CÁCH TỬ BRAGG SỌI QUANG chương 2

Khái niệm độ nhạy trong sợi quang được đưa ra đầu tiên bởi Hill. Độ nhạy trong sợi quang được định nghĩa như là một tính chất của vật liệu dẫn quang được thể hiện ở khả năng lưu giữ quá trình điều biến
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CÁCH TỬ BRAGG SỌI QUANG chương 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANGĐỀ TÀI: CÁCH TỬ BRAGG SỌI QUANG CHƯƠNG 2 CHẾ TẠO FBG2.1 Độ nhạy trong sợi quang Khái niệm độ nhạy trong sợi quang được đưa ra đầu tiên bởi Hill. Độ nhạytrong sợi quang được định nghĩa như là một tính chất của vật liệu dẫn quang đượcthể hiện ở khả năng lưu giữ quá trình điều biến vi sai nhằm phân bố cường độ phátxạ quang theo ý muốn. Tính chất này được ứng dụng nhiều trong chế tạo các thiếtbị quang, chẳng hạn như cách tử. Cách tử chiết suất khúc xạ là một thiết bị quangcó nhiệm vụ điều biến tín hiệu theo chu k ì hoặc pha của sóng tới. Việc chế tạo cáccách tử dạng này thường dùng các vật liệu có tính chất nhạy cảm ánh sáng, chẳnghạn như Li, Ga-As, Ba-Ti, … Để mô tả độ nhạy ánh sáng trong sợi quang, chẳng hạn sợ i Ge, người ta đưara một số mô hình. Những mô hình này dựa vào sự thay đổi đỉnh hấp thụ của vậtliệu và mối quan hệ Kramer-Kronig để phân tích sự biến thiên của chiết suất khúcxạ.2. 1. 1 Mô hình trung tâm màu Cơ chế tạo ra độ nhạy trong sợi quang là dựa trên sự ảnh hưởng của sự thayđổi chiết suất khúc xạ vào sự phát xạ ánh sáng của cấu trúc GeO không hoàn hảovà đỉnh hấp thụ vật liệu tại bước sóng 252nm. Cấu trúc không hoàn hảo này đượcgọi là mô hình trung tâm màu. Cấu trúc này được tạo ra do quá trình ion hoá cóphát xạ. Hình 2. 1 minh hoạ quá trình tạo trung tâm màu Ge. Trung tâm màu đượctạo ra do sự phá vỡ liên kết Ge-Ge/Si giải phóng 1e tự do. Quá trình này cộng vớiquá trình chiếu xạ bằng tia cực tím sẽ tạo ra đỉnh hấp thụ mới ở bước sóng 195,213 và 281nm. Quá trình này là liên tục do tính chất cấu trúc của vật liệu SiO2. Theo mô hình này, người ta chứng minh được rằng chiết suất khúc xạ tạimột điểm chỉ phụ thuộc vào mật độ và véc tơ định hướng của các ion được tạo rado phá vỡ liên kết. Nó được thể hiện bằng phổ hấp thụ electron của các ion này. Cóthể nhận thấy rằng băng hấp thụ này tương ứng với trung tâm GeE’. Dùng biểuthức Kramer-Kronig người ta có thể đánh giá được sự thay đổi của băng hấp thụnày. Hình 2. 1. Cơ chế độ nhạy trong mô hình trung tâm màu2. 1. 2 Mô hình thay đổi mật độ Mô hình thay đổi mật độ dựa vào tính chất mật độ phụ thuộc vào quá trìnhion hoá phát xạ của GeO. Sự ion hoá này chính là sự bẻ gãy các vòng ring nhỏ (2hoặc 3 phần tử) trong cấu trúc vật liệu sợi. Người ta chứng minh được rằng mốiquan hệ giữa độ thay đổi mật độ và chỉ số chiết suất khúc xạ là xấp xỉ tuyến tính. Mặc dù mô hình thay đổi mật độ được đưa ra năm 1991, nhưng mãi đến năm1998 người ta mới xác nhận các kết quả này bằng cách dùng kính hiển vi điện tử.Tuy nhiên các kết quả đưa ra vẫn chưa đầy đủ. Lý thuyết về mô hình này hiện nayđang tiếp tục được nghiên cứu. Ngoài các mô hình chúng ta đã nêu ở trên còn có một số mô hình mà chúngta không nêu ra ở đây, chẳng hạn như mô hình dịch chuyển electron, … Việc ứngdụng các mô hình này vào quá trình chế tạo cách tử chính là việc sử dụng các tínhchất làm tăng độ nhạy.2. 2 Các phương pháp tăng độ nhạy Để tăng hiệu quả của cách tử, độ nhạy của cách tử phải đạt được giá trị phùhợp, vì vậy yêu cầu tăng độ nhạy. Phần này trình bày tóm tắt các phương pháp tăngđộ nhạy đáp ứng của sợi quang. Các phương pháp được sử dụng bao gồm: Xử líbằng Hydro, xử lí bằng nhiệt và xử lí bằng cơ học.2. 2. 1 Xử lí bằng Hydro Khi dịch chuyển sợi quang trong môi trường Hydro áp suất cao tại nhiệt độphòng, các phân tử Hydro sẽ khuếch tán vào trong sợi. Các phân tử này sẽ phá vỡliên kết Si-O-Ge tạo ra Si-OH và GeO cực tính âm như hình 2. 2. Hình 2. 2. Phản ứng phá vỡ cấu trúc Si-O-Ge do nhiệt Cấu trúc Si-OH có đỉnh hấp thụ tại bước song 1390nm nằm trong vùng phổsử dụng. Tuy nhiên điều này không ảnh hưởng nhiều vì thực tế mật độ -OH trongsợi nhỏ hơn nhiều mật độ GeO2 (lượng –OH chỉ chiếm 1-2%). Ngoài ra có thể khắcphục hiện tượng này bằng cách thay chất tải H2 (Hydro) bởi D2 (Đơtơri) vì khi đóphổ của đỉnh hấp thụ nằm ngoài cửa sổ phổ sử dụng. Sự thay đổi chiết suất khúc xạở mức cao, n  6.10 3 , có tác dụng làm tăng độ nhạy khi có tác dụng của tia cực tím.2. 2. 2. Xử lí bằng nhiệt Chổi nhiệt là phương pháp đơn giản trong việc dùng ảnh hưởng của nhiệt đểlàm thay đổi chiết suất khúc xạ. Vùng sợi quang cần làm tăng độ nhạy được quétbằng nguồn nhiệt tạo thành từ oxi và hydro giàu với nhiệt độ khoảng 1700oC trongvòng 20 phút. Ở nhiệt độ này hydro khuếch tán vào lõi sợi rất nhanh và tạo phảnứng bẻ gãy cấu trúc GeO. Quá trình này tạo ra đỉnh hấp thụ ở bước sóng 250nmtrong lõi sợi và làm tăng độ nhạy. Khi đó tia cực tím sẽ có ảnh hưởng lớn đến sựthay đổi chỉ số chiết suất khúc xạ. Phương pháp này có thể làm tăng độ nhạy với hệsố lớn hơn 10. Phương pháp tăng độ nhạy bằng nhiệt có rất nhiều ưu điểm. Rõ ràng nhất làđộ nhạy ...