Mục lục

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU i

CHƯƠNG 1: TÁN XẠ RAMAN 1

1.1 Tổng quan về tán xạ Raman 1

1.1.1 Ánh sáng 1

1.1.2 Tương tác của ánh sáng và môi trường 1

1.1.3 Sợi quang 2

1.1.4 Quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang 4

1.1.5 Tính chất phi tuyến của sợi quang 7

1.1.6 Tán xạ ánh sáng 9

1.1.7 Tán xạ Raman 10

1.2 Đặc tính của tán xạ Raman kích thích 12

1.2.1 Phổ khuếch đại Raman 12

1.2.2 Ngưỡng Raman 14

1.2.3 Ảnh hưởng của các chất phụ gia trong sợi thuỷ tinh 17

1.2.4 Ảnh hưởng của phân cực ánh sáng 18

1.3 Ảnh hưởng của tán xạ Raman kích thích trong thông tin quang 19

1.3.1 Ảnh hưởng của SRS đối với hệ thống đơn kênh 19

1.3.2 Ảnh hưởng của SRS trong hệ thống WDM 23

1.4 Thí nghiệm tán xạ Raman kích thích 27

1.4.1 Thí nghiệm đo hệ số khuyếch đại Raman 27

1.4.2 Thí nghiệm đo ngưỡng Raman 30

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU QUANG 32

2.1 Sự cần thiết phải khuyếch đại quang 32

2.2 Những khái niệm cơ bản về khuyếch đại quang. 33

2.2.1 Phổ khuyếch đại và băng tần bộ khuyếch đại 33

2.2.2 Nhiễu trong bộ khuyếch đại quang. 35

2.2.3 Các ứng dụng khuyếch đại 37

2.3 Bộ khuyếch đại quang Raman 38

2.3.1 Nguyên lý bơm 38

2.3.2 Hệ số khuyếch đại và băng tần của bộ khuyếch đại Raman 40

2.3.3 Tăng ích quang Raman 41

2.3.4 Hiệu năng khuyếch đại 44

2.3.5 Nhiễu trong các bộ khuyếch đại Raman 47

2.3.6 Khuyếch đại Raman phân bố DRA (Distributed Raman Amplifier) 49

2.3.7 Khuyếch đại Raman tập trung LRA (Lumped Raman Amplifier) 52

2.3.8 Bộ khuyếch đại quang lai ghép Raman/EDFA 55

2.4 Ứng dụng bộ khuyếch đại quang Raman trong hệ thống WDM 55

CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 58

3.1 Tính toán tham số 58

3.1.1 Tham số “Walk-off” d 58

3.1.2 Hệ số khuyếch đại Raman 58

3.2 Các lưu đồ thuật toán 60

3.2.1 Lưu đồ thuật toán tính hằng số lan truyền sóng 60

3.2.2 Lưu đồ thuật toán tính hệ số khuyếch đại Raman 60

3.2.3 Lưu đồ tính hệ số phi tuyến 61

3.2.4 Lưu đồ thuật toán mô phỏng SRS 62

3.3 Kết quả mô phỏng và giải thích 63

3.3.1 Kết quả mô phỏng phổ khuyếch đại Raman 63

3.3.2 Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của SRS 64

3.3.3 Đặc tuyến công suất 68

KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

PHỤ LỤC A. Phương pháp biến đổi Fourier rời rạc 71

PHỤ LỤC B. Chương trình mô phỏng 73

MỞ ĐẦU

Tán xạ Raman là quá trình tán xạ không đàn hồi, xảy ra do sự tương tác của ánh sáng với môi trường vật chất trong sợi quang.

Tán xạ Raman bao gồm tán xạ Raman tự phát và tán xạ Raman kích thích SRS. Một mặt tán xạ Raman gây ảnh hưởng xấu đến quá trình truyền tín hiệu trong sợi quang, làm tăng nhiễu trong hệ thống thống tin quang nhưng mặt khác tán xạ Raman cũng có những ảnh hưởng tích cực, nổi bật nhất là khả năng khuyếch đại tín hiệu quang. Bởi vậy, ngay từ khi mới được phát hiện, tán xạ Raman đã thu hút rất nhiều sự quan tâm, nghiên cứu. Các nghiên cứu này tập trung theo hai hướng: giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực và ứng dụng tán xạ Raman kích thích trong khuyếch đại tín hiệu quang. Tán xạ Raman kích thích SRS chính là cơ sở để phát triển các bộ khuyếch đại quang Raman. Các bộ khuyếch đại quang Raman có rất nhiều ưu điểm so với những loại khuyếch đại quang đã được sử dụng trước đó và rất phù hợp với các hệ thống WDM đang được triển khai hiện nay. Các bộ khuyếch đại quang Raman được coi là lời giải cho bài toán khuyếch đại quang trong các hệ thống truyền dẫn quang dung lượng lớn, cự ly dài và rất dài.

Nhận thức được tầm quang trọng của vấn đề và được sự hướng dẫn của Thầy giáo, ThS. Nguyễn Đức Nhân, em chọn đề tài “Tán xạ Raman kích thích” để làm đề tài đồ án tốt nghiệp đại học.

Nội dung đồ án được trình bày trong ba chương:

Chương 1 trình bày tổng quan về quá trình tán xạ ánh sáng, tán xạ Raman, đồng thời trình bày những đặc tính cũng như ảnh hưởng của tán xạ Raman kích thích trong hệ thống đơn kênh và hệ thống WDM.

Chương 2 trình bày một số khái niệm cơ bản về khuyếch đại quang, nêu ứng dụng của tán xạ Raman kích thích trong khuyếch đại tín hiệu quang, nguyên lý của các bộ khuyếch đại Raman phân bố, khuyếch đại Raman tập trung.

Chương 3 xây dựng chương trình mô phỏng, làm rõ các ảnh hưởng của tán xạ Raman kích thích đối với quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang, các lưu đồ thuật toán xác định các tham số liên quan.

Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do tán xạ Raman kích thích là một vấn đề khó nên nội dung đồ án khó tránh khỏi các thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các Thầy, Cô giáo, các bạn sinh viên để đồ án này được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, ThS. Nguyễn Đức Nhân đã nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.

Em xin cảm ơn các Thầy, Cô giáo trong bộ môn thông tin quang, Khoa viễn thông đã dạy dỗ, dìu dắt em trong suốt 5 năm học vừa qua.

Xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian qua.

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2005

Sinh viên

Mai Nguyên Dũng