Báo cáo thiết kế sợi quang tinh thể

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
====o0o====



BÁO CÁO
THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ SỢI QUANG TINH THỂ ỨNG
DỤNG CHO Y TẾ TRONG HỆ THỐNG CHỤP
CẮT LỚP OCT


Hà Nội, 3/2015
GVHD:
TS Nguyễn Hoàng Hải
Sinh viên thực hiện:
Bùi Văn Chiến 20101158


Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



2
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỂ TÀI
1.1 Giới thiệu về OCT……………………………………………………………4

1.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống OCT…………………………………… 5
1.3 Những mẫu hình ảnh thu được của hệ thống OCT ………………………….8
1.4 Đề xuất thiết kế…………………………………………………………… 10
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH - THIẾT KẾ
2.1 Phân tích 1 số cấu trúc sợi quang ứng dụng cho OCT…………………… 11
2.2 Các tính chất sợi quang tinh thể PCFs…………………………………… 15
2.3 Đưa ra cấu trúc thiết kế, thay đổi thông số……………………………… 18
2.4 Tối ưu hóa cấu trúc……………………………………………………… 27
2.5 Phân tích so sánh kết quả đạt được……………………………………… 29
KẾT LUẬN ……………………………………………………………… 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 31
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



3
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của Internet, thông tin truyền thông
trong đó có một phần nhờ sự phát triển của thông tin cáp sợi quang. Hệ thống thông
tin sợi quang phát triển mạnh và được ứng dụng trong truyền thông tin, trong các hệ
thống DWDM, FTTH. Cùng với việc nâng cao kĩ thuật để cải tiến chất lượng tín
hiệu thì việc nghiên cứu phát triển cho sợi quang cũng không ngừng được đổi mới.
Sự ra đời của sợi quang tinh thể PCFs đã tạo một bước tiến nhảy vọt trong hệ thống
thông tin quang, chúng ta không chỉ thấy những ứng dụng trong truyền thông mà
người ta còn đưa sợi quang vào sử dụng cho y tế nhờ những đặc tính truyền dẫn ánh
sáng trong sợi quang tinh thể mà người ta có thể thu lại được hình ảnh mô sinh học.
Do đó em đã nghiên cứu đề tài thiết kế sợi quang tinh thể ứng dụng trong hệ thống
chụp cắt lớp quang OCT.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy TS Nguyễn Hoàng Hải đã

tạo điều kiện và hướng dẫn để em hoàn thành đề tài này.
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



4
CHƯƠNG
1
MÔ TẢ ĐỀ TÀI
Trong chương này trình bày một cách tổng quan hệ thống OCT về sơ đồ hệ thống
cũng như nguyên lí hoạt động và những mẫu hình ảnh thu được từ hệ thống chụp
cắt lớp OCT. Qua đó ta thấy được sự quan trọng của nguồn ánh sáng trong hệ thống
OCT từ đó đề xuất đề tài thiết kế sợi quang tinh thể để ứng dụng việc tạo xung
SUPERCONTINIUM trong hệ thống OCT.
1.1 Giới thiệu về OCT
OCT là gì? OCT (Optical Coherence Tomography) là công nghệ chụp cắt
lớp quang. Chúng ta sẽ lấy được những hình ảnh của mô ở những tế bào không bình
thường cho chuẩn đoán bệnh. OCT lấy hình ảnh các mô ở cỡ micromet với độ phân
giải cao bằng hiện tượng giao thoa liên tục. So sánh với những công nghệ hình ảnh
khác như siêu âm và kính hiển vi đồng tiêu thì hình ảnh OCT có những tính chất
riêng: dùng bước sóng từ 1 -15um, độ sâu thâm nhập vào khoảng 2-3 mm nên chụp
thích hợp cho mô ở mắt, da và răng.





Hình 1.1. Các công nghệ
chụp hình ảnh

Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



5
Chụp cắt lớp quang OCT [1] là công nghệ hình ảnh không xâm lấn (tức là không
cần đưa công cụ vào trong cơ thể) mà ta có thể lấy được hình ảnh với độ phân giải
cao của mô sinh học. Sự lấy lại tín hiệu quang và xử lí trong hệ thống OCT dựa trên
sự giao thoa kết hợp thấp LCI, cũng được hiểu như sự giao thoa ánh sáng trắng
WLI, giao thoa miền quang kết hợp (OCDR). Nguyên lí làm việc của OCT được
giới thiệu lần đầu tiên bởi Sir Isaac Newton.
1.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống OCT
Nguồn sáng
Tách ánh
sáng
Quét
quang
Gương
Phản
chiếu
Mô sinh học
Thu
quang
Es
Er
Giải điều
chế
Chuyển đổi
A/D

Khuếch đại
Xử lí tín hiệu
Lọc thông dải
OCT

Hình 1.2 Sơ đồ khối của hệ thống OCT [1]
Nguồn sáng đóng vai trò chính trong hiệu suất của hệ thống OCT, nó có ảnh hưởng
đến chất lượng hình ảnh của mô sinh học. Nguồn lí tưởng cho hệ thống OCT phải
có những tính chất sau:
• Phát xạ trong vùng ánh sáng hồng ngoại (0.4um-1.7um) và có bước sóng
trung tâm quang vùng 1.3um.
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



6
• Độ dài kết hợp thời gian ngắn hoặc băng thông phổ dải rộng.
• Xung băm theo phân bố Gaussian.
• Công suất đầu ra cao.
• Nhiễu thấp.
• Thiết kế nhỏ gọn
• Không đắt
• Đơn giản để tích hợp trong thiết bị hình ảnh y tế.
Nguồn ánh sáng được biểu diễn trên hình 1.2 được phát ra hướng tới bộ tách chùm
xung bị nghiêng theo đường chéo. Nguồn xung được chia thành 2 nửa. Một phần
phản xạ từ bộ tách được qua cần tham chiếu và được phản xạ trở lại bởi gương tham
chiếu. Một nửa khác được truyền qua bộ tách xung tới mẫu thử và được phản xạ trở
lại. Hai nửa xung phản xạ trở lại được kết hợp lại bởi bộ chia xung và cuối cùng tín
hiệu kết hợp được nhận bởi bộ thu quang photodetector. Trường điện của 2 nửa

phản xạ có thể được biểu diễn bởi hàm sau:
R R0
E E exp( (2 ))
RR
i l t



0
E E exp( (2 ))
s s S S
i l t



Trong đó R và S chỉ tham chiếu và mẫu thử, E
RO
và E
SO
chỉ ra biên độ trường điện
của 2 xung; β
R
và β
S
là hằng số lan truyền trong 2 xung, l
R
và l
S
là độ dài đo được từ
điểm chia ở bộ chia xung tới bề mặt phản xạ; ω là tần số góc quang; t biểu thị thời

gian; hệ số 2 trước β phát sinh từ vòng ánh sáng lan truyền trong mỗi cánh. Do đó,
sự kết hợp ta thu được: E = E
R
+ E
S

Cường độ ánh sáng trung bình theo thời gian I(t) của photodetector được đưa ra
bởi:
2
RS
( ) E EIt 

Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



7
Sau khi thu được ánh sáng kết hợp sẽ được được chuyển đổi ADC và xử lí bằng
máy tính và hiển thị hình ảnh. Kết quả là ta thu được hình ảnh chụp quang mà qua
đó bác sĩ có thể chuẩn đoán tình trạng bệnh của bệnh nhân.
Về nguyên lý hoạt động OCT có nguyên lý gần giống như siêu âm nhưng
người ta dùng ánh sáng thay cho sóng âm. Như vậy nếu các môi trường mắt không
bị vẩn đục lắm ta có thể dùng OCT quan sát tất cả các cấu trúc của mắt trên không
gian 3 chiều, giống như dùng một con dao cắt thật mịn và mỏng các cấu trúc của
nhãn cầu với độ phân giải cực cao, không xâm lấn vào tổ chức của mắt đồng nghĩa
với không đau đớn và chảy máu. Siêu âm A loại tốt nhất cũng chỉ đảm bảo độ phân
giải khoảng 100 micron (1/10 của mm) thế nhưng OCT đem đến độ phân giải tới
10-20 micron. Do vậy OCT cho ta nghiên cứu ở cấp độ vi thể chứ không phải là đại
thể như các thiết bị nhãn khoa khác. Điều lưu ý ngay rằng màu sắc hiển thị trên kết

quả OCT hoàn toàn là mã hóa chứ không phải là màu thật. Màu sắc được mã hóa để
phân biệt các cấu trúc mô và mặt tiếp xúc. Các cấu trúc phản quang mạnh thường
được có gam màu đỏ hoặc vàng [2].
Những năm 80 của thế kỷ trước con người đã chứng kiến sự tiến bộ vượt bậc của kỹ
thuật chẩn đoán hình ảnh với hệ thống chụp cắt lớp điện toán – CT scanner, rồi
ngay sau đó là chụp cộng hường từ MRI, nay lại thêm PET CT, chụp mạch kỹ thuật
số Ngành nhãn khoa cũng được hưởng lợi ngay những thành tựu này nhưng ở cấp
độ tinh vi hơn hẳn , đó là hệ thống chụp cắt lớp dạng 2 ứng dụng: OCT bán phần
trước và OCT bán phần sau.
OCT bán phần sau giúp ta dựng lại các cấu trúc, nghiên cứu và đo đạc các thành
phần giải phẫu:
- trước võng mạc
- trên võng mạc
- trong võng mạc
- dưới võng mạc
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



8
Máy OCT bán phần trước là dạng máy chụp cắt lớp sử dụng tia hồng ngoại có bước
sóng 1310nm để phân tích các lớp tổ chức nhãn cầu với độ giải ở mức 18 micron.
Với bước sóng cao hơn hẳn so với OCT bán phần sau, hệ thống này cho phép các
bác sĩ có thể khảo sát các vùng tổ chức đặc biệt mà các dạng máy móc khác không
thể khảo sát được như: vùng chân mống mắt, góc tiền phòng cũng như các vùng bị
che lấp bởi sẹo giác mạc, màng xuất tiết viêm,… Với các tính năng ưu việt như vậy
OCT bán phần trước phục vụ đắc lực cho chẩn đoán, điều trị, theo dõi các lĩnh vực:
bệnh lý và phẫu thuật giác mạc, phẫu thuật khúc xạ; bệnh bán phần trước,bệnh
Glôcôm; chẩn đoán & đánh giá phẫu thuật đục thể thủy tinh

1.3 Những mẫu hình ảnh thu được của hệ thống OCT
1.1
Hinh 1.3. Soi phế quản

Hình 1.4. Phẫu thuật nội soi khớp


Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



9
Dưới đây là 3 mẫu hình ảnh thu được từ ứng dụng OCT chụp điểm vàng ở mắt:

Hình 1.5. Điểm vàng ở võng mạc bình thường

Hình 1.6. Thoái hóa võng mạc khô
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



10

Hình 1.7. Thoái hóa võng mạc ướt
Qua việc phân tích những mẫu hình ảnh trên bác sĩ có thể đưa ra chuẩn đoán bệnh
cho bệnh nhân để có biện pháp điều trị kịp thời.
1.4 Đề xuất thiết kế
Qua việc phân tích trên ta thấy được tầm quan trọng của nguồn quang trong

hệ thống chụp cắt lớp quang OCT. Do đó em đề xuất đề tài thiết kế sợi quang tinh
thể PCFs (optical fiber photonic) làm nguồn xung supercontinium cho hệ thống
chụp cắt lớp OCT cho mắt, da hay răng…mà những công nghệ chụp khác không
thực hiện được hoặc khó khăn trong việc lấy hình ảnh.

Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



11
CHƯƠNG
2
PHÂN TÍCH - THIẾT KẾ
Nội dung chương này tập trung phân tích 1 số cấu trúc sợi quang tinh thể được ứng
dụng trong OCT. Đồng thời cũng phân tích các thuộc tính của sợi quang tinh thể và
cách điều chỉnh các thuộc tính để có thể ứng dụng chúng. Từ đó ta thiết kế cấu trúc
và tối ưu để được các thuộc tính về tán sắc, hệ số phi tuyến, diện tích hiệu dụng, suy
hao giam giữ đáp ứng được yêu cầu bài toán đặt ra.
2.1 Phân tích 1 số cấu trúc sợi quang ứng dụng cho OCT
Cấu trúc 1:

Hình 2.1. Cấu trúc lưới vuông khẩu độ số lớn cho OCT [3]
Cấu trúc trên được thiết kế chỉ gồm 8 vòng lỗ khí và có pha tạp Ge vào lõi để hội tụ
ánh sáng trong lõi nên diện tích hiệu dụng nhỏ, khẩu độ số lớn từ đó góc chiếu ánh
sáng vào lớn có thể thu được ánh sáng phản xạ từ mô sinh học, có đường tán sắc
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015

12
bằng 0 đi qua bước sóng trung tâm.

Hình 2.2. Khẩu độ số của cấu trúc lưới vuông [3]

Hình 2.3. Đường cong tán sắc của cấu trúc lưới vuông tại các bước sóng [3]
Nhận xét: Thiết kế trên có đường cong tán sắc có giá trị trung tâm bằng 0, diện tích
hiệu dụng nhỏ, khẩu độ số lớn. Vậy ta có thể thiết kế cấu trúc sợi quang tinh thể
PCFs có khẩu độ số cao để ứng dụng cho hệ thống OCT tại các bước sóng trung
tâm 0.83μm, 1.06μm và 1.31μm.
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



13
Cấu trúc 2:

Hình 2.4. Cấu trúc vuông HNDFS PCF [4]

Hinh 2.5 Đường cong tán sắc và độ dốc tán sắc[4]
Trong cấu trúc trên ta thấy đường cong tán sắc phẳng trong khoảng 1.02 μm - 1.10
μm với bước sóng trung tâm xấp xỉ 1.06 μm.
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



14

Hình 2.6 Hệ số phi tuyến và diện tích hiệu dụng của thiết kế [4]

Hình 2.7. Phổ SC với độ rộng 80nm được tạo ra sau khi truyền xung có T
FWHM

=2.5ps, 10W trên 210m chiều dài sợi [4]
Nhận thấy rằng cấu trúc trên có hệ số phi tuyến lớn, diện tích hiệu dụng nhỏ, đường
tán sắc phẳng trong khoảng 80nm nên đã tạo được xung SC phổ rộng 80nm với
công suất đầu ra tương đối lớn trong khi chỉ đưa 1 xung đầu vào tại bước sóng trung
tâm. Mục đích của thiết kế này tạo SUPERCONTINIUM tại bước sóng trung tâm
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



15
1.06 μm như một nguồn lazer công suất lớn, trải phổ, có thể quét hình ảnh mô để
có thể ứng dụng cho hệ thống OCT.
Nhận xét:Cấu trúc trên có tán sắc khá phẳng, gần 0 tại bước sóng 1.06μm và diện
tích hiệu dụng nhỏ do đó có hệ số phi tuyến lớn. Cấu trúc trên tạo ra nguồn
SUPERCONTINIUM ở bước sóng 1.06μm ứng dụng chụp da. Vậy ta cũng có thể
tạo nguồn SUPERCONTINIUM tại các bước sóng như 0.83μm, 1.06μm và 1.31μm
dùng làm nguồn quang cho OCT.
2.2 Các tính chất sợi quang tinh thể PCFs
Sợi tinh thể quang (Photonic Crystal Fibers – PCFs) là một loại sợi quang
mới đã và đang được nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực. Như đã biết, sợi quang thông
thường được ứng dụng rất phổ biến trong hệ thống thông tin quang. Tuy nhiên sợi
này vẫn tồn tại những hạn chế về tán sắc, suy hao, sự phân cực và các hiệu ứng phi
tuyến. Sự ra đời của sợi quang tinh thể đã có những đặc tính ưu việt hơn và có thể

phục vụ rộng cho nhiều ứng dụng hơn [5].
Sợi quang tinh thể chia thành 2 loại chính: Sợi lõi chiết suất cao và lõi chiết
suất thấp.

Hình 2.8 Hình ảnh mặt cắt sợi PCFs lõi chiết suất cao (trái) và lõi chiết suất
thấp (phải) với sự sắp xếp các lỗ khí theo cấu trúc lục giác

Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



16
Sợi quang tinh thể có sự khác biệt so với sợi quang thông thường là có sự sắp xếp
các lỗ khí một cách tuần hoàn theo một quy luật nào đó. Ngoài ra còn có sự pha tạp
để tăng hoặc giảm chiết suất lõi. Sợi PCFs có cấu trúc khác với sợi thông thường là
ở sự đa dạng trong việc sắp xếp các lỗ khí. Các lỗ khí có ảnh hưởng rất nhiều đến sự
tán sắc, suy hao của cấu trúc. Sợi PCF tán sắc có thể âm hoặc dương do ảnh hưởng
của các lỗ khí, suy hao giam giữ của PCF cũng nhỏ hơn so với sợi thông thường. Vì
vậy, PCFs được ứng dụng như bù tán sắc, hoặc sợi tán sắc phẳng, hoặc sợi có hệ số
phi tuyến hoặc khẩu độ số lớn ứng dụng trong hệ thống OCT.
Trong thông tin quang cần quan tâm đến các yếu tố ảnh hưởng đến truyền dẫn
trong sợi đó là:
- Suy hao: Là hiện tượng suy giảm năng lượng trong sợi theo khoảng cách
truyền dẫn do sự tán xạ vật liệu, do tán xạ Rayleigh, suy hao do uốn cong…
Với sợi quang thường dùng suy hao 0.2 dB/km ở 1550nm, suy hao 0.5
dB/km ở 1300nm. Suy hao giam giữ được tính theo công thức:
6
eff
4

L Im(n )10
ln(10)



[6]
L là suy hao (dB/km), λ là bước sóng (μm), Im(n
eff
) là phần ảo chiết suất
hiệu dụng.
- Tán sắc: Tán sắc là hiện tượng dãn xung ánh sáng, làm phổ ánh sáng rộng ra.
Nếu xung ánh sáng bên thu dãn quá mức cho phép tức tán sắc lớn sẽ làm
tăng tỉ lệ lỗi bit, khi đó không còn phân biệt được tín hiệu để khôi phục. Để
cự ly truyền dẫn dài và đảm bảo chất lượng tín hiệu thì chúng ta phải quan
tâm đến vấn đề tán sắc. Tán sắc trong sợi quang thường luôn dương nên
người ta phải dùng loại sợi có tán sắc âm để bù tán sắc để tán sắc gần 0. Khi
đó chất lượng tín hiệu được đảm bảo.
Công thức tính tán sắc:
2
eff
2
Re( )n
D
c





[6]

Đơn vị của D là [ps/(nm-km)]. Trong công thức trên Re(n
eff
) là phần thực
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



17
của chiết suất hiệu dụng n
eff
, c là vận tốc lan truyền ánh sáng trong chân
không, λ là bước sóng.
- Phi tuyến: Hiện tượng phi tuyến luôn xuất hiện khi mật độ ánh sáng đủ lớn
bất kể ánh sáng được lan truyền trong vật liệu nào. Hiện tượng phi tuyến nói
chung thì ảnh hưởng không tốt đến hệ thống thông tin quang, tất cả các hiệu
ứng phi tuyến đều thuộc vào mức công suất tín hiệu. Hiệu ứng phi tuyến nhỏ
nhưng khi truyền trên đường truyền dài, lưu lượng lớn thì vấn đề phi tuyến
cần phải quan tâm [6].
Công thức tính hệ số phi tuyến:
2
eff
2
n
A











[7]
Với λ là bước sóng trung tâm, A
eff
là diện tích hiệu dụng của sợi, n
2
là chiết suất phi
tuyến cho bởi công thức sau: n
2
= 0.565 + Δ
eff
+2.61 [7] với Δ
eff
là độ chênh lệch
chiết suất pha tạp.
Để tạo SUPERCONTINIUM làm nguồn quang cho hệ thống OCT thì ta phải thiết
kế sao cho hệ số phi tuyến lớn [7]. Khi đó xung ánh sáng truyền trong sợi trong môi
trường phi tuyến cao sẽ tạo thành ra xung ánh sáng có phổ rộng. Điều đó phụ thuộc
vào tán sắc và phi tuyến.

Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



18
2.3 Đề xuất cấu trúc thiết kế
PML
d
1
d
2
d
d
core
Silica
Air Holes
Germania (GeO
2
)
T

Hình 2.10 Cấu trúc xoắn ốc Fibonaci
Cấu trúc trên được thiết kế theo tỉ lệ vàng Fibonaci gọi là cấu trúc xoắn ốc tỉ lệ
vàng, các lỗ khí xoay quanh tâm một góc 137.508n (n là số thứ tự lỗ khí), các lỗ khí
cách tâm
Tn
, T là bán kính xoắn ốc. Góc β = 137.508 xấp xỉ góc vàng Fibonaci.
Việc sắp xếp 24 lỗ khí trên theo tọa độ sau:
Các lỗ khí

Tọa độ X
Tọa độ Y
Kích thước
Chú thích
Tâm C
C
C
-
- β là góc tỉ
lệ vàng
- T là bán
kính đường
xoắn ốc
- dcore là
đường kính
lõi Ge
- d1 là
đường kính
8 lỗ khí
vòng trong
Lõi GeO
2

C+ 0.81T
C
d
core

Lỗ khí 1
C +

1 os( )Tc


C +
1 sin( )T


d
1

………….
…………
………
Lỗ khí 8
C +
8 os(8 )Tc


C +
8 sin(8 )T


Lỗ khí 9
C +
9 os(9 )Tc


C +
9 sin(9 )T


d
2

Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



19
…………
…………
…………
- d2 là
đường kính
16 lỗ khí
vòng ngoài
Lỗ khí 24
C +
24 cos(24 )T


C +
24 sin(24 )T



Khi đó ta chỉ cần thay đổi đi các tham số như nồng độ pha tạp GeO
2
, bán kính

đường xoắn ốc T, đường kính lõi GeO
2
dcore, đường kính lỗ khí vòng trong d1,
đường kính lỗ khí vòng ngoài d2 thì đường cong tán sắc, suy hao giam giữ, diện
tích hiệu dụng cũng sẽ thay đổi. Tuy nhiên ta cần điều chỉnh để có mục đích mong
muốn tại các bước sóng đặc biệt như 0.83μm, 1.06μm,1.31μm hoặc 1.55μm.
Các kết quả thu được khi thay đổi các thông số:
2.3.1 Thay đổi bán kính vòng xoắn ốc T
Ta thiết lập các thông số ban đầu như sau: T = 0.8μm, d
core
= 1.5T, d
1
= 0.8T, d
2
=
1.4T. Khi đó ta bắt đầu chạy dải bước sóng từ 0.7μm đến 1.7μm để biết sự thay đổi
đường tán sắc và có hướng điều chỉnh.
Wavelength, m]
0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
Dispersion, D[ps/(km.nm)]
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
T = 0.8
T = 0.85

T = 0.9
T = 0.95

Hình 2.11 Sự thay đổi đường cong tán sắc khi thay đổi T với tham số thiết lập ban
đầu T = 0.8μm, d
core
= 1.5T, d
1
= 0.8T, d
2
= 1.4T
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



20
Ta có thể thấy khi tăng T từ 0.8μm đến 0.95μm thì đường cong tán sắc dịch sang
phải và tăng về độ lớn. Bước sóng ở đỉnh đường tán sắc bị dịch từ trái sang phải. Do
đó ta có thể tăng hoặc giảm T để có đỉnh về một trong các bước sóng đặc biệt như
0.83μm, 1.06μm và 1.31μm. Như kết quả trên có thể thấy rằng bước sóng đỉnh dịch
gần về vùng 1.06μm tại T =0.9μm. Vậy ta sẽ khảo sát vùng bước sóng từ 0.9μm đến
1.2μm để có bước sóng trung tâm 1.06μm là vùng ứng dụng cho da [8].
Để rõ ràng hơn, ta sẽ thu nhỏ khoảng khảo sát trong vùng [0.9-1.2] được kết quả
sau:
Wavelength, [ m]
0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15
Dispersion, D[ps/(km.nm)]
-30
-20

-10
0
10
20
T = 0.8
T = 0.85
T = 0.9
T = 0.95

Hình 2.12 Sự thay đổi đường cong tán sắc khi thay đổi T với tham số thiết lập ban
đầu T = 0.8μm, d
core
= 1.5T, d
1
= 0.8T, d
2
= 1.4T trong khoảng [0.9μm-1.2μm]
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



21
Wavelength, [ m]
0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20
Effective Area, EA[m
2
]
1.2e-12
1.4e-12

1.6e-12
1.8e-12
2.0e-12
2.2e-12
T = 0.8
T = 0.85
T = 0.9
T = 0.95

Hình 2.13 Diện tích hiệu dụng khi thay đổi T với tham số thiết lập ban đầu
T = 0.8μm, d
core
= 1.5T, d
1
= 0.8T, d
2
= 1.4T
Rõ ràng đường tán sắc bị dịch lên, độ lớn tăng lên khi ta tăng độ lớn bán kính
đường xoắn ốc T. Cùng đó thì diện tích hiệu dụng cũng tăng khi T tăng, diện tích
hiệu dụng khá nhỏ chỉ dưới 2 μm
2
. Điều này làm tăng hệ số phi tuyến, mà với
những ứng dụng OCT thường yêu cầu hệ số phi tuyến lớn. Với giá trị T = 0.9μm thì
đường tán sắc có đỉnh gần 1.06μm và đường tán sắc phẳng gần 0. Vậy ta sẽ điều
chỉnh xoay quanh giá trị này. Xét thấy đặt T = 0.88μm thích hợp gần phẳng nhất.
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015

22
2.3.2 Thay đổi đường kính lõi d
core

Ta thiết lập lại giá trị tham số, cố định T = 0.88μm vì tại đó giá trị đường tán sắc có
đỉnh gần 1.06μm và phẳng gần 0. Ta thay đổi giá trị dcore trong khoảng [1.4T -
1.55T]
Wavelength, m
0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15
Dispersion, D[ps/(km.nm)]
-40
-30
-20
-10
0
10
20
dcore = 1.4T
dcore = 1.45T
dcore = 1.5T
dcore =1.55T

Hình 2.14. Đường cong tán sắc khi thay đổi d
core
với tham số thiết lập ban đầu T =
0.88μm, d
core
= 1.4T, d
1
= 0.8T, d

2
= 1.4T
Ta có nhận xét rằng đường kính dcore cũng ảnh hưởng đến đường cong tán sắc,
dcore tăng thì đường tán sắc cũng tăng về độ lớn và dịch sang phải, phần đỉnh của
đường tán sắc cũng bị dịch sang phải từ vùng bước sóng thấp sang vùng bước sóng
cao, ta thấy rằng tại giá trị dcore = 1.5T tán sắc phẳng gần 0 tại quanh vùng bước
sóng 1.06 μm. Bây giờ ta xét thêm diện tích hiệu dụng và hệ số phi tuyến khi thay
đổi dcore.
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



23
Wavelength, [ m]
0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20
Effective Area, EA[m
2
]
1.2e-12
1.3e-12
1.4e-12
1.5e-12
1.6e-12
1.7e-12
1.8e-12
1.9e-12
2.0e-12
dcore = 1.40
dcore = 1.45

dcore = 1.50
dcore = 1.55

Hình 2.15 Diện tích hiệu dụng khi thay đổi d
core
với tham số thiết lập ban đầu T =
0.88μm, d
core
= 1.4T, d
1
= 0.8T, d
2
= 1.4T
Wavelength, [ m]
0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20
Nonlinear coefticient, W
-1
.km
-1
300
400
500
600
700
800
dcore = 1.40
dcore = 1.45
dcore = 1.50
dcore = 1.55

Hình 2.16. Hệ số phi tuyến khi thay đổi d
core

Nhận thấy rằng khi thay đổi dcore diện tích hiệu dụng thay đổi đáng kể. Dcore tăng
thì diện tích hiệu dụng cũng tăng nhưng hệ số phi tuyến lại giảm. Tuy nhiên phải
Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



24
điều chỉnh dcore cho hợp lí để có đường tán sắc phẳng và diện tích hiệu dụng đủ
nhỏ để có phi tuyến cao. Qua việc phân tích trên có thể thấy dcore =1.5T là hợp lí.
2.3.3 Thay đổi đường kính lỗ khí vòng trong d
1

Bây giờ ta thiết lập các thông số T = 0.88μm, d
core
= 1.5T, d
2
=1.4T và thay đổi d
1
từ
0.7T đến 0.9T.
Wavelength, [ m]
0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15
Dispersion, D[ps/(km.nm)]
-30
-20
-10

0
10
20
d1 =0.70T
d1 = 0.80T
d1 = 0.82T
d1 = 0.90T

Hình 2.17. Đường cong tán sắc khi thay đổi d
1
với tham số thiết lập ban đầu T =
0.88μm, d
core
= 1.5T, d
1
= 0.7T, d
2
= 1.4T
Từ hình vẽ thu được ta nhận thấy rằng khi thay đổi d
1
giá trị đường tán sắc bị
dịch lên hoặc xuống nhưng vẫn giữ nguyên dạng đồ thị. Khi d
1
tăng thì giá trị tán
sắc tăng, với giá trị d
1
= 0.8T thì đường tán sắc phẳng gần 0 trong vùng bước sóng
1.06μm. Ta sẽ xem sự thay đổi d
1
đến diện tích hiệu dụng và hệ số phi tuyến.

Báo cáo Thực tập tốt nghiệp
2015



25
Wavelength, [ m]
0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20
Effective Area, EA[m
2
]
1.4e-12
1.5e-12
1.6e-12
1.7e-12
1.8e-12
1.9e-12
d1=0.70 T
d1=0.80 T
d1= 0.90 T

Hình 2.18 Diện tích hiệu dụng khi thay đổi d
1
với tham số thiết lập ban đầu T =
0.88μm, d
core
= 1.5T, d
1
= 0.7T, d

2
= 1.4T
Wavelength, [ m]
0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20
Nonlinear coefticient, W
-1
.km
-1
350
400
450
500
550
600
650
d1=0.7 T
d1=0.8 T
d1=0.9 T

Hình 2.19 Hệ số phi tuyến khi thay đổi d
1
với tham số thiết lập ban đầu T = 0.88μm,
d
core
= 1.5T, d
1
= 0.7T, d
2
= 1.4T