cách tử Bragg sợi quang

Mục lục
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ........................................................................................................................................................1
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT....................................................................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................................................................................3
CHƯƠNG 1............................................................................................................................................................................5
GIỚI THIỆU CHUNG.........................................................................................................................................................5
1. 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÁCH TỬ BRAGG QUANG.............................................................................................5
1. 2. SƠ LƯỢC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO FBG...................................................................................................................6
1.3. SƠ LƯỢC VỀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA FBG................................................................................................................9
CHƯƠNG 2.........................................................................................................................................................................11
CHẾ TẠO FBG...................................................................................................................................................................11
2.1 ĐỘ NHẠY TRONG SỢI QUANG...............................................................................................................................11
2. 1. 1 Mô hình trung tâm màu..............................................................................................................................11
2. 1. 2 Mô hình thay đổi mật độ............................................................................................................................12
2. 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG ĐỘ NHẠY....................................................................................................................13
2. 2. 1 Xử lí bằng Hydro.......................................................................................................................................13
2. 2. 2. Xử lí bằng nhiệt........................................................................................................................................13
2. 2. 3 Xử lí bằng cơ học.......................................................................................................................................14
2. 3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CÁCH TỬ..........................................................................................................16
2. 3. 1 Chiếu xạ tia cực tím điểm-điểm.................................................................................................................16
2. 3. 2 Chiếu xạ bằng xung laser CO2..................................................................................................................17
2. 3. 3 Phương pháp dãy vi thấu kính...................................................................................................................18
2. 3. 4 Phương pháp cấy ion.................................................................................................................................19
2. 3. 5 Phương pháp mặt nạ biên độ tia UV..........................................................................................................19
2. 4 TÓM TẮT.............................................................................................................................................................20
CHƯƠNG 3.........................................................................................................................................................................21
ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA FBG.................................................................................................21
3. 1 GIỚI THIỆU..........................................................................................................................................................21
3. 2 ĐIỀU KIỆN KẾT HỢP PHA.....................................................................................................................................24
3. 3 CÁC PHƯƠNG TRÌNH GHÉP MODE........................................................................................................................25

3. 4 LÝ THUYẾT MÔ HÌNH HOÁ FBG..........................................................................................................................27
3. 5 CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC DẠNG CÁCH TỬ...........................................................................................30
3. 5. 1 Cách tử Bragg đều (Uniform FBG)...........................................................................................................30
3. 5. 1. 1 Cấu trúc....................................................................................................................................................................30
3. 5. 1. 2 Mô tả toán học..........................................................................................................................................................31
3. 5. 1. 3 Thời gian trễ và tán sắc............................................................................................................................................34
3. 5. 2 Cách tử Bragg quang chu kì thay đổi ........................................................................................................35
3. 5. 2. 1 Cấu trúc....................................................................................................................................................................35
3. 5. 2. 2 Mô tả toán học của CFBG........................................................................................................................................36
3. 5. 3 Cách tử điều biến chiết suất ......................................................................................................................39
3. 5. 3. 1 Nguyên lý................................................................................................................................................................39
3. 5. 3. 2 Mô tả toán học của AFBG.......................................................................................................................................40
CHƯƠNG 4.........................................................................................................................................................................43
CÁC ỨNG DỤNG CỦA CÁCH TỬ BRAGG SỢI QUANG.........................................................................................43
4. 1 ỨNG DỤNG CỦA CÁCH TỬ BRAGG QUANG TRONG BÙ TÁN SẮC ..........................................................................43
4. 1. 1 Giới thiệu...................................................................................................................................................43
4. 1. 2 Hiện tượng tán sắc trong sợi cáp quang....................................................................................................43
4. 1. 3 Bù tán sắc bằng quang sợi cách tử Bragg chu kỳ biến đổi tuyến tính........................................................45
Hoàng Trường Giang Lớp D2001 - VT
1
Mục lục
4. 2 ỨNG DỤNG CỦA FBG TRONG BỘ TÁCH GHÉP KÊNH OADM...............................................................................48
4. 2. 1 Tổng quan về WDM...................................................................................................................................48
4.2.2. Kĩ thuật tách ghép kênh quang....................................................................................................................50
4. 2. 3 Các cấu hình OADM .................................................................................................................................51
4. 2. 3. 1 OADM dựa trên FBG và coupler 3 dB....................................................................................................................51
4. 2. 3. 2 OADM dựa trên FBG và cấu hình giao thoa March-Zehnder................................................................................53
4. 2. 3. 3 Cấu hình OADM sử dụng FBG và Circulator.........................................................................................................54
4. 2. 3. 4 OADM dựa trên cách tử đặt giữa Coupler...............................................................................................................55
4. 2. 3. 5 Các tham số của các cấu hình OADM.....................................................................................................................56

4. 3 ỨNG DỤNG CỦA FBG TRONG CÂN BẰNG KHUYẾCH ĐẠI CỦA THIẾT BỊ KHUYẾCH ĐẠI QUANG SỢI EDFA..........58
4. 3. 1 Tổng quan về EDFA...................................................................................................................................58
4. 3. 1. 1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của EDFA:...........................................................................................................58
4. 3. 1. 2 Tăng độ cân bằng cho khuyếch đại EDFA..............................................................................................................59
4. 3. 2 Ứng dụng của FBG trong bộ cân bằng khuyếch đại EDFA.......................................................................62
4. 4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHÁC CỦA FBG...................................................................................................................68
4. 4. 1 ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN..........................................................................................................................68
4. 4. 2 Ứng dụng trong công nghệ Laser ..............................................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................................................................72
Hoàng Trường Giang Lớp D2001 - VT
2
Danh mục hình vẽ
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2. 1. Cơ chế độ nhạy trong mô hình trung tâm màu.................................................................................................12
Hình 2. 2. Phản ứng phá vỡ cấu trúc Si-O-Ge do nhiệt.....................................................................................................13
Hình 2. 3. Chỉ số chiết suất khúc xạ thay đổi theo sức căng.............................................................................................15
Hình 2.4: Xử lý bằng tia cận cực tím................................................................................................................................15
Hình 2. 5. Sơ đồ phương pháp chế tạo điểm - điểm..........................................................................................................17
Hình 2. 6. Cấu trúc dãy vi thấu kính..................................................................................................................................18
Hình 2. 7. Sơ đồ bố trí mặt nạ và sợi trong phương pháp cấy ion....................................................................................19
Hình 2.8: Phương pháp mặt nạ biên độ sử dụng tia UV...................................................................................................20
Hình 3. 1 Cấu tạo và chiết suất của FBG..........................................................................................................................21
Hình 3. 2: Mô tả đặc tính của FBG...................................................................................................................................23
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.................23
Hình 3. 5: Cách tử Bragg chu kì đều UFBG.....................................................................................................................31
Hình 3. 6: Sơ đồ nguyên lý của ma trận truyền đạt dành cho UFBG và non - UFBG......................................................33
Hình 3. 7:Mô hình cách tử Bragg chu kì thay đổi CFBG..................................................................................................35
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)............................................................................39
Hình 3.9: Đồ thị điều biến chiết suất sợi quang AFBG....................................................................................................41

Hình 3.10: Phổ phản xạ của AFBG với L=10 mm ,neff =1.447, λD =1550 nm ..............................................................42
Hình 4.1 Sự thay đổi của vận tốc nhóm theo bước sóng trong quang sợi đơn mode thông thường.................................44
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..........45
Hình 4.3 Nguyên lý bù tán sắc của quang sợi cách tử Bagg chu kỳ biến đổi...................................................................46
Hình 4. 4. Mô hình cơ bản của thiết bị bù tán sắc dùng cách tử Bagg chu kỳ thay đổi tuyến tính...................................47
Hình 4. 5: Hệ thống ghép bước sóng một hướng..............................................................................................................49
Hình 4. 6: Hệ thống ghép bước sóng hai hướng...............................................................................................................49
Hình 4. 7: Mô hình cơ bản của OADM.............................................................................................................................50
Hình 4. 8 : Mô hình OADM dựa trên FBG và coupler 3 dB.............................................................................................52
Hình 4. 9: OADM dựa trên cấu hình giao thoa Mach-Zehnder........................................................................................53
Hình 4. 10: OADM dựa trên FBG và Circulator...............................................................................................................54
Hình 4. 11: Cấu hình OADM dạng cách tử nằm giữa Coupler.........................................................................................55
Hình 4. 12: Mô hình cách ly kênh ở OADM....................................................................................................................56
Hình 4. 13: Suy hao xen trong OADM..............................................................................................................................57
Hình 4. 14: Mô hình và tham số của phản xạ ngược trong OADM..................................................................................58
Hình 4. 15: mô hình mức năng lượng của sợi quang pha tạp Erbium...............................................................................58
Hình 4. 16: Cấu trúc modul EDFA thực tế........................................................................................................................59
Hình 4. 17: Cấu hình bộ lọc đặt ngoài EDFA................................................................................................................61
Hình 4. 18: Cấu hình bộ lọc đặt giữa EDFA.....................................................................................................................61
Hình 4. 19: EDFA không sử dụng và có sử dụng FBG.....................................................................................................62
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.............................................................................................................................................................................65
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......................................................................................................................................................67
Hình 4. 22 Mô hình hệ thống cảm biến sử dụng FBG và nguyên lý hoạt động................................................................69
Hoàng Trường Giang Lớp D2001 - VT
1
Danh mục hình vẽ
Hoàng Trường Giang Lớp D2001 - VT

2
Thuật ngữ viết tắt
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
Thuật ngữ viết tắt
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