CÁCH TỬ BRAGG SỌI QUANG chương 3

Cách tử Bragg quang thực chất là sự xáo trộn cấu trúc chỉ số chiết suất theo dạng chu kì dọc theo hướng truyền sóng của sợi quang và được mô tả trong hình trên. Chỉ số chiết suất của FBG được tính theo phương trình sau
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CÁCH TỬ BRAGG SỌI QUANG chương 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANGĐỀ TÀI: CÁCH TỬ BRAGG SỌI QUANG CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA FBG3. 1 Giới thiệu Hình 3. 1 Cấu tạo và chiết suất của FBG Cách tử Bragg quang thực chất là sự xáo trộn cấu trúc chỉ số chiết suất theodạng chu kì dọc theo hướng truyền sóng của sợi quang và được mô tả trong hìnhtrên. Chỉ số chiết suất của FBG được tính theo phương trình sau : 2π n(x, y, z)  n(x, y, z)  δn(x, y, z)cos( z) (3. 1) Λ Trong đó n ( x , y , z ) là chỉ số chiết suất trung bình của lõi sợi quang vàδn(x, y, z) là chỉ số điều chế và Λ là chu kì của FBG. Một lượng nhỏ ánh sáng được phản xạ tại mỗi điểm nơi chỉ số chiết suất củaFBG thay đổi. Sự phản xạ hoàn toàn trong FBG xảy ra tại các bước sóng riêng khiở đó xuất hiện mode ghép mạnh nhất. Đây gọi là điều kiện Bragg được mô tả trongphương trình (3. 2), bước sóng mà tại đó có sự phản xạ hoàn toàn được gọi là bướcsóng Bragg λB. Chỉ có những bước sóng thoả mãn điều kiện Bragg là chịu ảnhhưởng của cách tử và phản xạ một cách mạnh mẽ. FBG trong suốt đối với các bướcsóng nằm ngoài vùng bước sóng Bragg. Bước sóng Bragg được tính như sau: λB = 2 neffΛ (3. 2) Trong đó neff là chỉ số khúc xạ ảnh hưởng và Λ là chu kì của FBG. Đây chínhlà điều kiện xảy ra phản xạ Bragg. Từ phương trình (3. 2) chúng ta có thể thấy rằngbước sóng Bragg hoàn toàn phụ thuộc vào chỉ số khúc xạ và chu kì của cách tử. Các cách tử dài với chỉ số khúc xạ thay đổi không đáng kể có đỉnh phản xạ rấtnhọn và băng tần phản xạ rất nhỏ như mô tả trong hình (3. 2): Phổ năng l ượng Phổ năng l ượng λ λ Phổ năng lượng λ Nguồn vào Hình 3. 2: Mô tả đặc tính của FBG Đối với cách tử Bragg đều, các tham số chỉ số khúc xạ ả nh hưởng neff và chukì cách tử Λ là cố định. Dạng phổ phản xạ của loại cách tử này được mô tả tronghình (3. 3): Hình 3. 3: Phổ phản xạ của cách tử Bragg dạng cách tử đều, độ d ài cách tử 1cm, λB=1550 nm, Λ=0. 8 nm3. 2 Điều kiện kết hợp pha FBG cho phép truyền năng lượng giữa các mode trong một sợi quang. Điềunày có thể đạt được bằng việc thay đổi pha của một mode sao cho nó kết hợp đượcvới pha của một mode khác. Các FBG thường được làm trên sợi quang trần sau khibóc đi lớp vỏ acrylat có nghĩa là sợi quang được xem như có cấu trúc 3 lớp với cácchiết suất khác nhau, trong đó lớp trong c ùng là lớp lõi có chiết suất là n1, tiếp đếnlà lớp vỏ có chiết suất là n2 và ngoài cùng là không khí với n3 = 1. Với sợi quangđơn mode với các tham số như trên thi mode trung tâm có hằng số truyền đạt BCOcho bởi: 2 2 2 n1 (3. 3) n2  BCO  nCO     Và các mode ngoài được chỉ ra bởi cấu trúc vỏ - không khí có hằng số truyềnnhư sau: 2 2 (3. 4) n3  Bu  n2   Kết quả, các mode phát xạ có thể hằng số truyền trong giới hạn: 2 (3. 5) 0  Brad  n3  Để tìm hiểu sự biến đổi chỉ số chiết suất theo chu kỳ dọc theo chiều dài sợiquang, việc kết hợp pha đầu tiên được thực hiện giữa mode cơ bản và mode chậm(mode vỏ) xuất hiện khi: 2 (3. 6) 1   2  Λ Trong trường hợp ghép cận mode giữa hai mode này,  2   1 và phươngtrình được viết lại:  (3. 7) 1  Λ Trong các biểu thức (3. 6) và (3. 7) Λ là chu kỳ của sự thay đổi chỉ số điềuchế và 1 và  2 tương ứng là hằng số truyền của mode cơ bản và mode đã đượcghép đôi cùng với nó. Cách tử thực hiện ghép mode chậm đ ược xem như là mộ bộphản xạ hay là cách tử ...