Slide thiết kế sợi tinh thể quang cấu trúc bát giác có đường tán sắc phẳng gần không và sợi tinh thể quang lõi kép có đường tán sắc dị biệt

Đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp
Đề tài
:
:
Thiết kế sợi tinh thể quang cấu trúc bát giác có đường
tán sắc phẳng gần không và sợi tinh thể quang lõi kép
có đường tán sắc dị biệt
Sinh viên: Phạm Văn Đam - ĐT2K53
Nguyễn Thị Phương Dung - ĐT2K53
6/2013
Nội dung
Nội dung
1: Những hạn chế của sợi quang thông thường
2: Giới thiệu và phân loại sợi tinh thể quang
3: Các tính chất của sợi tinh thể quang
4: Thiết kế và phân tích sợi tinh thể quang cấu trúc bát
giác.
Đề xuất cấu trúc có đường tán sắc phẳng gần không ứng
dụng trong hệ thống DWDM . (Phạm Văn Đam)
5: Thiết kế và phân tích sợi tinh thể quang lõi kép có đường
tán sắc dị biệt. (Nguyễn Thị Phương Dung)
6/2013 1
1. Hạn chế của sợi quang thông thường
•
Dịch chuyển đường tán sắc thực
hiện được bằng cách thay đổi liều
lượng các chất pha tạp nhưng
không linh hoạt

•

Tính phi tuyến lớn: đáng kể sau
khi truyền dẫn ~ 100km. Khó điều
chỉnh vì diện tích hiệu dụng bị hạn
chế bới kích thước lõi
Khó điều
chỉnh đồng
thời
PCFs
6/2013
2
•
Suy hao lớn đặc biệt là suy hao
uốn cong. Cần phải khuếch đại sau
khi truyền được 50- 100 km
2. Giới thiệu sợi tinh thể quang
Tinh thể quang
•
Là các cấu trúc nano quang
có tính tuần hoàn
Sợi tinh thể quang PCFs
•
Là sợi quang có cấu trúc tinh
thể, phần lớn là tinh thể quang
hai chiều. Sợi cấu tạo từ silica
mà bên trong có những ống
thường chưa không khí chạy
song song với trục của sợi.
6/2013
3
2. Phân loại sợi tinh thể quang

Khẩu độ
số cao
Phi tuyến
cao
Diện tích
mode lớn
Lõi chiết suất
thấp
Sợi lõi rỗng Sợi Brag
Sợi lõi
chiết suất
cao
Sợi lõi
rỗng
PCFs
P
h
ả
n

x
ạ

t
o
à
n

p
h

ầ
n
D
ả
i

c
ấ
m

q
u
a
n
g
4
•
Tán sắc
•
Diện tích hiệu dụng
•
Khả năng giam giữ
3. Tính chất sợi tinh thể quang
5
3. Tính chất sợi tinh thể quang
•
Tán sắc
6
2
eff

2
d Re[n ]
λ
D(λ) = -
c dλ
•
Diện tích hiệu dụng
Đơn vị: ps/(kn.nm)]
•
Suy hao giam giữ
6/12/2013
3. Tính chất sợi tinh thể quang(2)
PCFs
Thay đổi
vi cấu
trúc
Điều khiển được tán sắc
Thay đổi được diện tích
hiệu dụng
Sợi có khả năng giam giữ
ánh sáng rất lớn
7
4. Mục đích thiết kế
8
Mục đích thiết kế
4. Tham số thiết kế
1
2
0
9

4. Ảnh hưởng của vòng thứ nhất r1
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
-20
-10
0
10
20
30
40
r
1
= 0,31 µm

r
1
= 0,38 µm
r
1
= 0,45 µm
r
1
= 0,52 µm
Dispersion D [ps/(km.nm)]
Wavelength λ [µm]
Với cấu trúc bát
giác, thước các lỗ
khí vòng trong cùng
khi thay đổi thì hình
dạng đường tán sắc
không thay dổi

nhiều nhưng rất
nhậy với việc dịch
đường tán sắc lên
hoặc xuống
Tán sắc có xu
hướng phẳng ở
miền bước sóng
cao
•
Tán sắc
10
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
6
8
10
12
14
16
18
r
1
= 0,52 µm
r
1
= 0,45 µm
r
1
= 0,38 µm
r
1

/r = 0,31 µm
Wavelength λ [µm]
Effective area A
eff
[µm
2
]
Khi giảm bán kính các
lỗ khí vòng thứ nhất
diện tích hiệu dụng
tăng
•
Diện tích hiệu dụng
11
4. Ảnh hưởng của vòng thứ nhất r1
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Dispersion D [ps/(km.nm)]
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
r
2
= 0.31 µm
r
2

= 0.35 µm
r
2
= 0.52 µm
r
2
= 69 µm
Wavelength λ [µm]
•
Tán sắc
Khi giảm r2 phần tán
sắc phẳng có xu
hướng dịch sang trái
Vùng bước sóng thấp
tán sắc ít thay đổi hơn
so với vùng bước sóng
cao
12
4. Ảnh hưởng của vòng thứ hai r2
Wavelength λ [µm]
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Effective area A
eff
[µm
2
]
10
12
14
16

18
20
r
2
= 0.31 µm
r
2
= 0.35 µm
r
2
= 0.52 µm
r
2
= 0,69 µm
•
Diện tích hiệu dụng
•
thay đổi giá trị r2
từ 0,31 tới 0,69
hiệu dụng vẫn
thỏa mãn yêu cầu
thiết kế
•
r2 giảm thì diện
tích hiệu dụng
tăng
13
4. Ảnh hưởng của vòng thứ hai r2
4. Đề xuất cấu trúc tối ưu
14

Wavelength, λ [µm]
1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Dispersion, D [ps/km.nm]
-5
-4
-3
-2
-1
0
Band L
Band C
Wavelength λ [µm]
1.4 1.5 1.6 1.7
Dispersion slope
-0.02
-0.01
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
4. Tán sắc
15
Wavelength, λ[µm]
1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Spicing Loss, Ls
0
1e-4
2e-4
3e-4

Spicing Loss, Ls
0.99980
0.99985
0.99990
0.99995
1.00000
1.00005
Wavelength, λ[mm]
1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Confinement Loss, L
c
[dB/km]
0
1e-12
2e-12
3e-12
Effective Area, A
eff
[
µ
m
2
]
13.5
14.0
14.5
15.0
15.5
16.0
16.5

4.
16
4.
17
So sánh đường tán sắc của bốn cấu trúc
4.
23
Cấu trúc đề xuất
18
4. Kết luận

Kết quả đạt được:
Xây dựng được cấu trúc sợi tinh thể quang mới, có tán
sắc phẳng gần không trên dải tần rộng 270 nm. Có
khả năng ứng dụng tốt trong hệ thồng DWDM. Vi cấu
trúc thuần bát giác đơn giản, dễ chế tạo

Hướng nghiên cứu
Nghiên cứu các cấu trúc tinh thể quang khác như cấu
trúc lục giác, tứ giác, cấu trúc lai ghép …
19
5. Thiết kế và phân tích sợi PCF lõi kép

Mục đích thiết kế
-
Sợi có tối đa 8 vòng lỗ khí
-
Đường tán sắc phẳng, bằng không hoặc gần không trên dải
bước sóng dùng trong hệ thống thông tin quang.
-

suy hao giam giữ nhỏ, suy hao ghép nối nhỏ.

Sợi tinh thể quang cấu trúc lõi kép
20
5. Thiết lập các thông số kích thước ban đầu

Theo các nghiên cứu trước đây
-
Kích thước các lỗ khí vòng ngoài lớn sẽ làm giảm sự thất
thoát ánh sáng ra ngoài.
-
Tán sắc sẽ nhỏ và có độ dốc thấp khi chỉ số d/Λ thấp đối với
những vòng phía trong.

Các thông số của cấu trúc ban đầu:
Λ
1
=1,50µm d
1
=0,40µm
Λ
2
=2,30µm d
2
=0,60µm
D =1,60µm d
3
=0,80µm
21
5. Mô phỏng và tối ưu hóa

Wavelength, λ [µm]
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Dispersion, D [ps/(km.nm)]
-30
-20
-10
0
10
20
Λ
2
=2.15µm
Λ
2
=2.20µm
Λ
2
=2.25µm
Λ
2
=2.30µm
Λ
2
=2.22µm

Thay đổi Λ
1
, Λ
2
Wavelength, λ [µm]

1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Dispersion, D [ps/(km.nm)]
-40
-20
0
20
Λ
1
=1.40µm
Λ
1
=1.45µm
Λ
1
=1.50µm
Λ
1
=1.55µm
Λ
1
=1.60µm
Λ
1
, Λ
2
ít ảnh
hưởng tới hình
dạng đường tán
sắc
Λ

1
, Λ
2
ít ảnh
hưởng tới hình
dạng đường tán
sắc
Chọn Λ
1
=1,50µm,
Λ
2
=2,22µm.
Chọn Λ
1
=1,50µm,
Λ
2
=2,22µm.
22
5. Mô phỏng và tối ưu hóa
Wavelength, λ [µm]
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Dispersion, D [ps/(km.nm)]
-40
-20
0
20
40
d

1
=0.40µm
d
1
=0.44µm
d
1
=0.46µm
d
1
=0.48µm
d
1
=0.52µm

Thay đổi d
1
, d
2

•
d
1
tăng, D giảm.
•
d
2
tăng, D tăng.
•
Đường tán sắc khá

phẳng trong dải bước
sóng 1,2µm-1,6µm
•
d
1
tăng, D giảm.
•
d
2
tăng, D tăng.
•
Đường tán sắc khá
phẳng trong dải bước
sóng 1,2µm-1,6µm
Chọn d
1
=0,46µm,
d
2
=0.66µm.
Chọn d
1
=0,46µm,
d
2
=0.66µm.
Wavelength, λ [µm]
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Dispersion, D [ps/(km.nm)]
-30

-20
-10
0
10
20
30
d
2
=0.54µm
d
2
=0.60µm
d
2
=0.66µm
d
2
=0.72µm
d
2
=0.78µm
23
5. Mô phỏng và tối ưu hóa
Wavelength, λ [µm]
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Dispersion, D [ps/(km.nm)]
-10
-8
-6
-4

-2
d
3
=0.72µm
d
3
=0.76µm
d
3
=0.80µm
d
3
=0.84µm
d
3
=0.88µm

Thay đổi d
3
Wavelength, λ [µm]
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
Dispersion, D [ps/(km.nm)]
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
d

3
=0,66µm
450nm
Chọn d
3
=0,80µm.
D=[-7; -8] [ps/(km.nm)]
trong dải [1,2; 1;6] [µm]
Chọn d
3
=0,80µm.
D=[-7; -8] [ps/(km.nm)]
trong dải [1,2; 1;6] [µm]
•
d
3
tăng, D tăng.
•
Đường tán sắc
có một đoạn
giống hình sin.
•
d
3
tăng, D tăng.
•
Đường tán sắc
có một đoạn
giống hình sin.
24