Luận Văn Tán xạ Raman kích thích

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC​

Mục lục
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3
MỞ ĐẦU i
CHƯƠNG 1: TÁN XẠ RAMAN 1
1.1Tổng quan về tán xạ Raman 1
1.1.1Ánh sáng 1
1.1.2Tương tác của ánh sáng và môi trường 1
1.1.3Sợi quang 2
1.1.4Quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang 4
1.1.5Tính chất phi tuyến của sợi quang 7
1.1.6Tán xạ ánh sáng 9
1.1.7Tán xạ Raman 10
1.2Đặc tính của tán xạ Raman kích thích 12
1.2.1Phổ khuếch đại Raman 12
1.2.2Ngưỡng Raman 14
1.2.3Ảnh hưởng của các chất phụ gia trong sợi thuỷ tinh 17
1.2.4Ảnh hưởng của phân cực ánh sáng 18
1.3Ảnh hưởng của tán xạ Raman kích thích trong thông tin quang 19
1.3.1Ảnh hưởng của SRS đối với hệ thống đơn kênh 19
1.3.2Ảnh hưởng của SRS trong hệ thống WDM 24
1.4Thí nghiệm tán xạ Raman kích thích 28
1.4.1Thí nghiệm đo hệ số khuyếch đại Raman 28
1.4.2Thí nghiệm đo ngưỡng Raman 31
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU QUANG 33
2.1Sự cần thiết phải khuyếch đại quang 33
2.2Những khái niệm cơ bản về khuyếch đại quang. 34
2.2.1Phổ khuyếch đại và băng tần bộ khuyếch đại 34
2.2.2Nhiễu trong bộ khuyếch đại quang. 36
2.2.3Các ứng dụng khuyếch đại 38
2.3Bộ khuyếch đại quang Raman 39
2.3.1Nguyên lý bơm 39
2.3.2Hệ số khuyếch đại và băng tần của bộ khuyếch đại Raman 41
2.3.3Tăng ích quang Raman 42
2.3.4Hiệu năng khuyếch đại 45
2.3.5Nhiễu trong các bộ khuyếch đại Raman 49
2.3.6Khuyếch đại Raman phân bố DRA (Distributed Raman Amplifier) 51
2.3.7Khuyếch đại Raman tập trung LRA (Lumped Raman Amplifier) 53
2.3.8Bộ khuyếch đại quang lai ghép Raman/EDFA 56
2.4Ứng dụng bộ khuyếch đại quang Raman trong hệ thống WDM 57
CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 60
3.1Tính toán tham số 60
3.1.1Tham số “Walk-off” d 60
3.1.2Hệ số khuyếch đại Raman 60
3.2Các lưu đồ thuật toán 62
3.2.1Lưu đồ thuật toán tính hằng số lan truyền sóng 62
3.2.2Lưu đồ thuật toán tính hệ số khuyếch đại Raman 62
3.2.3Lưu đồ tính hệ số phi tuyến 63
3.2.4Lưu đồ thuật toán mô phỏng SRS 64
3.3Kết quả mô phỏng và giải thích 65
3.3.1Kết quả mô phỏng phổ khuyếch đại Raman 65
3.3.2Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của SRS 66
3.3.3 Đặc tuyến công suất 70
KẾT LUẬN 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73
CHƯƠNG 4: PHỤ LỤC A. Phương pháp biến đổi Fourier rời rạc 74
PHỤ LỤC B. Chương trình mô phỏng 76

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.