Đề tài Tán xạ Raman kích thích

Đề tài TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH Giáo viên hướng dẫn : ThS. Nguyễn Đức Nhân Sinh viên thực hiện : Mai Nguyên Dũng NỘI DUNG Quá trình tán xạ Raman kích thích (SRS) Ứng dụng SRS khuyếch đại tín hiệu quang Chương trình mô phỏng QUÁ TRÌNH TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH QUÁ TRÌNH TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH Lý thuyết tổng quan về tán xạ Raman Đặc tính của quá trình tán xạ Raman kích thích Ảnh hưởng của tán xạ Raman kích thích TỔNG QUAN VỀ TÁN XẠ RAMAN BẢN CHẤT CỦA ÁNH SÁNG Ánh sáng bao gồm các photon mang năng lượng xác định bằng hf trong đó h là hằng số Plank còn f là tần số của ánh sáng Khi ánh sáng truyền qua môi trường vật chất trong suốt thì phần lớn ánh sáng truyền thẳng và một phần nhỏ bị tán xạ Môi trường có thể gây ra nhiều loại tán xạ khác nhau như tán xạ Rayleigh, tán xạ Brilloin, tán xạ Raman TỔNG QUAN VỀ TÁN XẠ RAMAN QUÁ TRÌNH TÁN XẠ ÁNH SÁNG TÁN XẠ ĐÀN HỒI TÁN XẠ KHÔNG ĐÀN HỒI TỔNG QUAN VỀ TÁN XẠ RAMAN GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG TÁN XẠ RAMAN Tán xạ Raman xảy ra khi bơm ánh sáng thích hợp vào trong môi trường sợi quang Các photon ánh sáng tác động với các phân tử vật chất của môi trường làm phát sinh các photon có tần số khác với tần số của photon tới Tuỳ thuộc vào tần số của photon sinh ra, tán xạ Raman được phân loại thành tán xạ Stoke và tán xạ phản Stoke TÁN XẠ RAMAN TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH (SRS) TỔNG QUAN VỀ TÁN XẠ RAMAN Được quan sát bằng thực nghiệm lần đầu tiên vào năm 1962 Tán xạ Raman kích thích xảy ra khi công suất bơm lớn hơn một giá trị công suất ngưỡng. Sóng Stoke sinh ra cùng truyền với sóng bơm trong sợi quang và được khuyếch đại theo hàm mũ Công suất sóng bơm bị suy giảm nhanh chóng do hiệu ứng SRS QUÁ TRÌNH TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH QUÁ TRÌNH TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH Lý thuyết tổng quan về tán xạ Raman Đặc tính của quá trình tán xạ Raman kích thích Ảnh hưởng của tán xạ Raman kích thích ĐẶC TÍNH CỦA TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH Phổ khuyếch đại Raman Công suất ngưỡng Tương tác giữa sóng bơm và sóng Stoke ĐẶC TÍNH CỦA TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH ĐẶC TÍNH CỦA TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH TƯƠNG TÁC GIỮA SÓNG BƠM VÀ SÓNG STOKE Pp, Ps là công suất sóng bơm và sóng Stoke là tần số sóng bơm và sóng Stoke là các hệ số suy hao của sóng bơm và sóng Stoke là hệ số khuếch đại Raman ĐẶC TÍNH CỦA TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH PHỔ KHUYẾCH ĐẠI RAMAN CÔNG SUẤT NGƯỠNG ĐẶC TÍNH CỦA TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH Ngưỡng Raman là công suất bơm đầu vào sao cho ở đầu ra công suất bơm và công suất Stoke bằng nhau Pth =16.Aeff/(Leff.gR) QUÁ TRÌNH TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH QUÁ TRÌNH TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH Lý thuyết tổng quan về tán xạ Raman Đặc tính của quá trình tán xạ Raman kích thích Ảnh hưởng của tán xạ Raman kích thích ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SRS VỚI HỆ THỐNG ĐƠN KÊNH Trong hệ thống đơn kênh, tín hiệu đóng vai trò sóng bơm làm sinh ra các sóng Stoke dẫn đến nhiễu ở đầu thu Nếu công suất tín hiệu lớn hơn công suất ngưỡng Raman, công suất tín hiệu có thể bị suy giảm nhanh chóng do kết quả của SRS Có thể lợi dụng hiệu ứng SRS để khuyếch đại tín hiệu bằng cách sử dụng một sóng bơm thích hợp cùng truyền với tín hiệu trong sợi ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SRS VỚI HỆ THỐNG WDM Trong hệ thống WDM, các kênh tại bước sóng ngắn đóng vai trò sóng bơm và sẽ suy hao một phần công suất cho các kênh có bước sóng dài hơn Hiệu ứng SRS sẽ không xuất hiện tại các thời điểm các kênh truyền bit 0 Hiệu ứng SRS làm cho công suất đầu ra của các kênh không đồng đều, có thể khắc phục bằng cách sử dụng nhiều sóng bơm để làm bằng phẳng phổ khuyếch đại Raman ỨNG DỤNG SRS KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU QUANG ỨNG DỤNG SRS KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU QUANG Bộ khuyếch đại quang Raman hoạt động dựa trên hiệu ứng tán xạ Raman kích thích Trong bộ khuyếch đại quang Raman, một sóng bơm có bước sóng thích hợp được sử dụng để cùng truyền với tín hiệu trong sợi quang Một phần công suất của sóng bơm được chuyển sang cho tín hiệu do kết quả của quá trình tán xạ Raman ỨNG DỤNG SRS KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU QUANG NGUYÊN LÝ BƠM TRONG BỘ KHUYẾCH ĐẠI RAMAN Bước sóng bơm được lựa chọn sao cho độ dịch tần giữa sóng bơm và tín hiệu nằm trong dải phổ khuyếch đại Raman Sóng bơm có thể được bơm cùng chiều hoặc ngược chiều truyền tín hiệu Có thể sử dụng nhiều sóng bơm để làm bằng phẳng hoặc mở rộng phổ khuyếch đại Raman ƯU ĐIỂM CỦA KHUYẾCH ĐẠI RAMAN ỨNG DỤNG SRS KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU QUANG Hiện tượng tán xạ Raman luôn tồn tại trong mọi hệ thống sợi quang Phổ khuyếch đại quang Raman của sợi Silic rất rộng và tương đối bằng phẳng Bộ khuyếch đại Raman có thể hoạt động ở những dải tần mà những bộ khuyếch đại quang khác không đáp ứng được CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG