Bài giảng Quang điện tử và thông tin quang sợi

 Bài giảng 'Quang điện tử và thông tin quang sợi' cung cấp cho người học các kiến thức: Linh kiện dẫn sóng quang, sự lan truyền của ánh sáng trong linh kiện dẫn sóng quang, sợi quang, bộ nối quang, linh kiện quang. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Quang điện tử và thông tin quang sợi quang ®iÖn tö vμ th«ng tin quang sîi VLKT 2007 1.2 Linh kiÖn dÉn sãng quang, sù lan truyÒn cña ¸nh s¸ng trong linh kiÖn dÉn sãng quang 1.2.1 HÖ sîi quang - M¹ch quang tÝch hîp vµ những ®Æc ®iÓm ¾ Cuèi thËp kû 60, kh¸i niÖm “quang häc tÝch hîp” (integrated optics) xuÊt hiÖn ¾ Quang häc tÝch hîp lµ ph−¬ng ph¸p truyÒn vµ xö lÝ tÝn hiÖu b»ng tia s¸ng ¾ Mét sè −u ®iÓm vµ nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p truyÒn dÉn b»ng sîi quang so víi c¸c ph−¬ng ph¸p truyÒn dÉn truyÒn thèng: −u ®iÓm: - Tr¸nh ®−îc sù giao thoa cña sãng ®iÖn tõ. - Tr¸nh ®−îc sù chËp m¹ch ®iÖn hay bÞ nèi ®Êt. - An toµn trong truyÒn tin, tr¸nh ®−îc “nghe trém” - Tæn hao nhá (cã thÓ ®¹t 0,2dB/ km). - D¶i th«ng réng, kh¶ n¨ng phøc hîp cao. - KÝch th−íc nhá, träng l−îng nhÑ. - VËt liÖu rÎ, dåi dµo Nh−îc ®iÓm: Kh«ng chuyÓn t¶i ®−îc n¨ng l−îng ®iÖn. λ1 λ2 S¬ ®å hÖ sîi quang, m¹ch quang tÝch hîp λ1 λ2 D−u ®iÓm cña m¹ch quang tÝch hîp: - T¨ng ®é réng d¶i th«ng. - Më réng sù phøc hîp ph©n tÇn (frequency division multiplexing). - Khíp nèi Ýt tæn hao. - Më réng chuyÓn m¹ch ®a cùc. - KÝch th−íc nhá, träng l−îng nhÑ, c«ng suÊt tiªu thô Ýt. - TiÕt kiÖm trong s¶n xuÊt. - §é l¨p l¹i cao. D Nh−îc ®iÓm: CÇn ®Çu t− ®æi míi c«ng nghÖ cao tèn kÐm. 1.2.2 Ph−¬ng thøc truyÒn sãng (mode) trong linh kiÖn dÉn sãng bản ph¼ng (lý thuyÕt quang sãng) -Mode quang häc lµ c¸ch thøc ph©n bè theo kh«ng gian cña n¨ng l−îng quang trong mét hay nhiÒu chiÒu to¹ ®é. -VÒ to¸n häc mode lµ ®iÖn tr−êng thoả m·n ph−¬ng trình sãng Maxwell víi những ®iÒu kiÖn biªn nhÊt ®Þnh -Linh kiÖn dÉn sãng b¶n ph¼ng lµ linh kiÖn dÉn sãng gồm ba líp cã ba vïng chiÕt suÊt kh¸c nhau: +Líp mét vµ ba lµ nöa v« h¹n theo trôc x, +Líp hai cã bÒ dµy giíi h¹n theo trôc x lµ dg, M« hình linh kiÖn dÉn sãng +Ba líp ®Òu v« h¹n theo hai bản ph¼ng trôc y vµ z. Ph−¬ng trình sãng Maxwell GG G 2G G n ( r ) ∂ ε ( r, t ) 2 G ∇ ε ( r, t ) = 2 2 2 2 ; n ( r ) = με 1 c ∂t Tr−êng hîp sãng ®¬n s¾c G G G G iωt ε ( r, t ) = ε ( r ) e 2 2G G 2 G G G ∇ ε(r) + k ⋅ n (r)⋅ε(r) = 0 2 3 Giả sö sãng lan truyÒn theo trôc z GG G G ε ( r ) = ε ( x, y, z ) = ε ( x, y ) exp ( −iβz ) 4 Trong ®ã β lµ hÖ sè lan truyÒn G 2G ∂ ε ( x, y ) ∂ ε ( x, y ) ⎡ 2 2 G 2⎤G 2 2 + 2 + ⎢ k n ( r ) − β ⎥ ε ( x, y ) = 0 5 ∂x ∂y ⎣ ⎦ Linh kiÖn dÉn sãng ®−îc giả thiÕt v« h¹n theo y 2 ∂ ε ( x, y ) ⎛ 2 2 2 ⎞ 2 + ⎜ k n1 − β ⎟ ε ( x, y ) = 0 ∂x ⎝ ⎠ vïng 1 6 2 ∂ ε ( x, y ) ⎛ 2 2 2 ⎞ 2 + ⎜ k n 2 − β ⎟ ε ( x, y ) = 0 ∂x ⎝ ⎠ vïng 2 7 2 ∂ ε ( x, y ) ⎛ 2 2 2 ⎞ 2 + ⎜ k n 2 − β ⎟ ε ( x, y ) = 0 vïng 3 8 ∂x ⎝ ⎠ Tr−êng hîp sãng ®iÖn ngang (TE) lµ sãng ph¼ng truyÒn theo trôc G z: εx vµ εz b»ng kh«ng, nghÜa lµ ε ( x, y ) = ε y ( x, y ) sãng ph©n cùc theo trôc y. ε y kh«ng phô thuéc vµo y vµ z, vì theo c¸c trôc ®ã c¸c líp vËt liÖu lµ v« h¹n nªn kh«ng cã sù phản x¹, kh«ng t¹o thµnh sãng ®øng Trong ba vïng trªn ta cã lêi giải ⎧A exp −qx ⎪ ( ) 0≤x≤∞ ε y ( x ) = ⎪⎨B cos ( hx ) + C sin ( hx ) 9 −d g ≤ x ≤ 0 ⎪ ( ) ⎪⎩D exp ⎡⎣ p x + d g ⎤⎦ −∞ ≤ x ≤ −d g C¸c h»ng sè A, B, C vµ D cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh tõ c¸c ®iÒu kiÖn liªn tôc cña ∂ε y vµ cña ε y t¹i x = 0 vµ x = -dg, ∂x ⎧ ' ⎪c exp ( −qx ) ⎪ ' ε y ( x ) = ⎨c ⎡⎣cos ( hx ) − ( q / h ) sin ( hx )⎤⎦ 10 ⎪ ' ( ) ( ⎪c ⎡ cos hd g + ( q / h ) sin hd g ⎤ ⎩ ⎣ ) ⎦ ( ) exp ⎡⎣ p x + d g ⎤⎦ ĐÓ x¸c ®Þnh q, h vµ p chóng ta thay εy vµo ph−¬ng trình sãng ( q = β −n k 2 2 1 ) 2 1/ 2 11 ( h= k n −β 2 2 2 ) 2 1/ 2 12 p = (β ) 1/ 2 2 −n k 2 3 ...