7. Sơ đồ bố trí mặt nạ và sợi trong phương pháp cấy ion 21 Hình 2.8: Phương pháp mặt nạ biên độ sử dụng tia UV 22 Hình 3. 1 Cấu tạo và chiết suất của FBG 23 Hình 3. 2: Mô tả đặc tính của FBG 25 Hình 3. 3: Phổ phản xạ của cách tử Bragg dạng cách tử đều, độ dài cách tử 1cm, λB=1550 nm, Λ=0. 8 nm 25 Hình 3. 5: Cách tử Bragg chu kì đều UFBG 33 Hình 3. 6: Sơ đồ nguyên lý của ma trận truyền đạt dành cho UFBG và non - UFBG 35 Hình 3. 7:Mô hình cách tử Bragg chu kì thay đổi CFBG 37 Hình 3.8: A – Phổ phản xạ của các cách tử có giá trị Chirp dλB/dz =1 và -1; B: thời gian trễ theo bước sóng của CFBG; phổ phản xạ của các cách tử có giá trị chirp -1;-2;-4 (nm/cm) 41 Hình 3.9: Đồ thị điều biến chiết suất sợi quang AFBG 43 Hình 3.10: Phổ phản xạ của AFBG với L=10 mm ,neff =1.447, λD =1550 nm 44 Hình 4.1 Sự thay đổi của vận tốc nhóm theo bước sóng trong quang sợi đơn mode thông thường 46 Hình 4.2 Hậu quả của tán sắc đối với tốc độ truyền của mạng a) xung tại đầu phát       b) xung thu được tại đầu thu và thiết bị thu không thể phân biệt được hai xung kế tiếp 47 Hình 4.3 Nguyên lý bù tán sắc của quang sợi cách tử Bagg chu kỳ biến đổi 48 Hình 4. 4. Mô hình cơ bản của thiết bị bù tán sắc dùng cách tử Bagg chu kỳ thay đổi tuyến tính 49 Hình 4. 5: Hệ thống ghép bước sóng một hướng 51 Hình 4. 6: Hệ thống ghép bước sóng hai hướng 51 Hình 4. 7: Mô hình cơ bản của OADM 52 Hình 4. 8 : Mô hình OADM dựa trên FBG và coupler 3 dB 54 Hình 4. 9: OADM dựa trên cấu hình giao thoa Mach-Zehnder 55 Hình 4. 10: OADM dựa trên FBG và Circulator 56 Hình 4. 11: Cấu hình OADM dạng cách tử nằm giữa Coupler 57 Hình 4. 12: Mô hình cách ly kênh ở OADM 58 Hình 4. 13: Suy hao xen trong OADM 59 Hình 4. 14: Mô hình và tham số của phản xạ ngược trong OADM 60 Hình 4. 15: mô hình mức năng lượng của sợi quang pha tạp Erbium 60 Hình 4. 16: Cấu trúc modul EDFA thực tế 61 Hình 4. 17: Cấu hình bộ lọc đặt ngoài EDFA 63 Hình 4. 18: Cấu hình bộ lọc đặt giữa EDFA 63 Hình 4. 19: EDFA không sử dụng và có sử dụng FBG 64 Hình 4. 20: Đặc tuyến thực nghiệm độ khuyếch đại của EDFA phụ thuộc công suất tín hiệu đầu vào tại bước sóng 1550 nm 67 Hình 4.21: hệ số khuyếch đại phụ thuộc bước sóng trong trường hợp không sử dụng và sử dụng cách tử Bragg CFBG cho khuyếch đại EDFA 69 Hình 4. 22 Mô hình hệ thống cảm biến sử dụng FBG và nguyên lý hoạt động 71 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ADM Add / Drop Multiplexing Bộ tách ghép kênh AFBG Apodisation Fibre Bragg Grating Cách tử điều biến chiết suất AWG Array Waveguide Gratings Dãy cách tử dẫn sóng BFBG Blazed Fibre Bragg Grating Cách tử chiếu xạ Bragg CFBG Chirped Fibre Bragg Grating Cách tử Bragg sợi quang chu kì biến đổi DWDM Dense Wavelength Division Multiplex Ghép kênh mật độ cao phân chia theo bước sóng EDFA Erbium Doped Fibre Amplifier Bộ khuyếch đại quang sợi pha tạp Erbium FBG Fibre Bragg Grating Cách tử Bragg sợi quang GODC Germanium Oxygen Deficient Center Lõi sợi không có liên kết Si - Ge GPW Gate Planar Waveguide Cổng dẫn sóng Planar LCFBG Linear Chirped Fibre Bragg Grating Cách tử Bragg sợi quang chu kì biến đổi tuyến tính LPG Long Period Grating Cách tử Bragg sợi quang chu kì lớn MUX Multiplexing Bộ ghép kênh OADM Optical Add / Drop Mutiplexing Bộ tách ghép kênh quang OFA Optical Fibre Amplifier Bộ khuyếch đại quang sợi PDL Polarisation Depent Loss Phân cực phụ thuộc suy hao UFBG Uniform Chirped Fibre Bragg Grating Cách tử Bragg sợi quang chu kì đều UV Ultra Violet Tia cực tím WDM Wavelength Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo bước sóng WGR Waveguide Gratings Router Bộ định tuyến cách tử LỜI NÓI ĐẦU Cuộc cách mạng khoa học và kĩ thuật đã và đang diễn ra một cách mạnh mẽ trên toàn cầu. Cuộc cách mạng này đã đưa nhân loại tiến sang một kỉ nguyên mới , kỉ nguyên của nền văn minh dựa trên cơ sở nền công nghiệp trí tuệ. Khoa học kĩ thuật đã góp phần thúc đẩy kinh tế phát triển và tiến sang một giai đoạn mới đó là nền kinh tế tri thức. Trong đó viễn thông là ngành công nghiệp của tương lai và đóng vai trò vô cùng quan trọng trong mọi mặt của đời sống xã hội. Mạng truyền dẫn quang ra đời đã đáp ứng được các nhu cầu của người sử dụng dịch vụ viễn thông về băng thông lớn , chất lượng tín hiệu đảm bảo. Điều này dẫn đến sự phát triển tất yếu của mạng truyền dẫn quang. Nó nhanh chóng phát triển trở thành mạng đường trục tốc độ lớn với nhiều công nghệ mới ra đời phục vụ cho mạng như WDM hay EDFA …. Cùng với sự phát triển của mạng truyền dẫn quang thì các công nghệ chế tạo thiết bị quang cũng ngày càng phát triển. Các thiết bị mới ra đời nhằm tăng tốc độ và chất lượng truyền dẫn cho mạng cũng như khắc phục các nhược điểm cố hữu của mạng quang như là tán sắc , suy hao , khuyếch đại công suất … Kể từ khi ra đời vào năm 1978 , cách tử Bragg sợi quang đã có những bước phát triển vô cùng mạnh mẽ và hiện nay đã trở nên phổ biến. Nó không chỉ được sử dụng cho các ứng dụng trong mạng truyền dẫn quang mà còn được sử dụng cho các ứng dụng khác như laser và cảm biến quang. Với các ưu điểm của mình như sự đa dạng trong ứng dụng , độ ổn định cao và giá thành hạ, cách tử Bragg sợi quang đã và sẽ phát triển hơn nữa trong thời gian tới. Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Đức Nhân cũng như sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn thông tin quang của Học Viện , em đã tiến hành nghiên cứu về nguyên lý và các ứng dụng của cách tử Bragg sợi quang. Đến nay em đã hoàn thành bản đồ án với đề tài “Cách tử Bragg sợi ”. Bản đồ án có 4 chương: Chương I : Giới thiệu chung - giới thiệu về lịch sử và công nghệ chế tạo cũng như ứng dụng của cách tử Bragg sợi quang. Chương II : Các công nghệ chế tạo cách tử Bragg sợi quang - chương này tiến hành tìm hiểu về các công nghệ chế tạo và đặc điểm của từng loại công nghệ đó. Chương III : Tính chất và đặc điểm của cách tử Bragg sợi quang - chương này chi tiết cách tử Bragg sợi quang về đặc điểm cấu tạo và các mô tả toán học của các tính chất của các dạng cách tử. Chương IV : Ứng dụng của cách tử Bragg sợi quang - chương này mô tả về các ứng dụng nổi bật của cách tử trong các hệ thống hiện nay. Do đề tài có nội dung rộng và tương đối mới mẻ, điều kiện thời gian và kiến thức còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót , em mong nhận được sự góp ý chân thành của các thầy cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong khoa viễn thông , bộ môn thông tin quang những người đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Đức Nhân người đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án. Cảm ơn đến bạn bè và người thân đã tạo điều kiện và động viên để bản đồ án này hoàn thành tốt đẹp. Hà Nội ngày 18 tháng 10 năm 2005 Sinh viên Hoàng Trường Giang CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1. 1. Lịch sử phát triển của cách tử Bragg quang Mô hình cách tử Bragg quang được đưa ra và chứng minh các tính chất của nó lần đầu tiên vào năm 1978 bởi Hill et al. Đến năm 1989, nó được mô tả một cách rõ ràng hơn bởi Meltz et al, cách tử Bragg quang được tạo ra bằng cách sử dụng phép chiếu 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 sử dụng 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 hệ thống DWDM, FBG là cơ sở cho các thiết bị lựa chọn thụ động cho các bước sóng đơn, ghép bước sóng và chọn bước sóng băng hẹp. Nó làm việc tốt trong điều kiện các yếu tố về nhiệt độ và sức căng được đảm bảo bởi vì các điều kiện này có thể ảnh hưởng đến độ tin cậy của FBG. Sự phát triển nhanh chóng của FBG về các ứng dụng trong mạng viễn thông quang và các hệ thống cảm biến đã thúc đẩy là nâng cao tốc độ đột phá trong nghiên cứu, những kết quả này đã làm cải thiện và phát triển chất lượng cũng như các tính năng của các thiết bị quang. Trong tương lai, các tính năng của các thiết bị này có thể vượt 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 nhiên hiện nay nó lại được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống cảm biến. Một trong các ứng dụng là cầu chì sillica, nó liên quan đến tính chất không bị ảnh hưởng bởi điện từ trường của FBG. FBG có chu kì lớn được đưa ra và chứng minh bởi Vengkarsar và nhóm nghiên cứu của ông, nó lập tức được ứng dụng rộng rãi trong các bộ lọc thông băng và được sử dụng trong các hệ thống mạng DWDM, đó là các bộ cân bằng khuyếch đại EDFA, trong các hệ thống laser như các thiết bị cân bằng laser phát. Hơn nữa, FBG đang trở nên rất phổ biến với tư cách là một thiết bị quang đơn giản, linh hoạt và có vô số các ứng dụng trong các thiết bị và hệ thống quang. Các dạng cách tử Bragg hiện đang được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng hiện nay bao gồm các loại : FBG chu kì đều (Normal FBG), FBG chu kì tuyến tính (linear chirped FBG) và Apodisation FBG. 1. 2. Sơ lược công nghệ chế tạo FBG Kĩ thuật để tạo ra cách tử Bragg quang đầu tiên là kĩ thuật mặt nạ biên độ phát minh do Vengsarkar et al, phương pháp này sử dụng sợi quang Si-Ge giàu Hidro đặt trong môi trường chiếu xạ laser KrF (λ = 248 nm) thông qua mặt nạ biên độ làm bằng silica mạ Crom. Mỗi cách tử được tạo ra trên sợi quang có độ dài chừng 1 inch và chu kì của cách tử vào khoảng 60 μm cho đến 1 mm. Phổ truyền ánh sáng của cách tử được giám sát ngay trong quá trình tạo nên cách tử, thời gian để tạo ra một cách tử nằm trong khoảng 5 – 10 phút. Phương pháp mặt nạ biên độ này là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay do độ tin cậy trong toàn bộ quá trình sử dụng nó. Với việc cho phép các mặt nạ biên độ có thể được tái sử dụng và các yêu cầu trong lúc chế tạo được giảm thiểu đã làm giảm giá thành của sản phẩm. Nhược điểm của phương pháp này là việc để tạo ra các cách tử có chu kì khác nhau chúng ta chỉ co duy nhất một cách đó là thay đổi bằng các mặt nạ có chu kì khác nhau và điều này làm tăng giá thành sản phẩm. Zhang et al đã chế tạo cách tử Bragg quang bằng cách sử dụng phương pháp chiếu xạ trực tiếp tia UV lên sợi quang theo điểm - điểm. Quá trình chiếu xạ điểm điểm phụ thuộc vào các yêu cầu về chu kì và đáp ứng phổ. Quá trình này được điều khiển bởi một máy tính sử dụng chương trình điều khiển đóng ngắt chiếu xạ và vì vậy nó có ưu điểm rất lớn đó là có khả năng điều khiển một cách mềm dẻo chu kì của cách tử sản phẩm bằng việc thay đổi các thông số chiếu xạ thông qua phần mềm điều khiển. Nhược điểm chính của phương pháp này là việc nó tiêu tốn nhiều thời gian trong việc chiếu xạ, hơn nữa yêu cầu kĩ thuật của phương pháp này rất nghiêm ngặt. Một kĩ thuật mới dùng để chế tạo FBG sử dụng chiếu xạ tập trung xung laser hồng ngoại femto giây. Phương pháp này được thuyết trình bởi Kondo et al. Trong kĩ thuật này, sợi quang được chọn là sợi quang đơn mode tiêu chuẩn cho truyền tải (NA=0. 11, đường kính trường mode 9. 3 0. 5 μm, đường kính vỏ 125 2 μm, bước sóng cắt 1260 40 μm). Lõi và vỏ của sợi quang lần lượt là Silica nguyên chất và Silica pha Ge. Các xung laser được sử dụng để gây ảnh hưởng tạo ra sự thay đổi chiết suất của sợi. Độ rộng xung laser khoảng 120 fs, bước sóng 800 nm và tần số lặp khoảng 200 khz. Chùm laser được đưa tới và tập trung trong phạm vi khoảng 20 λ ở lõi của sợi quang. Các tính năng của FBG sản phẩm được giám sát bởi camera CCD đặt trên microscope. Sợi quang được đặt vào một máy tính điều khiển và sẽ được chiếu xạ laser hồng ngoại bởi phương pháp điểm - điểm. Việc phân tích đáp ứng phổ và phổ truyền dẫn của FBG được phân tích và giám sát cùng lúc để tạo ra các sản phẩm có tính năng theo yêu cầu. Các FBG sản xuất theo công nghệ này có tuổi thọ rất cao. Hiện nay hầu hết các FBG đều được chế tạo theo phương pháp chiếu xạ tia UV lên sợi quang nhưng Davis et al và Karpov et al đã đưa ra khả năng sử dụng xung laser CO2. Thực nghiệm của họ dựa trên cấu hình bao gồm một máy tính điều khiển dùng để điều chỉnh vị trí sợi quang. Dưới sự điều khiển của máy tính, các xung laser đơn (~ 0. 5W, 300ms) được tập trung vào phần đường kính của sợi quang tại các vị trí đã xác định trước dọc theo chiều trục sợi. Một hệ thống giám sát được lắp ngay phía trên sợi dùng để giám sát vị trí của sợi và đảm bảo rằng các lỗi vật lý không xảy ra trong quá trình chế tạo. Một nguồn quang băng rộng có bước sóng nằm trong khoảng 1. 4 - 1. 6 μm được chiếu vào sợi quang và một máy phân tích phổ cũng được sử dụng để phân tích nhằm giám sát phổ truyền dẫn của FBG đang được chế tạo. Ưu điểm chính của phương pháp này là việc kĩ thuật sử dụng laser CO2 không quá đắt, các yếu tố kĩ thuật của FBG được giám sát chặt chẽ và không xảy ra các lỗi vật lý làm cho méo, biến dạng FBGs. Một kĩ thuật chế tạo FBG khác được Lin và Wang đưa ra, trong đó cấu trúc chiết xuất theo nếp gấp của sợi quang được tạo ra bằng cách khắc axit trên sợi quang. Loại FBG này được chế tạo theo cách sau : một sợi quang dịch tán sắc tiêu chuẩn với đường kính vỏ ban đầu là 125μm được sử dụng. Một lớp vỏ kim loại mỏng với độ dày 120nm được phủ lên sợi quang với một lớp chất bảo vệ chống lại sự ăn mòn của axit tại các vị trí đã định trước, sau đó nó được nhúng vào dung dịch axit flohidric. Khi đó các phần không có bảo vệ sẽ bị ăn mòn bởi axit vào trong đường kính lõi khoảng 42μm. Phần mặt nạ sẽ được thiết lập sao cho cấu trúc nếp gấp có chu kì là 400μm trong độ dài tổng cộng của FBG là 20nm. Việc mất ánh sáng truyền dẫn tối đa nằm tại hai đầu của FBG do hiện tượng phản xạ, bởi vì lúc đó độ chênh lệch về chiết suất giữa hai môi trường truyền ánh sáng là lớn nhất (chiết suất không khí là 1). Một trong các tính năng của FBG chế tạo theo phương pháp này là quan hệ giữa bước sóng và mất năng lượng truyền dẫn có thể điều chỉnh ở bên ngoài bằng cách thay đổi các điều kiện tác động cơ học khi chế tạo, bởi vì chỉ số chiết suất điều chế truyền dẫn tạo nên bởi nhiều cấu trúc nếp gấp khác nhau. Một kĩ thuật chế tạo FBG khác cũng được đưa ra bởi Fujimaki et al. Trong kĩ thuật này, các ion Helium được đưa sâu vào trong lõi sợi quang thông qua một mặt nạ kim loại, khoảng cách cách tử được tạo ra là 60μm. Việc cấy các ion này gây ảnh hưởng đến chiết suất của sợi quang và tạo nên cách tử. Loại cách tử này có thể được sử dụng trong bộ lọc chọn bước sóng trong truyền dẫn quang. Việc chế tạo FBG hiện nay là tương đối đơn giản, các phương pháp sử dụng thường phụ thuộc vào lĩnh vực và mục đích sử dụng chẳng hạn như sử dụng trong các hệ thống truyền dẫn hay là các hệ thống cảm biến …Phương pháp sử dụng chế tạo FBG hiện nay phù hợp với tính công nghiệp được đưa ra và chứng minh bởi Liu đó là sử dụng tia UV tác động lên sợi quang để tạo nên một dãy các vi thấu kính. Dãy vi thấu kính này được tạo nên bằng việc sử dụng laser bước sóng 248nm chu kì xung 20ns. Với phương pháp này, thời gian dùng cho việc chế tạo sẽ nhanh gấp 4 lần so với phương pháp sử dụng mặt nạ kim loại. Tóm lại, các phương pháp sử dụng chế tạo FBG được liệt kê vào 2 dạng : đó là phương pháp sử dụng chiếu xạ tia UV và phương pháp không sử dụng chiếu xạ tia UV. Trong phương pháp sử dụng chiếu xạ tia UV, chia làm hai kĩ thuật chính là kĩ thuật chiếu xạ tia UV điểm - điểm và kĩ thuật mặt nạ biên độ. Kĩ thuật chiếu xạ điểm điểm là kĩ thuật có tính mềm dẻo và phù hợp cho việc chế tạo các FBG có các đặc tính phổ khác nhau nhưng lại không phù hợp cho việc chế tạo hàng loạt, trong khi phương pháp mặt nạ biên độ không phù hợp với việc thay đổi đặc tính phổ của cách tử, nhưng lại phù hợp với việc chế tạo hàng loạt và giá thành cho việc chế tạo này tương đối rẻ, có 3 loại mặt nạ biên độ được sử dụng đó là mặt nạ Crom, mặt nạ điện môi và mặt nạ kim loại. Trong phương pháp không sử dụng chiếu xạ tia UV, kĩ thuật sử dụng laser CO2 có giá thành rẻ, còn các phương pháp cấy ion và phương pháp khắc axit vẫn đang còn trong quá trình thực nghiệm. 1.3. Sơ lược về các ứng dụng của FBG Các đặc điểm về độ cảm quang và khả năng tương thích vốn có với sợi quang đã cho phép chế tạo rất nhiều loại FBG khác nhau, đặc biệt là các LPG. Hiện tại, các FBG có rất nhiều ứng dụng trong các hệ thống cảm biến và truyền dẫn quang. Bộ lọc chọn bước sóng rất hẹp dùng cho bộ khuyếch đại quang EDFA là một ví dụ điển hình về ứng dụng của loại thiết bị này. Hiện nay mặc dù các cách tử quang dạng này được tập trung phát triển cho các ứng dụng liên quan đến truyền dẫn quang và các hệ thống cảm biến nhưng vẫn có nhiều ứng dụng tiềm năng khác có thể phát triển như là chuyển mạch quang, xử lý tín hiệu quang v.v... Các ứng dụng của nó có thể tập trung vào 3 ứng dụng chính như sau: + Ứng dụng trong các hệ thống cảm biến: Cảm biến nhiệt độ Cảm biến sức căng Cảm biến áp suất. + Ứng dụng trong laser quang: Laser cách tử quang bán dẫn Khoang ổn định ngoài cho laser bán dẫn Khuyếch đại kích thích Erbium cho laser + Ứng dụng trong truyền dẫn quang: Bù tán sắc Các hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM Bộ lọc cân bằng cho khuyếch đại Erbium Bộ tách ghép kênh Bộ phản xạ nhiễu Khuyếch đại Raman Như vậy cách tử Bragg hiện đã và đang trở thành một trong những phát minh về thiết bị quang có các ứng dụng đa dạng trong thực tế. Trong các chương sau chúng ta sẽ mô tả các thuộc tính và ứng dụng cụ thể của từng loại cách tử Bragg sợi quang để làm rõ hơn vấn đề này. CHƯƠNG 2 CHẾ TẠO FBG 2.1 Độ nhạy trong sợi quang Khái niệm độ nhạy trong sợi quang được đưa ra đầu tiên bởi Hill. Độ nhạy trong sợi quang được định nghĩa như là một tính chất của vật liệu dẫn quang được thể hiện ở khả năng lưu giữ quá trình điều biến vi sai nhằm phân bố cường độ phát xạ quang theo ý muốn. Tính chất này được ứng dụng nhiều trong chế tạo các thiết bị quang, chẳng hạn như cách tử. Cách tử chiết suất khúc xạ là một thiết bị quang có nhiệm vụ điều biến tín hiệu theo chu kì hoặc pha của sóng tới. Việc chế tạo các cách tử dạng này thường dùng các vật liệu có tính chất nhạy cảm ánh sáng, chẳng hạn như Li, Ga-As, Ba-Ti, … Để mô tả độ nhạy ánh sáng trong sợi quang, chẳng hạn sợi Ge, người ta đưa ra một số mô hình. Những mô hình này dựa vào sự thay đổi đỉnh hấp thụ của vật liệu và mối quan hệ Kramer-Kronig để phân tích sự biến thiên của chiết suất khúc xạ. 2. 1. 1 Mô hình trung tâm màu Cơ chế tạo ra độ nhạy trong sợi quang là dựa trên sự ảnh hưởng của sự thay đổi chiết suất khúc xạ vào sự phát xạ ánh sáng của cấu trúc GeO không hoàn hảo và đỉnh hấp thụ vật liệu tại bước sóng 252nm. Cấu trúc không hoàn hảo này được gọi là mô hình trung tâm màu. Cấu trúc này được tạo ra do quá trình ion hoá có phát xạ. Hình 2. 1 minh hoạ quá trình tạo trung tâm màu Ge. Trung tâm màu được tạo ra do sự phá vỡ liên kết Ge-Ge/Si giải phóng 1e tự do. Quá trình này cộng với quá trình chiếu xạ bằng tia cực tím sẽ tạo ra đỉnh hấp thụ mới ở bước sóng 195, 213 và 281nm. Quá trình này là liên tục do tính chất cấu trúc của vật liệu SiO2. Theo mô hình này, người ta chứng minh được rằng chiết suất khúc xạ tại một điểm chỉ phụ thuộc vào mật độ và véc tơ định hướng của các ion được tạo ra do phá vỡ liên kết. Nó được thể hiện bằng phổ hấp thụ electron của các ion này. Có thể nhận thấy rằng băng hấp thụ này tương ứng với trung tâm GeE’. Dùng biểu thức Kramer-Kronig người ta có thể đánh giá được sự thay đổi của băng hấp thụ này. Hình 2. 1. Cơ chế độ nhạy trong mô hình trung tâm màu 2. 1. 2 Mô hình thay đổi mật độ Mô hình thay đổi mật độ dựa vào tính chất mật độ phụ thuộc vào quá trình ion hoá phát xạ của GeO. Sự ion hoá này chính là sự bẻ gãy các vòng ring nhỏ (2 hoặc 3 phần tử) trong cấu trúc vật liệu sợi. Người ta chứng minh được rằng mối quan hệ giữa độ thay đổi mật độ và chỉ số chiết suất khúc xạ là xấp xỉ tuyến tính. Mặc dù mô

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docNội dung ĐA.doc
  • pptslide.ppt
Luận văn liên quan