Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Hieu ung-phi-tuyen-trong-soi-quang_ptit

3,322 views

Published on

hieu ung phi tuyen trong thong tin quang

Published in: Technology
  • Login to see the comments

Hieu ung-phi-tuyen-trong-soi-quang_ptit

  1. 1. Giảng viên: PGS.TS Bùi Trung Hiếu Sinh viên: Nguyễn Viết Tùng Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang
  2. 2. Nội dung Tổng quan1 Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang2
  3. 3. Tổng quan  Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang xảy ra do sự thay đổi hệ số khúc xạ trong sợi và hiện tượng tán xạ không đàn hồi.  Hiệu ứng quang được gọi là phi tuyến nếu các tham số của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng (công suất). 1
  4. 4. Tổng quan1 1.1 Giới thiệu chung 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.
  5. 5. Tổng quan1 1.1. Giới thiệu chung 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.
  6. 6. - Phát sinh do tác động qua lại giữa các sóng ánh sáng với các phonon (rung động phân tử) trong môi trường silica - tán xạ do kích thích Brillouin (SBS) và tán xạ do kích thích Raman (SRS). Hiệu ứng phi tuyến - Sinh ra do sự phụ thuộc của chiết suất vào cường độ điện trường hoạt động, tỉ lệ với bình phương biên độ điện trường(Kerr). - Hiệu ứng tự điều pha (SPM - Self- Phase Modulation), h/ư điều chế pha chéo (XPM - Cross- Phase Modulation) và hiệu ứng trộn 4 bước sóng (FWM - Four-Wave Mixing). Tổng quan1 1.2. Nguyên nhân
  7. 7. Phần 2: Các loại hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang
  8. 8. Các loại hiệu ứng phi tuyến 2 Phân loại  Nhóm hiệu ứng tán xạ không đàn hồi:  Tán xạ do kích thích Raman- SRS  Tán xạ do kích thích Brillouin- SBS  Nhóm hiệu ứng khúc xạ phi tuyến:  Hiệu ứng tự điều pha SPM  Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM  Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM
  9. 9. Các loại hiệu ứng phi tuyến 2  Phonon quang học và âm học: Trong vật lý học, một phonon là một giả hạt có đặc tính lượng tử của mode dao động trên cấu trúc tinh thể tuần hoàn và đàn hồi của các chất rắn. Minh họa lan truyền của mode dao động trên tinh thể.
  10. 10. Các loại hiệu ứng phi tuyến 2  Phonon quang học và âm học: .  Khi các tế bào đơn vị có nhiều hơn một nguyên tử, các tinh thể sẽ bao gồm hai loại phonon: âm học và quang học. • Phonon âm thanh ion dương và âm dao động cùng chiều. • Phonon quang học dễ dàng bị kích thích bằng cách ánh sáng, các ion âm và dương dao động ngược chiều.
  11. 11. Nhóm hiệu ứng tán xạ không đàn hồi 2.1.Tán xạ do kích thích Raman- SRS 2.2.Tán xạ do kích thích Brillouin- SBS
  12. 12. 2.1. Tán xạ do kích thích Raman- SRS  Hiện tượng:  Các phonnon quang tham gia tán xạ  Photon của ánh sáng tới chuyển một phần năng lượng của mình cho dao động cơ học của các phần tử môi trường truyền dẫn – phonon quang .  Phần còn lại được phát xạ thành ánh sáng có bước sóng dài hơn b/s của ánh sáng tới  Khi tín hiệu trong sợi quang có cường độ lớn, quá trình này trở thành quá trình kích thích Raman.
  13. 13. 2.1. Tán xạ do kích thích Raman- SRS  Tính chất:  SRS sinh ra bởi sự chuyển động của các phân tử do mật độ năng lượng cao trong sợi quang.  Ánh sáng tán xạ được phát ra ở tần số thấp (bước sóng dài) hơn tín hiệu tới (tán xạ không đàn hồi).
  14. 14. 2.1. Tán xạ do kích thích Raman- SRS  Ảnh hưởng:  SRS sinh ra năng lượng chuyển đổi những kênh có bước sóng ngắn thành các kênh có bước sóng dài hơn  tạo ra phổ nghiêng  Sự suy hao năng lượng trong các kênh có bước sóng nhỏ hơn làm giảm hiệu suất truyền của chúng  Tuy nhiên hệ số khuếch đại Raman nhỏ  có thể được bù bằng cách sử dụng kĩ thuật cân bằng phù hợp EDFA f f
  15. 15. 2.1. Tán xạ do kích thích Raman- SRS 
  16. 16. 2.1. Tán xạ do kích thích Raman- SRS  16 16 . eff eff thSRS R eff R A A P g L g    2 effA a 1 L eff e L          
  17. 17. 2.2. Tán xạ do kích thích Brillouin- SBS Hiện tượng: - Xảy ra khi có sự hình thành bước sóng Stoke dài hơn bước sóng của ánh sáng tới (có liên quan đến các phonon âm học). - Một phần ánh sáng bị tán xạ do các phonon âm học và làm cho phần ánh sáng bị tán xạ này dịch tới bước sóng dài hơn.
  18. 18. 2.2. Tán xạ do kích thích Brillouin- SBS  Tính chất:  Xảy ra trên dải tần hẹp Δf = 20MHz ở bước sóng 1550nm  Không gây ra bất kì tác động qua lại nào giữa các bước sóng khác nhau khi khoảng cách bước sóng > 20MHz  Tạo ra độ lợi theo hướng ngược lại với hướng lan truyền tín hiệu (hướng về nguồn)  làm suy giảm tín hiệu mạnh
  19. 19. 2.2. Tán xạ do kích thích Brillouin- SBS  Ảnh hưởng: Làm suy yếu năng lượng tín hiệu tới, năng lượng này làm giảm khoảng cách khẩu độ sợi quang cho phép.  Đặc trưng: - Công suất ngưỡng cho SBS: 21 21 . eff eff thSBS B eff B A A P g L g   
  20. 20. 2.2. Tán xạ do kích thích Brillouin- SBS - Hệ số độ lợi: gB ~ 4.10-11m/W, không phụ thuộc vào bước sóng.
  21. 21. Kết luận - Hiệu ứng SRS là hiện tượng chiếu ánh sáng vào sợi quang sẽ gây ra dao động phẩn tử trong vật liệu của sợi quang, nó điều chỉnh tín hiệu quang đưa vào dẫn đến bước sóng ngắn trong hệ thống WDM suy giảm, tín hiệu quá lớn hạn chế số kênh trên hệ thống. - Hiệu ứng SBS cũng có hiện tượng như SRS nhưng gây ra dịch tần và dải tần tăng ích rất nhỏ và chỉ xuất hiện ở hướng sau tán xạ. Ảnh hưởng càng lớn thì công suất càng thấp.
  22. 22. Nhóm hiệu ứng khúc xạ phi tuyến  Xảy ra do sự phụ thuộc của độ cảm vào cường độ trường E của xung quanh  Biểu thức vector phân cực: Tuy nhiên trong môi trường phi tuyến: Ở đây: ɛ0 - hằng số điện môi, χ(i) - độ cảm bậc i của môi trường EP 0 ...3)3( 0 2)2( 0 )1( 0  EEEP 
  23. 23. 2.3. Hiệu ứng tự điều pha SPM  Hiện tượng:  Chiết suất của môi trường truyền dẫn thay đổi theo cường độ ánh sáng truyền  Sự dịch tần phi tuyến làm cho sườn trước của xung dịch đến tần số ω < ω0 và sườn sau của xung dịch đến tần số ω > ω0  phổ của tín hiệu bị co dãn trong quá trình truyền
  24. 24. 2.3. Hiệu ứng tự điều pha SPM  Tính chất:  Hệ số lan truyền:  Độ dịch pha: (do hiệu ứng phi tuyến) mà   0 ' L NL dz    0 2 ' eff k n P P A        0 ( ) L in effP L P z dz  NL in effP L 
  25. 25. 2.3. Hiệu ứng tự điều pha SPM  Tính chất:  Nếu D là hệ số tán sắc của sợi quang thì • Với D < 0 : thành phần tần số cao (ω > ω0 ) sẽ lan truyền nhanh hơn thành phần tần số thấp -> xung dãn ra • Với D > 0 : thành phần tần số cao ω > ω0 lan truyền chậm hơn thành phần tần số thấp - > xung co lại
  26. 26. 2.3. Hiệu ứng tự điều pha SPM 
  27. 27. 2.4. Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM  Hiện tượng: - Xảy ra khi có nhiều kênh trên một đường truyền. - Sự phụ thuộc của độ dịch pha của một kênh vào cường độ ( công suất) của các kênh kia
  28. 28. 2.4. Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM  Tính chất:  Với hệ thống N kênh truyền độ dịch pha cho kênh i: Pi : công suất vào của kênh i  Liên quan hiện tượng chirp tương tự như SPM. Do sự tương tác lẫn nhau của các xung  mức chirp tăng  Các xung chồng chéo nhau gây ra sự tăng cục bộ về mặt năng lượng, thay đổi chỉ số khúc xạ  làm tăng ảnh hưởng của SPM 2 N i NL eff i n n i L P P          
  29. 29. 2.4. Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM  Tính chất: Hiện tượng chirp: sự thay đổi độ tán sắc gây ra sự méo dạng và thay đổi mật độ của xung Hình 2.4. Độ chirp tần cho các xung Gauss (nét đứt) và siêu Gauss (nét liền)
  30. 30. 2.4. Hiệu ứng điều chế pha chéo XPM  Ảnh hưởng  ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn thông qua cơ chế giống như SPM: tần số chirping và tán sắc  CPM có thể ảnh hưởng đến hệ thống mạnh hơn do có thêm các hệ số mới sinh ra Phân kênh trong các kênh truyền OTDM (truyền kênh phân chia theo thời gian) Chuyển đổi bước sóng trong WDM Nén xung phi tuyến
  31. 31. 2.5 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM  Hiện tượng:  Hệ thống WDM sử dụng nhiều tần số sóng ω1 ,ω2 , ..., ωn  Các nhóm hai hoặc ba tần số tương tác với nhau tạo ra các thành phần tần số mới  Tương tác này có thể xuất hiện • giữa các bước sóng của tín hiệu trong hệ thống WDM • giữa bước sóng tín hiệu với tạp âm ASE của các bộ khuếch đại quang • giữa các node chính và các mode bên của một kênh tín hiệu.
  32. 32. 2.5 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM  Tính chất: • Hiệu ứng phi tuyến bậc ba • Bảo toàn năng lượng • Không phụ thuộc vào tốc độ bit, phụ thuộc khoảng cách giữa các kênh và tính tán săc của sợi • Quan điểm cơ lượng tử: sự phá hủy photon ở một số bước sóng và tạo ra một số photon ở các bước sóng mới sao cho vẫn bảo toàn về năng lượng và động lượng   33 0 EPNL  3214  
  33. 33. 2.5 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM  Ảnh hưởng:  Làm giảm công suất của các kênh tín hiệu trong hệ thống WDM. Nếu khoảng cách giữa các kênh là bằng nhau -> những tần số mới được tạo ra có thể rơi vào các kênh tín hiệu -> gây nhiễu   products!mixing1 2 1 channelsN 2   NN ffff kjiijk
  34. 34. 2.5 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM Ảnh hưởng  Làm giảm chất lượng BER (tỉ lệ lỗi bit) của hệ thống  Khoảng cách giữa các kênh trong hệ thống càng nhỏ, ảnh hưởng càng lớn (cũng như khi khoảng cách truyền dẫn lớn và công suất các kênh là lớn)  hạn chế dung lượng và cự ly truyền dẫn

×