Ảnh hưởng của Chirp tần số trong hệ thống

thông tin Soliton

Tạ Quang Hậu

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Luận văn Thạc sĩ ngành: Quang học; Mã số: 60 44 11

Người hướng dẫn: PGS.TS Trịnh Đình Chiến

Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Giới thiệu chung về thông tin quang: trình bày sự phát triển chung của hệ

thông tin quang, các loại sợi quang, một số hệ thông tin quang. Tìm hiểu hệ thống

truyền dẫn Soliton: trình bày ảnh hưởng của một số hiệu ứng phi tuyến cơ bản, tìm

hiểu về hệ thống truyền dẫn Soliton, xem xét các dạng xung gauss, xung super gauss.

Nghiên cứu ảnh hưởng của chirp tần số lên tính chất Soliton của xung quang học:

khảo sát sự tương tác Soliton, khảo sát ảnh hưởng của chirp tần số lên tính chất

Soliton của xung quang học.

Keywords: Quang học; Chirp tần số; Sợi quang; Hệ thống truyền dẫn soliton

Content

LỜI NÓI ĐẦU

Từ những năm 90 trở lại đây, xã hội loài người tiến vào thời kì bùng nổ thông tin

trong đó có ba sự kiện ảnh hương lớn nhất là sự phát triển chóng mặt của mạng internet do

phổ cập máy tính cá nhân, cuộc cách mạng thôn tin từ dịch vụ thông tin di động số đến thông

tin cá nhân và sự xuất hiện của dịch vụ thông tin đa phương tiện.

Sự bùng nổ thông tin kích thích sự phát triển như vũ bão của dịch vụ thông tin

toàn cầu do đó các hệ thống thông tin luôn được nghiên cứu để có thể truyền thông tin

tốt nhất. Trong thông tin người ta đòi hỏi tín hiêu truyền có suy hao thấp, khả năng

truyền thông tin xa, nhưng trong các hệ thống thông tin thì xảy ra sự tán sắc ánh sáng, sự

tán sắc ánh sáng làm suy hao năng lượng truyền thậm chí còn mở rộng xung truyền dẫn

đến méo dạng tín hiệu khi truyền. Để góp pần giải quyết vấn đề giảm ảnh hưởng của tán

sắc, người ta sử dụng một phương pháp bù trừ tán sắc, đặc biệt là phương pháp vào xung

dạng Gauss có chirp, hơn nữa trong thực tế người ta đã phát triển hệ thống thông tin

Soliton là hệ thống thông tin ít tán sắc. Tuy nhiên trong quá trình truyền thì các Soliton

gần nhau vẫn ảnh hưởng đến nhau do đó luận văn của em sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của

chirp tần số lên hệ thông tin Soliton.

2

Khi xung sáng truyền trong môi trường phi tuyến sẽ bị tác động bởi hiện tượng

tán sắc vận tốc nhóm (GVD) và tự biến điệu pha (SPM) làm mở rộng dải phổ đồng thời

còn làm xung bị méo dạng tín hiệu khi lan truyền. Để hiểu rõ về các quá trình biến đổi

xung sáng trên đường truyền thì việc khảo sát ảnh hưởng của tán sắc, các hiệu ứng phi

tuyến đặc biệt là ảnh hưởng của chirp tần số đối với xung là rất quan trong. Vì vậy luận

văn của tôi tập trung nghiên cứu “Ảnh hưởng của chirp tần số trong hệ thống thông tin

soliton”. Trên cơ sở đó luận văn được chia làm ba phần:

Chương 1: Giới thiệu chung về thông tin quang, trong phần này sẽ trình bày sự phát triển

chung của hệ thông tin quang, các loại sợi quang, một số hệ thông tin quang.

Chương 2: Tìm hiểu hệ thống truyền dẫn Soliton. Trong phần này sẽ trình bày ảnh

hưởng của một số hiệu ứng phi tuyến cơ bản, tìm hiểu về hệ thống truyền dẫn Soliton, xem

xét các dạng xung gauss, xung super gauss

Chương 3: Ảnh hưởng của chirp tần số lên tính chất Soliton của xung quang học.

trong phần này tôi khảo sát sự tương tác Soliton, khảo sát ảnh hưởng của chirp tần số lên tính

chất Soliton của xung quang học.

3

CHƢƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THÔNG TIN QUANG

Thông tin quang là một hệ thống truyền tin thông qua sợi quang. Điều này có nghĩa

là thông tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua sợi quang . Tại

nơi nhận nó lại được biến đổi thành thông tin ban đầu

1.1 Sự phát triển của thông tin quang:

Khởi đầu của thông tin quang là khả năng nhận biết của con người về chuyển động

hình dáng và màu sắc thông qua đôi mắt. Tiếp đó một hệ thống thông tin, điều chế đơn giản

xuất hiện bằng cách sử dụng các đèn hải đăng các đèn tín hiệu. Kế tiếp là sự ra đời của một

máy điện báo quang. Thiết bị này sử dụng khí quyển như một môi trường truyền dẫn và do

đó chịu ảnh hưởng của các điều kiện thời tiết để giải quyết vấn đề này người ta đã chế tạo ra

máy điện báo vô tuyến dùng để liên lạc giữa hai người ở cách xa nhau.

1960 các nhà nghiên cứu đã chế tạo thành công ra laze và đến năm 1966 đã chế tạo ra

sợi quang có độ tổn thất thấp ( 1000dB/Km). Bốn năm sau Karpon đã chế tạo ra cáp sợi quang

trong suốt có độ suy hao truyền dẫn khoảng 20dB/Km. Từ thành công rực rỡ này các nhà

nghiên cứu trên khắp thế giới đã bắt đầu tiến hành nghiên cứu, phát triển và kết quả là công

nghệ mới về giảm suy hao truyền dẫn, về tăng dải thông về các laze bán dẫn đã được phát

triển thành công vào những năm 70. Sau đó giảm độ tổn hao xuống còn 0,18 db/Km còn laze

bán dẫn có khả năng thực hiện giao động liên tục ở nhiệt độ khai thác đã được chế tạo, tuổi

thọ kéo dài hơn 100 năm.

Dựa trên công nghệ sợi quang và các laze bán dẫn giờ đây có thể gửi một khối lượng

lớn các tín hiệu âm thanh dữ liệu đến các địa chỉ cách xa hàng trăm Km bằng một sợi quang

có độ dày như một sợi tóc, không cần các bộ tái tạo. Sự ra đời của laser và sợi quang đã góp

phần to lớn vào sự phát triển của hệ thống thông tin hiện đại, tiêu biểu là các hệ thống thông

tin quang.

Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang bao gồm ba bộ phận cơ bản sau

(như hình 1.1)

Hình 1.1. Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang

Thiết bị phát

tín hiệu

Môi trường

truyền dẫn

Thiết bị thu

tín hiệu

4

Bộ biến đổi điện – quang ( E/O): Dùng để biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang để

truyền trong môi trường cáp quang ( biến đổi xung điện thành xung quang).

Cáp quang: Là môi trường dùng để truyền dẫn tín hiệu là ánh sáng, được chế tạo

bằng chất điện môi có khả năng truyền được ánh sáng .

Bộ biến đổi quang - điện ( O/E): Thu các tín hiệu quang bị suy hao và méo dạng

trên đường truyền do bị tán xạ, tán sắc, suy hao bởi cự ly để biến đổi thành các tín hiệu điện

và trở thành nguồn tin ban đầu.

Các trạm lặp: Được sử dụng khi khoảng cách truyền dẫn lớn. Trạm lặp biến đổi tín hiệu

quang thu được thành tín hiệu điện để khuyếch đại.

1.1.1. Ưu, nhược điểm và các ứng dụng của thông tin quang:

Ƣu điểm :

Sợi quang không bị nhiễu bởi các tia điện từ trong không gian và ngược lại nó cũng

không phát ra các tia điện từ gây ảnh hưởng tới các thiết bị xung quanh. Như vậy các tín hiệu

truyền qua sợi quang không thể bị nghe lén được. Tin tức được đảm bảo bí mật

Giá thành của hệ thống dẫn tín hiệu bằng cáp kim loại đắt hơn so với cáp sợi quang.

Độ cách điện cao đến hàng nghàn volt giữa trạm phát và trạm nhận tín hiệu.

Trong kênh thông tin trọng lượng và kích thước của các bộ phận đều nhỏ nhẹ.

Tín hiệu và hệ thống truyền tin bằng sợi quang thích hợp với các linh kiện, IC lozic

TTC và CMOS.

Truyền tín hiệu qua cáp quang không bị nhiễu và không có hiệu ứng thời gian trễ như

ở thông tin vệ tinh.

Độ rộng băng tần đến 3000GHz. Đến nay với cách truyền tin AM hay Time-

Multiplex độ rộng băng tần bị hạn chế còn khoảng 10GHz.

Nhƣợc điểm.

Hàn, nối sợi khó khăn hơn cáp kim loại.

Muốn cấp nguồn từ xa cho các trạm lặp cần có thêm dây đồng đặt bên trong sợi

quang.

Khi có nước, hơi ấm lọt vào cáp thì cáp sẽ nhanh chống bị hỏng và các mối hàn mau

lão hoá làm tăng tổn hao.

Do sợi có kích thước nhỏ nên hiệu suất của nguồn quang thấp.

Vì đặc tính bức xạ không tuyến tính của laze diode nên hạn chế truyền analog.

Không thể truyền mã lưỡng cực.

1.1.2. Ứng dụng.

5

Nhờ những ưu điểm trên mà sợi quang được ứng dụng trong các mạng lưới điện thoại,

số liệu, máy tính và phát thanh, truyền hình ( dịch vụ băng rộng) và sẽ được sử dụng trong

ISDN ( là mạng kết hợp giữa kỹ thuật chuyển mạch kênh với kỹ thuật chuyển mạch gói),

trong điện lực các ứng dụng y tế quận sự và cũng như trong các thiết bị đo.

Với hệ thống thông tin quang, môi trường truyền dẫn là sợi quang.

1.2. Sợi quang.

Sợi quang là một trong những thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang. Trong

hệ thống thông tin quang sợi, sợi quang đóng vai trò là môi trường truyền dẫn và thực hiện

truyền ánh sáng từ phía phát tới phía thu. Sợi quang có bán kính từ 5 20µm hay được sử

dụng và tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà sợi quang có bán kính khác nhau.

1.2.1. Truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang.

Sợi quang được cấu tạo sao cho ánh sáng được truyền dẫn chỉ trong lõi sợi bằng

phương pháp sử dụng hiện tượng phản xạ toàn phần ánh sáng. Ánh sáng từ nguồn phát quang

bị khuếch tán do nhiễu xạ và ánh sáng được tập trung lại để đưa vào sợi quang mà chỉ một

phần có góc tới nằm trong một giới hạn nhất định nào đó mới có thể được đưa vào lõi sợi

quang.

Sơ đồ truyền ánh sáng trong sợi quang được trình bày (như hình 1. 2)

Hình 1.2. Sơ đồ truyền ánh sáng trong sợi quang

Tại điểm A nơi ánh sáng đưa vào sợi quang được chia làm ba môi trường liền nhau có

chiết suất khúc xạ khác nhau đó là môi trường không khí, môi trường lõi, vỏ sợi quang. Góc

max là góc nhận lớn nhất và có góc là góc tới hạn.

Áp dụng định luật khúc xạ và phản xạ tại các mặt biên tiếp giáp giữa không khí và lõi,

giữa lõi và vỏ thì ta có phương trình:

cm n sinsin 1 (1.1)

1

20 cos)90sin(n

ncc

(1.2)

6

Từ (1.1) và (1.2) tính được góc mở lớn nhất là:

21sin 1

2

1

2

2

2

1

21max nnn

n

nn

(1.3)

Với là độ lệch chiết suất tương đối và được gọi là khẩu độ số

(NA), nó cho biết điều kiện đưa ánh sáng vào sợi quang. Nhưng loại sợi này không phù hợp

cho hệ thông tin quang vì có sự tán sắc nhiều tia hoặc tán sắc giữa các mode

Tán sắc nhiều tia là do các tia sáng truyền trong sợi quang với những quãng đường

khác nhau do đó, ở đầu cuối của các sợi các tia này không đồng thời ló ra, trong khi tốc độ

truyền của các tia trong sợi là như nhau. Các xung bị mở rộng là do các tia truyền với những

quãng đường khác nhau. Có thể đánh giá sự mở rộng xung một cách đơn giản khi tìm được

chiều dài ngắn nhất và dài nhất. Chiều dài ngắn nhất khi góc tới và bằng L và chiều

dài lớn nhất khi góc tới và bằng L/ . Thời gian trễ có thể được tính như

sau:

Đánh giá tốc độ truyền thông tin dựa vào điều kiện:

B Sự tán sắc giữa các mode có thể giảm khi sử dụng loại sợi chiết suất biến

đổi đều (graded-index fiber).

Phân bố khúc xạ nói chung có thể được xác định như công thức sau:

V

ới 0<r<a

Ở đây a, n1 lần lượt là bán kính và chiết suất của lõi sợi

1.2.2. Một số yếu tố cơ bản của sợi quang ảnh hưởng đến hệ thống thông tin quang.

Đối với sợi quang có ba yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến khả năng của các hệ thông tin

quang là suy hao, hiện tượng phi tuyến xảy ra trong sợi quang và tán sắc.

1.2.2.1. Suy hao.

Trên một tuyến truyền thông tin quang, các suy hao ghép nối giữa nguồn phát quang

với sợi quang, giữa sợi quang và sợi quang, giữa sợi quang và đầu thu quang cũng có thể coi

là suy hao trên tuyến truyền dẫn và suy hao trên sợi. Đó là một trong những nguyên nhân cơ

Đặc điểm của băng

7

bản làm gới hạn khoảng cách truyền dẫn do công suất ánh sáng bị làm yếu đi khi qua một cự

ly truyền ánh sáng nào đó.

Suy hao được xác đinh bởi công thức:

(1.6)

Với α : suy hao được tính trong đơn vị (dB/Km)

L: Độ dài sợi dẫn quang

Công suất đầu vào

Công suất đầu ra

*Một số nguyên nhân gây ra suy hao trong sợi quang :

+Suy hao do hấp thụ:

+ Suy hao do tán xạ:

+ Suy hao do uốn cong sợi

1.2.2.2. Tán sắc

Khi một xung sáng ngắn truyền qua một sợi quang sẽ xuất hiện hiện tượng dãn rộng hay

mở rộng xung sáng ở đầu thu. Các xung lân cận sẽ mở rộng và chồng lên nhau không

phân biệt được các xung với nhau nữa. Nó sẽ dẫn đến hiện tượng méo tín hiệu trong sợi

dẫn quang.

Các loại tán sắc trong sợi quang là:

- Tán sắc mode (mode dispersion)

- Tán sắc vật liệu (material dispersion)

- Tán sắc dẫn sóng (wave-guide dispersion)

- Tán sắc bậc cao (Higher-order - Dispersion)

- Tán sắc phi tuyến (nonlinear dispersion)

- Tán sắc mode phân cực (Polarization - mode dispersion) (PMD)

1.2.2.3. Hiệu ứng phi tuyến

8

Các hệ thống thông tin quang hiện nay đang khai thác trên mạng lưới viễn thông đều

sử dụng các sợi quang truyền dẫn trong môi trường tuyến tính mà ở đó các tham số sợi không

phụ thuộc vào công suất quang.

Hiệu ứng phi tuyến sợi xuất hiện khi tốc độ dữ liệu, chiều dài truyền dẫn, số bước

sóng và công suất quang tăng lên. Các hiệu ứng phi tuyến này đã có ảnh hưởng trực tiếp tới

chất lượng truyền dẫn của hệ thống và thậm chí trở nên quan trọng hơn vì sự phát triển của bộ

khuếch đại quang sợi EDFA cùng với sự phát triển của các hệ thống ghép kênh phân chia theo

bước sóng WDM. Với việc tăng hiệu quả truyền thông tin mà có thể được làm bằng việc tăng

tốc độ bit, giảm khoảng cách giữa các kênh hoặc kết hợp cả hai phương pháp trên, các ảnh

hưởng của phi tuyến sợi trở nên đóng vai trò quyết định hơn.

Các hiệu ứng phi tuyến này bao gồm: tán xạ Raman kích thích (SRS: simulated

Raman scattering), tán xạ Brillouin kích thich (SBS: simulated Brillouin scattering), hiệu ứng

trộn 4 sóng (four-wave mixing), điều chế chéo pha (XPM: cross-phase modulation), tự điều chế

pha (SPM: self-phase modulation). Mỗi hiệu ứng phi tuyến tùy từng trường hợp có thể có lợi hoặc

có hại. Chẳng hạn XPM và FWM thì bất lợi cho hệ thống đa kênh WDM. SPM và XPM gây ra sự

mở rộng phổ trong các xung quang mà sau đó tương tác với tán sắc sợi. Điều này có thể có lợi

hoặc có hại cho hệ thống truyền thông quang tùy thuộc vào tán sắc thường hay dị thường.

1.3. Một số hệ thông tin quang

1.3.1. Hệ thống ghép kênh theo bước sóng (WDM).

Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ trong một sợi quang đồng thời truyền

dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang. Với một kênh đơn tốc độ bit thường bị giới hạn là 10

Gb/s hoặc nhỏ hơn. Vai trò của WDM trong hệ thống này là tăng tốc độ bit tổng cộng.

1.3.2. Hệ thống ghép kênh theo tần số OFDM

Kỹ thuật OFDM (Optical Frequency Division Multiplexing) là kỹ thuật ghép kênh

quang theo tần số

Với kỹ thuật ghép kênh quang OFDM băng tần của sóng ánh sáng được phân chia

thành một số các kênh thông tin riêng biệt, các kênh ánh sáng có các tần số quang khác nhau

sẽ được biến đổi thành các luồng song song để cùng truyền đồng thời trên một sợi quang

Sơi quang

f2

fn fn

f2 Tách

quang

9

Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống ghép kênh quang OFDM

10

1.3.3. Ghép kênh quang theo thời gian OTDM

Với hai phương pháp ghép kênh quang WDM và OFDM để đạt được tốc độ truyền

dẫn cao (tới 100Gbit/s) thì đều yêu cầu các thành phần điện tử có tốc độ cao hơn ở luồng

nhánh được ghép, với các thành phần thiết bị điện tử ở tốc độ cao hơn là rất khó vì vẫn phải

dựa vào nền tảng công nghệ hỗn hợp InP vì vậy, kỹ thuật ghép kênh quang đã khắc phục được

hạn chế trên

1.3.4. Hệ truyền dẫn Soliton

Các hệ thống thông tin quang hiện nay đang khai thác trên mạng lưới viến thông

đều sử dụng các sợi dẫn quang thông thường, và các sợi này coi như là môi trường

truyền dẫn tuyến tính. Khi công suất quang được phát triển trên đường truyền tăng đáng

kể tới một mức độ nào đó thì xuất hiện hiệu ứng phi tuyến. Hiệu ứng phi tuyến ảnh

hưởng trực tiếp tới chất lượng truyền dẫn của hệ. Ảnh hưởng rõ ràng nhất của hiệu ứng

phi tuyến trên sợi dẫn quang là hiện tượng tự điều chế pha (SPM), hiệu ứng này được

coi như là cơ chế chirp phi tuyến: Tần số hoặc bước sóng của ánh sáng trong một xung

có thể bị “chirp” không chỉ đơn giản là do đặc tính nội tại của nguồn phát mà còn do

tương tác với môi trường truyền dẫn của sợi. Như vậy tính phi tuyến làm cho các sườn

xung lên bị dịch chuyển về phía sóng dài hơn và sườn xung xuống bị dịch về phía sóng

ngắn hơn. Điều này ngược với hiện tượng “chirp” tuyến tính thông thường trong các

nguồn laser bán dẫn. Quá trình truyền dẫn Soliton được coi là sự phát triển của tuyến

truyền dẫn ít tán sắc.

11

CHƢƠNG 2

HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SOLITON

2.2. Khái niệm về soliton

Từ soliton được đưa vào năm 1965 để miêu tả thuộc tính phân tử của đường bao

xung trong môi trường phi tuyến tán sắc. Dưới điều kiện nào đó đường bao xung không chỉ

lan truyền không méo mà còn tồn tại sự va chạm như các phần tử làm. Vậy soliton là thuật

ngữ biễu diễn các xung lan truyền qua khoảng cách dài mà không thay đổi hình dạng xung do

nó đưa ra khả năng đặc biệt để truyền các xung không nhạy cảm với tán sắc. Sự tồn tại của

soliton trong sợi quang và sử dụng chúng cho truyền thông quang đã được đề nghị từ những

năm 1973 và đến năm 1980 soliton đã được chứng minh bằng thực nghiệm. Tiềm năng của

soliton cho truyền dẫn quang đường dài được khẳnh định vào năm 1988 trong một thí nghiệm

mà suy hao sợi được bù định bằng kỹ thuật khuyếch đại Raman. Hệ thống soliton quang mặc

dù chưa được ứng dụng nhiều trong thực tế song với những tiềm năng vốn có, nó trở thành

một dự tuyển đặc biệt cho hệ thống truyền dẫn quang.

2.2.1. Mô hình hệ thống chung.

2.2.2. Truyền thông tin với các soliton

Thông thường người ta sử dụng kỹ thuật định dạng NRZ (non return to zero) để phát

kỹ thuật số, bởi vì độ rộng dải tín hiệu của nó nhỏ hơn 50% so với định dạng RZ (return to

zero). Tuy nhiên, khi các bit thông tin được sử dụng là soliton thì định dạng NRZ sẽ không

được sử dụng. Vì lý do thật đơn giản là độ rộng soliton phải chiếm một phần rất nhỏ trong

rãnh bit, để chắc chắn rằng các soliton lân cận phải tách rời nhau. Yêu cầu này, có thể được

môt tả về mặt toán học liên hệ độ rộng soliton T0 với tốc độ bít B như sau:

(2.12)

TB là khoảng thời gian của rãnh khe bít

2q0 = TB/T0 là khoảng cách giữa các soliton lân cận trong đơn vị chuẩn hóa

Biên độ của xung là:

A(0,t) = (2.13)

Công suất đỉnh P0 liên hệ với độ rộng xung T0 và tham số sợi như sau: Khi đặt N=1 là:

2

2

oTP

(2.14)

Trong đóT0 được sử dụng làm tham số chuẩn hóa liên hệ với độ rộng ở nửa cực đại

(FWHM-full width at half maximum) của soliton:

12

TS = 2T0ln (2.15)

Năng lượng của xung soliton cơ bản là:

ES = dt = 2P0T0 (2.16)

Công suất trung bình của tín hiệu RZ là PS = ES . Ví dụ: T0 = 10ps trong hệ

thống soliton 10 Gb/s nếu ta chọn q0 = 5. Khi T0 = 10ps thì FWHM của soliton là khoảng

17,6ps. Công suất đỉnh của xung vào là 5mW khi β2 = -1ps2/km và γ=2W

-1/km là giá trị điển

hình đối với sợi dịch chuyển tán sắc. Giá trị này của công suất đỉnh tương đương năng lượng

xung khoảng 0,1pJ và mức công suất trung bình chỉ vào khoảng 0,5mW. Những hệ thông tin

soliton đồi hỏi nguồn quang học là những laser có thể phát những xung vùng (ps) hay (fs)

dạng soliton không có chirp với tốc độ lặp lại cao và ở vùng bước sóng gần 1,55µm của thông

tin quang.

2.2.3. Mở rộng xung soliton do hao phí

Soliton dùng ảnh hưởng phi tuyến của sợi để duy trì độ rộng xung ngay cả khi có mặt

tán sắc của sợi quang. Tuy nhiên, tính chất này giữ được chỉ khi hao phí của sợi là không

đáng kể. Bởi hao phí sợi sẽ làm giảm năng lượng soliton khi đó công suất đỉnh sẽ giảm, vì thế

ảnh hưởng phi tuyến sẽ yếu đi và không bù trừ được tán sắc tốc độ nhóm GVD nên sẽ gây ra

sự mở rộng xung.

Hình 2.1. Mở rộng soliton sợi hao phí (Γ = 0,07) với soliton cơ bản

Hao phí sợi nằm trong số hạng bên về phải của phương trình (2.17)

13

Trong đó:

2

2

0 / TLD (2.18)

Là biểu thị hao phí sợi trên một chiều dài tán sắc.

Vì Γ nên số hạng bên vế phải coi như là nhiễu loạn, kết quả gần đúng là:

T1() = T0 exp (T = T0 exp(z) (2.19)

Hình 2.1 chỉ ra hệ số mở rộng T1/T0 là hàm số của khi soliton cơ bản được đưa vào

sợi với

Đường nét đứt chỉ ra sự mở rộng xung khi không có ảnh hưởng phi tuyến. Điểm quan

trọng ta thấy là sự mở rộng soliton là ít hơn nhiều so với trường hợp tuyến tính. Như vậy

những hiệu ứng phi tuyến có thể là có lợi ích đối với những hệ thông tin quang ngay cả khi

solitons không có thể duy trì được một cách hoàn hảo vì sự hao phí.

Trong một nghiên cứu đã tăng được khoảng cách bộ lặp lại lên 2 lần bằng cách sử

dụng soliton bậc cao trong đó công suất đỉnh vừa phải cỡ 3mW và tốc độ bit là 8Gb/s.

Để vượt qua ảnh hưởng của hao phí sợi, trong thông tin đường dài soliton cần phải

được khuếch đại tuần hoàn để giữ nguyên độ rộng xung ban đầu, công suất đỉnh và năng

lượng của nó.

Bộ khuếch đại

Hình 2.2. Sơ đồ khuếch đại tập trung (lump) (a) bộ ghép và phân bố

(b)để bù trừ hao phí sợi trong hệ thống thông tin soliton.

2.2.4. Khuếch đại soliton.

Hình 2.2 chỉ ra sơ đồ khuếch đại soiliton rất giống với hệ thống khuếch đại phi soliton.

Các bộ khuếch đại quang được đặt tuần hoàn dọc theo đường truyền và độ khuếch đại của nó

được điều chỉnh sao cho hao phí sợi hao phí giữa hai bộ khuếch đại được bù trừ hoàn toàn

14

bằng sự khuếch đại thu được. Một tham số quan trọng trong thiết kế hệ thống khuếch đại đó là

khoảng cách giữa hai bộ khuếch đại liên tiếp LA. Với hệ thống sóng sáng phi soliton LA

thường km. Còn với hệ thống soliton thì bị hạn chế nên chắc nhỏ hơn nhiều.

Các kết quả tính toán bằng số chỉ ra rằng LA rất nhỏ so với chiều dài tán sắc (LA << LD) thì

phụ thuộc vào cả độ rộng xung T0 và thông số tán sắc GVD β2 và có thể thay đổi từ 10 đến

1000km. Thông thường LD nhỡ hơn 50 km cho hệ thống 10Gb/s với bước sóng 1,55µm sử

dụng sợi quang tiêu chuẩn. Khi đó yêu cầu LA<10km. Tuy nhiên, khi <1ps2/km thì LD có

thể hơn 200km khi đó LA có thể cỡ 30 ÷ 50km.

Một giải pháp khác được đề xuất là sử dụng kỹ thuật khuếch đại phân bố trong đó

soliton được khuếch đại dọc theo chiều dài sợi. Tán xạ Raman cưỡng bức (SRS) được sử

dụng rất sớm cho mục đích này. Khuếch đại phân bố cũng có thể đạt được bằng cách pha tạp

các nguyên tố đất hiếm như Er3+

vào trong sợi quang. Hình 2.2b chỉ ra sơ đồ khuếch đại phân

bố trong đó laser bơm cho ánh sáng liên tục theo cả hai hướng bằng cách sử dụng bộ ghép sợi

quang WDM. Bước sóng bơm được chọn sao cho nó cung cấp sự khuếch đại cho bước sóng

tín hiệu.

Khoảng cách đặt các trạm bơm LA phụ thuộc vào hao phí sợi tại bước sóng bơm và

vào khoảng năng lượng soliton chênh lệch khỏi giá trị đầu vào. Thông thường LA= 40 – 50

km nếu độ chệch năng lượng soliton là 20%.

Một thực nghiệm sau đó đã chứng tỏ truyền soliton trên 4000km bằng việc sử dụng sơ

đồ khuếch đại Raman. Thí nghiệm này đã sử dụng 42km vòng quang sợi và hao phí của nó

được bù trừ chính xác bằng cách bơm một laser tâm màu liên tục 1,46µm. soliton được luân

chuyển nhiều lần trong vòng sợi và độ rộng xung. Soliton 55ps có thể được luân chuyển trong

sợi vòng 96 lần mà không tăng đáng kể độ rộng xung trên khoảng cách là 4000km, khoảng

cách này có thể được tăng lên tới 6000km. Thí nghiệm này được thực hiện năm 1988 đã

chứng tỏ rằng thông tin soliton vượt đại dương là có thể khả thi.

2.2.5. Những xung sáng dạng Gauss với tần số thay đổi theo thời gian.

Chúng ta khảo sát những xung đổi tần (chirped pulses) do hai nguyên nhân. Thứ nhất,

những xung được phát bởi những Laser bán dẫn mà nó được phát trực tiếp đã có sự đổi

tần đáng kể, và những Laser này được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Sự thay đổi tần này

có ảnh hưởng đáng kể đến thiết kế của hệ thông tin quang. Nguyên nhân thứ hai là một số

hiệu ứng phi tuyến có thể kết hợp với xung có được những cung không còn đổi tần. Điều

15

này là rất quan trọng khi khảo sát ảnh hưởng của sự tán sắc đến sự truyền xung sáng trong

sợi quang.

Chúng ta giả thiết hình bao xung dạng Gauss là thuận tiện về toán học. Những xung thực

tế sử dụng thường có dạng hình chữ nhật hơn là dạng Gauss.

Tuy nhiên, những kết quả tìm được cũng có giá trị đối với hầu hết các dạng bao hình

xung.

Kết quả quan trọng mà ta nhận được là: mặt xùng có độ rộng ban đầu T0 dẫn truyền được

một khoảng Tz của nó ở khoảng đó được cho bởi công thức:

2

2

0

2

2

0

2

0

1

TT

zzC

T

Tz (2.20)

Ở đây C được gọi là hệ số đổi tần của xung và nó tỷ lệ với tốc độ thay đổi tần số xung

theo thời gian.

* Sự truyền của những xung Gauss đổi tần:

Một xung vào dạng Gauss đổi tần truyền trong sợi quang ở z = 0 có biên độ ban đầu dạng:

2

)(2

1

0 )(2

cos),0(

2

o

o

t

t

T

tCteAtA o (2.21)

Ở đây A0 là biên độ đỉnh của xung. Thông số T0 biểu thị cho nửa độ rộng của xung ở

điểm cường độ

1 (cường độ của một xung là bình phương của biên độ của nó).

T0 liên hệ với độ rộng toàn phần ở nửa của cực đại của xung (Full width at half maximum

FWHM) bằng hệ thức sau:

TFWHM = 2 (ln2)1/2

T0 = 1,665 T0

Hệ số đổi tần C xác định mức độ đổi tần của xung, pha của xung này là:

16

T

Cttt

2

0

2

02

)(

Tần số góc tức thời của xung là đạo hàm của pha sẽ được xác định bởi biểu thức:

TT

Cttct

dt

d2

0

02

0

2

02

(2.22)

Chúng ta xác định hệ số đổi tần C của xung Gauss chính là lần đạo hàm của tần số góc

tức thời xung này gọi là đổi tần tuyến tính (linearly chiro) hay chớp tuyến tính khi tần số

góc tức thời của xung tăng lên hay giảm đi một cách tuyến tình theo thời gian t, phụ thuộc

vào dấu của hệ số chớp C. Nói cách khác, hệ số chớp C là hằng số không phụ thuộc vào thời

gian t thì xung đó có chớp tuyến tính hay đổi tần tuyến tín

Ta giả sử A(z,t) là một xung dạng gauss đổi tần như là một hàm số của thời gian và khoảng

cách ở z = 0 ta có:

2

0

)(2

1

0),0(T

tic

eAtA

(2.23)

2.3. Xung Super Gauss

Độ rộng dải phổ xung fs rất rộng nên không thể bỏ qua sự thay đổi của chiết suất đối

với các thành phần phổ khác nhau vì các thành phần phổ không còn lan truyền với cùng một

vận tốc, mà chiết suất lại phụ thuộc vào tần số hay bước sóng của ánh sáng tới. Sự mở rộng

của đầu và đuôi xung do ảnh hưởng của hiện tượng tán sắc và sự tự điều biến phase, xung

càng dốc thì sự mở rộng càng lớn với những lan truyền đơn giản do có phổ mở rộng cùng một

lúc. Các xung được phát ra bởi sự biến điệu trực tiếp của các laser bán dẫn thì việc minh họa

bởi xung Gauss là chưa đủ, để mô tả ảnh hưởng của độ dốc của đầu và đuôi xung lên sự mở

rộng xung do tán sắc người ta sử dụng dạng xung Super Gauss

Phương trình của xung Super Gauss có dạng:

ở

đây m chỉ độ dốc của cạnh xung. Khi m=1 ta có trường hợp xung Gauss có chirp. Với các

17

trường hợp m>1, xung có dạng vuông hơn với đỉnh nhọn hơn từ sườn trước ra sườn sau. Nếu

tăng thời gian Tr được xác định là khoảng thời gian mà cường độ tăng từ 10 tới 90% giá trị

đỉnh của nó.

18

CHƢƠNG 3

ẢNH HƢỞNG CỦA CHIRP TẦN SỐ LÊN TÍNH CHẤT SOLITON

CỦA XUNG QUANG HỌC

3.1. Tƣơng tác soliton

Như đã trình bày ở chương II, hệ thống truyền dẫn thông tin Soliton là hệ thống truyền

thông tin ít tán sắc. Tuy nhiên, hệ truyền dẫn thông tin Soliton cũng giống như các hệ truyền

thông tin khác đều muốn truyền các xung gần nhau để tăng khả năng truyền thông tin trong

sợi quang, nhưng sự chồng lấn của các Soliton ở gần nhau sẽ dẫn tới các Soliton tương tác với

nhau, do đó trong quá trình truyền dẫn thông tin tín hiệu sẽ bị nhiễu và làm giảm khả năng

truyền dẫn thông tin của hệ thống thông tin

Lý thuyết nghiên cứu sự tương tác giữa các Soliton được dựa trên phương trình

Shrodinger phi tuyến

3.1.1. Phương trình Shrodinger phi tuyến

Một xung quang học có trường bao q(z, được truyền trong một sợi quang có chiết

suất biến đổi được miêu tả như sau:

(3.1)

Với : Đặc trưng cho suy hao sợi quang

: Đặc trưng cho hiệu ứng tán sắc bậc cao

Đặc trưng cho hiệu ứng phi tuyến bậc cao

: Đặc trưng cho hiệu ứng Raman

Các số hạng phi tuyến bậc cao có thể bỏ qua nếu các xung ngắn cỡ fs không được đề

cập, khi đó phương trình (3.1) trở thành:

(3.2)

Phương trình NLS (3.2) đối với các đơn Soliton có nghiệm như sau:

Với : Biên độ của Soliton

: Vận tốc của Soliton

Để xem xét quá trình truyền của xung với dạng xung đi vào sợi quang tùy ý, năm 1972

Zakharov và Shabat đã sử dụng phương pháp tán xạ ngược để giải phương trình NLS

3.1.2. Tương tác hai Soliton

19

Trong thùc tÕ, trong sîi quang cã thÓ cã ®ång thêi nhiÒu xung cïng lan truyÒn, v×

vËy chóng sÏ ¶nh h­ëng lÉn nhau. Trong phÇn nµy, chóng t«i kh¶o s¸t sù t­¬ng t¸c cña hai

soliton trong sîi quang theo ®é ph©n t¸ch, biªn ®é, pha ban ®Çu kh¸c nhau gi÷a 2 soliton l©n

cËn truyÒn trong sîi quang.

Xét một xung quang với trường bao q(z, lan truyền trong sợi quang, bỏ qua mất

mát, các hiệu ứng tán sắc, hiệu ứng phi tuyến bậc cao, với điều kiện Soliton ban đầu đi vào

sợi quang

Có dạng:

{q(0,) = sec һ ( - to) + eιθ Asec һ {A ( + o )} (3.4)

Với A: Biên độ tương đối giữa hai Soliton

Với A: Biên độ tương đối giữa hai Soliton

Độ lệch pha ban đầu Soliton

Sử dụng phương pháp tán xạ ngược của P.L.Chu và C.Desem đã thu được phương

trình mô tả sự tương tác giữa Soliton lan truyền trong sợi quang với các giá trị riêng phức là

như sau:

(3.5)

Trong đó:

,

/2

là pha tương ứng của hai Soliton truyền trong sợi

là pha đầu của hai Soliton

là vị trí tương ứng của hai Soliton trong sợi quang

là trị riêng tương ứng với vận tốc và biên độ của các Soliton

3.2. Chirp tần số

20

Để truyền một soliton cơ bản bên trong sợi quang, thì xung không phải chỉ có dạng

“sech” mà còn phải không có chirp (chirp-free). Nhiều nguồn xung quang học có chirp tần số

tác dụng. Chirp ban đầu có thể cản trở việc truyền soliton trong sợi vì nó làm nhiễu loạn sự cân

bằng giữa GVD và SPM. Vì vậy ta sẽ khảo sát chirp tần số ảnh hưởng lên tính chất soliton của

xung quang học như thế nào.

Sự ảnh hưởng của chirp tần số có thể được nghiên cứu bằng cách giải phương trình

(3.1) bằng phương pháp số với biên độ đầu vào:

2exp)(sec),(

2icrhou

(3.11)

Trong đó C là tham số chirp. Dạng bình phương của biến pha tương ứng với chirp tần

số tuyến tính để tần số quang học tăng theo thời gian (up-chirp) với C có giá trị dương.

Trong luận văn này chúng ta sẽ tập trung vào xem xét ảnh hưởng của chirp tần số lên

tính chất soliton của xung truyền trong sợi quang. Trước hết chúng ta tìm hiểu sự tương tác

của hai soliton.

3.3. Khảo sát sự tƣơng tác hai Soliton

Trong phần này chúng Tôi khảo sát sự tương tác của hai soliton trong sợi quang với

các tham số của hệ thông tin quang được chọn:

Độ rộng xung T0=5ps

Hệ số tán sắc β2=-2ps2/km

Chiều dài tán sắc LD=12.5km

3.3.1. Khảo sát sự tương tác hai Soliton cùng biên độ, cùng pha ban đầu theo

khoảng phân cách giữa hai soliton

Lý thuyết của hai soliton cùng lan truyền trong môi trường phi tuyến cũng chính là

phương trình NSE. Phương pháp tính toán được sử dụng ở đây là phương pháp tán xạ ngược.

để tính toán và mô phỏng chúng tôi sử dụng các phần mềm Matlab và Mathematica.

Điều kiện ban đầu cho hai soliton cùng lan truyền có cùng biên độ, pha ban đầu có

dạng:

Tính toán và thu được nghiệm cho trường hợp tương tác giữa hai soliton lan truyền

trong sợi quang như sau:

Với

21

Kết quả nghiên cứu sự tương tác của hai soliton phụ thuộc vào khoảng phân cách ban

đầu như sau:

-10

-5

0

5

10

0

5

100

2

4

6

8

10

thoi giankhoang cach

cuon

g do

Hình 3.1. Tương tác hai Soliton có khoảng phân cách ban đầu =1

-10-5

05

10

0

50

1000

1

2

3

4

thoi giankhoang cach

cuong d

o

Hình 3.2. Tương tác hai Soliton có khoảng phân cách ban đầu =4

Nhận xét: Từ kết quả khảo sát trên chúng tôi thấy tương tác soliton phụ thuộc vào

khoảng phân cách ban đầu (là khoảng cách phát ban đầu khác nhau) giữa các soliton lân cận.

Từ hình vẽ cho thấy theo khoảng cách truyền hai soliton bị hút lại gàn nhau, đến một khoảng

22

cách nào đó chúng bị nhập lại vào nhau, rồi lại tách ra xa và sau đó giữ nguyên hình dạng ban

đầu. Hiện tượng này diến ra một cách tuần hoàn.

Khi khoảng phân cách ban đầu càng tăng thì số lần hai soliton nhập lại vào nhau theo

khoảng truyền ngày càng giảm và lực tương tác giữa hai soliton cũng giảm theo tức là khoảng

cách hoạt động của hệ thông tin soliton càng lớn.

3.3.2. Khảo sát tương tác của hai Soliton cùng pha ban đầu nhưng khác biên độ

Điều kiện ban đầu cho hai soliton cùng lan truyền có cùng pha ban đầu nhưng khác

biên độ với khoảng phân cách ban đầu 2,7 có dạng:

Ở ®©y chóng t«i chän 0 = 2,7 cã nghÜa lµ kho¶ng thêi gian khi hai xung b¾t ®Çu

®i vµo sîi quang b»ng 2,7 lÇn thêi gian xung.

Tính toán và thu được nghiệm cho trường hợp tương tác giữa hai soliton lan truyền

trong sợi quang như sau:

Với

23

-10-5

05

10

0

10

20

300

2

4

thoi giankhoang cach

cuong d

o

Hình 3.3. Tương tác hai Soliton có biên độ tương đối A=1.025

-10-5

05

10

0

10

20

300

2

4

thoi giankhoang cach

cuong d

o

Hình 3.4. Tương tác hai Soliton có biên độ tương đối A=1.1

24

-10-5

05

10

0

10

20

300

2

4

thoi giankhoang cach

cuong d

o

Hình 3.5. Tương tác hai Soliton có biên độ tương đối A=1.2

Nhận xét: Từ hình vẽ cho thấy theo khoảng cách truyền hai soliton bị hút lại gàn

nhau, đến một khoảng cách nào đó chúng bị nhập lại vào nhau, rồi lại tách ra.

ở cùng một khoảng phân cách ban đầu giữa hai soliton nhất định tức là tốc độ bit

không thay đổi, hai solion cùng lan truyền với pha ban đầu không đổi nhưng khác nhau về

biên độ cho thấy biên độ càng lớn thì lực tương tác giữa các soliton càng nhỏ.

3.2.3. Khảo sát tương tác hai Soliton cùng biên độ nhưng khác pha ban đầu

Điều kiện ban đầu cho hai soliton cùng lan truyền có cùng biên độ nhưng khác pha

ban đầu

Tính toán và thu được nghiệm cho trường hợp tương tác giữa hai soliton lan truyền

trong sợi quang như sau:

25

-10-5

05

10

0

10

20

300

10

20

30

40

50

thoi giankhoang cach

cuong d

o

Hình 3.6.Tương tác hai Soliton có độ lệch pha

26

-10

-5

0

5

10

0

10

20

300

20

40

60

80

thoi giankhoang cach

cuong d

o

Hình 3.7. Tương tác hai Soliton có độ lệch pha

-10

-5

0

5

10

0

10

20

300

5

10

15

20

25

thoi giankhoang cach

cuong d

o

Hình 3.8. Tương tác hai Soliton có độ lệch pha

Nhận xét: Từ hình vẽ cho thấy với cùng biên độ thì:

27

Ở độ lệch pha các soliton hút nhau sao cho chúng va chạm định kỳ theo chiều

dài sợi

Ở độ lệch pha ban đầu các soliton hút nhau rồi lại tách khỏi nhau

Ở độ lệch pha các soliton đẩy nhau ngày càng mạnh khi khoảng cách lan truyền

tăng

Từ khảo sát cho thấy với hai xung có pha ban đầu khác nhau sẽ dẫn đến sự giảm tương tác

qua lại giữa chúng so với trường hợp hai soliotn có cùng pha ban đầu

Khi độ lệch pha tăng lên, vận tốc của những phần xung đối diện sẽ bị thay đổi. Sườn sau

xung trước sẽ tăng vận tốc, sườn trước xung sau bị giảm vận tốc, do bị ảnh hưởng của chirp tần số

dẫn đến chúng bị phân tách. Nếu khoảng phân tách ban đầu càng nhỏ thì ảnh hưởng này càng rõ

rệt. Sự lệch pha càng tăng thì hai soliton phân tách càng nhanh và sự dao động của chúng cũng

nhỏ hơn. Vì vậy sự lệch pha có thể coi là biện pháp để làm giảm tương tác của hai soliton trong

sợi quang.

Từ khảo sát cho thấy hai soliton có độ lệch pha càng lớn thì lực tương tác giữa hai soliton

truyền trong sợi càng nhỏ chúng phân tách nhanh hơn, tức là khoảng cách hoạt động của hệ thông

tin soliton càng lớn mà tốc độ bit không thay đổi.

3.4. Ảnh hƣởng của chirp tần số lên tính chất soliton của xung truyền trong sợi

quang

Xung super gauss ban đầu đi vào sợi có dạng:

Trước hết chúng ta khảo sát trường hợp xung truyền trong sợi quang dạng super gauss

không có chirp (C = 0)

01

23

45

-100

-50

0

50

1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

z/LD

Xung Super Gauss không chirp qua soi quang

c=0,m=1

t(fs)

(U(z

,T))2

Hình 3.9. Hình ảnh xung super gauss không chirp qua sợi quang với m=1

28

01

23

45

-100

-50

0

50

1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

z/LD

Xung Super Gauss không chirp qua soi quang

c=0,m=4

t(fs)

(U(z

,T))2

Hình 3.10. Hình ảnh xung super gauss không chirp qua sợi quang với m=4

Nhận xét: Từ hình vẽ thu được cho thấy khi khoảng cách Z/Ld tăng lên thì cường độ

đỉnh xung càng giảm, xung phụ bắt đầu xuất hiện ngay khi m=1 ở khoảng cách Z/Ld =2 và

ngày càng nhiều theo khoảng cách truyền.

Khi khoảng cách truyền tăng lên thì độ rộng xung cũng tăng lên

Đỉnh xung trở lên vuông hơn, đồng thời độ rộng xung giảm khi tăng giá trị thông số m

Khảo sát trường hợp xung vào dạng super gauss có chirp tuyến tính

Xét xung super gauss ban đầu đi vào sợi quang có dạng:

Sử dụng phương pháp tán xạ ngược cùng với phần mềm matlab ta thu được kết quả

như sau:

Khảo sát khi C=1 với các giá trị khác nhau của thông số m

29

02

46

8

-100

-50

0

50

1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

z/LD

Xung Super Gauss co chirp tuyen tinh qua soi quang

c=1,m=2

t(fs)

(U(z

,T))2

Hình 3.11. Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với m=2

02

46

8

-100

-50

0

50

1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

z/LD

Xung Super Gauss co chirp tuyen tinh qua soi quang

c=1,m=4

t(fs)

(U(z

,T))2

3.12. Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với m=4

Nhận xét: Từ hình vẽ thu được ta thấy rằng khi tăng khoảng cách truyền cường độ

xung chính giảm dần đồng thời số xung phụ tăng dần theo khoảng cách và số xung phụ xuất

hiện ngày càng rõ ràng hơn. Độ rộng xung cũng tăng dần theo khoảng cách truyền.

Khi tham số chirp C=1, tăng giá trị của tham số m thì đỉnh xung trở nên vuông hơn,

đồng thời độ rộng xung giảm, xung phụ xuất hiện cũng không rõ ràng.

Khảo sát khi m không đổi với các giá trị khác nhau của thông số c

30

02

46

8

-100

-50

0

50

1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

z/LD

Xung Super Gauss co chirp tuyen tinh qua soi quang

c=1,m=3

t(fs)

(U(z

,T))2

3.13. Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với C=1

02

46

8

-100

-50

0

50

1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

z/LD

Xung Super Gauss co chirp tuyen tinh qua soi quang

c=50,m=3

t(fs)

(U(z

,T))2

3.14. Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với C=50

Nhận xét: Khi tăng dần tham số chirp C, giữ nguyên thông số m ta thấy cường độ

xung chính giảm mạnh theo khoảng cách truyền đồng thời số xung phụ cũng tăng lên

Khi C=50 cường độ xung gần như bằng không khi tăng khoảng cách truyền.

Khảo sát trường hợp xung vào dạng super gauss có chirp phi tuyến

Xét xung super gauss ban đầu đi vào sợi quang có dạng:

31

Sử dụng phương pháp tán xạ ngược cùng với phần mềm matlab ta thu được kết quả

như sau:

Khảo sát khi C=0.025 với các gía trị khác nhau của thông số m

0

1

2

3

-100

-50

0

50

1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

z/LD

xung super gauss co chirp phi tuyen truyen trong soi quang

c=0.025,m=2

t(fs)

(U(z

,T))

2

3.15. Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với m=2

32

0

1

2

3

-100

-50

0

50

1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

z/LD

xung super gauss co chirp phi tuyen truyen trong soi quang

c=0.025,m=4

t(fs)

(U(z

,T))

2

3.16. Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với m=4

Nhận xét: Trong trường hợp có chirp phi tuyến cường độ xung giảm dần theo khoảng

cách truyền, đồng thời số xung phụ cũng giảm dần

Khi giữ nguyên tham số chirp C= 0.025, tăng dần tham số m thì đỉnh xung chính trở

nên vuông hơn, xung phụ cũng giảm dần và không rõ nét.

Khảo sát khi m=3 với các giá trị khác nhau của tham số chirp C

0

1

2

3

-100

-50

0

50

1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

z/LD

c=0.025,m=3

xung super gauss co chirp phi tuyen truyen trong soi quang

t(fs)

(U(z

,T))

2

33

3.17. Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=0.025

0

1

2

3

-100

-50

0

50

1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

z/LD

xung super gauss co chirp phi tuyen truyen trong soi quang

c=10,m=3

t(fs)

(U(z

,T))

2

3.18.. Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=10

0

1

2

3

-100

-50

0

50

1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

z/LD

xung super gauss co chirp phi tuyen truyen trong soi quang

c=50,m=3

t(fs)

(U(z

,T))

2

3.19. Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=50

Nhận xét: Từ hình vẽ thu được ta thấy cường độ xung giảm dần theo khoảng cách

truyền đồng thời độ rộng xung cũng giảm dần theo khoảng cách truyền

Khi giữ nguyên thông số m=3, tăng dần tham số chirp C thì độ rộng xung giảm dần. Ở

khoảng cách Z/Ld =0 số xung vệ tinh tăng lên, khi Z/Ld >0 thì số xung vệ tinh giảm dần

34

KẾT LUẬN

Qua nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của chirp tần số lên hệ thống Soliton chúng tôi đã thu

được một số kết quả chính như sau:

1.Sự tƣơng tác hai Soliton cùng biên độ, cùng pha ban đầu theo khoảng phân cách

giữa hai soliton

+ Tương tác soliton phụ thuộc vào khoảng phân cách ban đầu giữa các soliton lân cận. Từ

hình vẽ cho thấy theo khoảng cách truyền hai soliton bị hút lại gàn nhau, đến một khoảng cách nào

đó chúng bị nhập lại vào nhau, rồi lại tách ra.

+ Khi khoảng phân cách ban đầu càng tăng thì số lần hai soliton nhập lại vào nhau theo

khoảng truyền ngày càng giảm và lực tương tác giữa hai soliton cũng giảm theo tức là khoảng cách

hoạt động của hệ thông tin soliton càng lớn.

2. Tƣơng tác của hai Soliton cùng pha ban đầu nhƣng khác biên độ

+ Ở cùng một khoảng phân cách ban đầu giữa hai soliton nhất định tức là tốc độ bit không

thay đổi, hai solion cùng lan truyền với pha ban đầu không đổi nhưng khác nhau về biên độ cho

thấy biên độ càng lớn thì lực tương tác giữa các soliton càng nhỏ.

3. Tƣơng tác hai Soliton cùng biên độ nhƣng khác pha ban đầu

+ Hai soliton có độ lệch pha càng lớn thì lực tương tác giữa hai soliton truyền trong sợi càng

nhỏ, tức là khoảng cách hoạt động của hệ thông tin soliton càng lớn mà tốc độ bit không thay đổi.

4.Ảnh hƣởng của chirp tần số lên tính chất soliton của xung truyền trong sợi quang

Trường hợp không có chirp:

+ Khi khoảng cách Z/Ld tăng lên thì cường độ đỉnh xung càng giảm, xung phụ bắt đầu xuất

hiện ngay khi m=1 ở khoảng cách Z/Ld =2 và ngày càng nhiều theo khoảng cách truyền.

+ Khi khoảng cách truyền tăng lên thì độ rộng xung cũng tăng lên

+ Đỉnh xung trở lên vuông hơn, đồng thời độ rộng xung giảm khi tăng giá trị thông số m

Trường hợp có chirp tuyến tính:

+ Khi tăng khoảng cách truyền cường độ xung chính giảm dần đồng thời số xung phụ tăng

dần theo khoảng cách và số xung phụ xuất hiện ngày càng rõ ràng hơn. Độ rộng xung cũng tăng dần

theo khoảng cách truyền.

+ Khi tham số chirp C=1, tăng giá trị của tham số m thì đỉnh xung trở nên vuông hơn, đồng

thời độ rộng xung giảm, xung phụ xuất hiện cũng không rõ ràng

+ Khi tăng dần tham số chirp C, giữ nguyên thông số m ta thấy cường độ xung chính giảm

mạnh theo khoảng cách truyền đồng thời số xung phụ cũng tăng lên

+ Khi C=50 cường độ xung gần như bằng không khi tăng khoảng cách truyền.

35

Trường hợp có chirp phi tuyến:

+ Trong trường hợp có chirp phi tuyến cường độ xung giảm dần theo khoảng cách truyền,

đồng thời số xung phụ cũng giảm dần

+ Khi giữ nguyên tham số chirp C= 0.025, tăng dần tham số m thì đỉnh xung chính trở nên

vuông hơn, xung phụ cũng giảm dần và không rõ nét.

+ Cường độ xung giảm dần theo khoảng cách truyền đồng thời độ rộng xung cũng giảm dần

theo khoảng cách truyền

+ Khi giữ nguyên thông số m=3, tăng dần tham số chirp C thì độ rộng xung giảm dần. Ở

khoảng cách Z/Ld =0 số xung vệ tinh tăng lên, khi Z/Ld >0 thì số xung vệ tinh giảm dần

References

Tiếng Việt.

1. Nguyễn Thế Bình (2006), Kỹ thuật Laser, NXB Đại học Quốc gia,Hà Nội.

2. Đinh Văn Hoàng, Trịnh Đình Chiến (2002), Vật lý Laser và ứng dụng, NXB Đại học Quốc

gia,Hà Nội.

3. Đinh Văn Hoàng (1999), Quang học phi tuyến, NXB Đại học Quốc gia ,Hà Nội.

4. Bùi Văn Hải (2007), Ảnh hưởng của môi trường hoạt chất và các yếu tố tán sắc trong laser

CPM. Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội.

5.Mai Thị Huệ (2007), Khảo sát chirp trong và ngoài buồng cộng hưởng của laser màu được

đồng bộ mode, Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà

Nội.

6. Đỗ Thị Diệu Huyền (2007), Ảnh hưởng thông số xung trong hệ truyền dẫn thông tin

Soliton, Luận văn thạc sĩ khoa học Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tụ nhiên, Hà Nội.

7. Hoàng chí Hiếu, Một số khảo sát về thông tin Soliton, Luận văn thạc sĩ khoa học Vật lý,

Trường Đại học Khoa học Tụ nhiên, Hà Nội.

8. Bế Thu Thủy (2011), Ảnh hưởng của chirp phi tuyến đối với xung dạng super gauss trong

buồng cộng hưởng laser CPM, Luận văn thạc sĩ khoa học Vật lý, Trường Đại học Khoa

học Tụ nhiên, Hà Nội.

9.Trương Thị Thúy (2009), Ảnh hưởng của chirp đối với xung dạng Super Gauss trong buồng

cộng hưởng laser, Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,

Hà Nội.

Tiếng Anh.

10. Andrew M. Weiner (2009), Ultrafast Optics, A John Wiley & Són,INC, Publication,

United States of America.

36

11. Cancelliri, Single – Mode optical fiber, oxf – pergamon pr (1991).

12. Claudie Rulliere (2005), Femtosecond Laser Pulses, Springer Science

Business.Media,Inc.

13. Govind P.Agrawal, Fiber – Optical communication systems, Volume 2, John Wiley &

Sons, Inc, (1997).

14. Jean-Claude Diels, Wolfgang Rudolpho (2006), Ultrashort Laser Pulse Phenomena,

Elsevier Inc.

15. F.P.Schaefer (1990), Dye Laser, Springer- Verlag Berlin Publisher.

16.P.W.Smith, M.A.Duguay & E.P.Ippen, (1974), mode-locking of laser, Pergamn Press.

17. J.R.Taylor, Optical Soliton: Theory and Experiments, Cambrigdge University Press.