henry_d_880
New Member
Download miễn phí Đồ án Ứng dụng tán xạ raman kích thích khuyếch đại tín hiệu quang
Mục lục THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦUi
CHƯƠNG 1: TÁN XẠ RAMAN1
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 . 23
1.4Thí nghiệm tán xạ Raman kích thích. 27
1.4.1Thí nghiệm đo hệ số khuyếch đại Raman. 27
1.4.2Thí nghiệm đo ngưỡng Raman. 30
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU QUANG32
2.1Sự cần thiết phải khuyếch đại quang. 32
2.2Những khái niệm cơ bản về khuyếch đại quang.33
2.2.1Phổ khuyếch đại và băng tần bộ khuyếch đại33
2.2.2Nhiễu trong bộ khuyếch đại quang.35
2.2.3Các ứng dụng khuyếch đại37
2.3Bộ khuyếch đại quang Raman. 38
2.3.1Nguyên lý bơm38
2.3.2Hệ số khuyếch đại và băng tần của bộ khuyếch đại Raman. 40
2.3.3Tăng ích quang Raman. 41
2.3.4Hiệu năng khuyếch đại44
2.3.5Nhiễu trong các bộ khuyếch đại Raman. 47
2.3.6Khuyếch đại Raman phân bố DRA (Distributed Raman Amplifier). 49
2.3.7Khuyếch đại Raman tập trung LRA (Lumped Raman Amplifier). 52
2.3.8Bộ khuyếch đại quang lai ghép Raman/EDFA55
2.4Ứng dụng bộ khuyếch đại quang Raman trong hệ thống WDM . 55
CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG58
3.1Tính toán tham số. 58
3.1.1Tham số “Walk-off” d. 58
3.1.2Hệ số khuyếch đại Raman. 58
3.2Các lưu đồ thuật toán. 60
3.2.1Lưu đồ thuật toán tính hằng số lan truyền sóng . 60
3.2.2Lưu đồ thuật toán tính hệ số khuyếch đại Raman. 60
3.2.3Lưu đồ tính hệ số phi tuyến
3.2.4Lưu đồ thuật toán mô phỏng SRS. 62
3.3Kết quả mô phỏng và giải thích. 63
3.3.1Kết quả mô phỏng phổ khuyếch đại Raman. 63
3.3.2Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của SRS. 64
3.3.3Đặc tuyến công suất68
KẾT LUẬN69
TÀI LIỆU THAM KHẢO70
PHỤ LỤC A. Phương pháp biến đổi Fourier rời rạc. 71
PHỤ LỤC B. Chương trình mô phỏng
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 Thank thầy giáo, ThS. Nguyễn Đức Nhân đã nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.
Em xin Thank 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 Thank 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
CHƯƠNG 1: TÁN XẠ RAMAN
1.1 Tổng quan về tán xạ Raman
1.1.1 Ánh sáng
Ánh sáng có tính lưỡng tính sóng hạt. Tính chất sóng của ánh sáng được quan sát thấy qua các hiện tượng giao thoa, tán sắc. Ánh sáng có bản chất sóng điện từ. Các mode trường điện từ là tập các nghiệm của phương trình sóng. Tính chất hạt của ánh sáng được thể hiện qua khả năng đâm xuyên, hiện tượng quang điện, tác dụng ion hoá. 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.
1.1.2 Tương tác của ánh sáng và môi trường
Một chùm sáng đi từ chân không vào môi trường bị phản xạ một phần ở mặt ngăn cách. Phần khúc xạ vào môi trường lại bị tán sắc, bị môi trường hấp thụ và bị tán xạ một phần về mọi phía.
Theo Lorentx ta thừa nhận những giả thiết cơ bản sau đây:
Phân tử của mọi chất được tạo thành từ ion và electron. Electron có khối lượng m và mang điện tích nguyên tố C và được coi như điện tích điểm.
Bên trong vật dẫn, electron chuyển động hoàn toàn tự do. Chuyển động có hướng của electron trong vật dẫn dưới ảnh hưởng của điện trường tạo nên dòng điện dẫn.
Trong điện môi, electron không thể chuyển động tự do. Nhưng cũng không liên hệ cố kết với ion, mà có thể dịch chuyển một chút dưới tác dụng của những lực bên ngoài. Ion mang điện tích âm hay dương cũng có thể dịch chuyển dưới tác dụng của điện trường. Nhưng ion có khối lượng lớn hơn electron nhiều nên di chuyển chậm. Trong điện trường biến đổi nhanh của sóng ánh sáng trong miền thấy được, ion hầu như không kịp dịch chuyển. Chỉ khi nào khảo sát trong miền hồng ngoại ta mới cần kể đến ảnh hưởng của ion.
Những electron có khả năng dao động cưỡng bức với tần số của sóng điện từ trong vùng quang học gọi là electron quang học. Chúng là các electron lớp ngoài.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Mục lục THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦUi
CHƯƠNG 1: TÁN XẠ RAMAN1
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 . 23
1.4Thí nghiệm tán xạ Raman kích thích. 27
1.4.1Thí nghiệm đo hệ số khuyếch đại Raman. 27
1.4.2Thí nghiệm đo ngưỡng Raman. 30
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU QUANG32
2.1Sự cần thiết phải khuyếch đại quang. 32
2.2Những khái niệm cơ bản về khuyếch đại quang.33
2.2.1Phổ khuyếch đại và băng tần bộ khuyếch đại33
2.2.2Nhiễu trong bộ khuyếch đại quang.35
2.2.3Các ứng dụng khuyếch đại37
2.3Bộ khuyếch đại quang Raman. 38
2.3.1Nguyên lý bơm38
2.3.2Hệ số khuyếch đại và băng tần của bộ khuyếch đại Raman. 40
2.3.3Tăng ích quang Raman. 41
2.3.4Hiệu năng khuyếch đại44
2.3.5Nhiễu trong các bộ khuyếch đại Raman. 47
2.3.6Khuyếch đại Raman phân bố DRA (Distributed Raman Amplifier). 49
2.3.7Khuyếch đại Raman tập trung LRA (Lumped Raman Amplifier). 52
2.3.8Bộ khuyếch đại quang lai ghép Raman/EDFA55
2.4Ứng dụng bộ khuyếch đại quang Raman trong hệ thống WDM . 55
CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG58
3.1Tính toán tham số. 58
3.1.1Tham số “Walk-off” d. 58
3.1.2Hệ số khuyếch đại Raman. 58
3.2Các lưu đồ thuật toán. 60
3.2.1Lưu đồ thuật toán tính hằng số lan truyền sóng . 60
3.2.2Lưu đồ thuật toán tính hệ số khuyếch đại Raman. 60
3.2.3Lưu đồ tính hệ số phi tuyến
3.2.4Lưu đồ thuật toán mô phỏng SRS. 62
3.3Kết quả mô phỏng và giải thích. 63
3.3.1Kết quả mô phỏng phổ khuyếch đại Raman. 63
3.3.2Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của SRS. 64
3.3.3Đặc tuyến công suất68
KẾT LUẬN69
TÀI LIỆU THAM KHẢO70
PHỤ LỤC A. Phương pháp biến đổi Fourier rời rạc. 71
PHỤ LỤC B. Chương trình mô phỏng
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 Thank thầy giáo, ThS. Nguyễn Đức Nhân đã nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.
Em xin Thank 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 Thank 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
CHƯƠNG 1: TÁN XẠ RAMAN
1.1 Tổng quan về tán xạ Raman
1.1.1 Ánh sáng
Ánh sáng có tính lưỡng tính sóng hạt. Tính chất sóng của ánh sáng được quan sát thấy qua các hiện tượng giao thoa, tán sắc. Ánh sáng có bản chất sóng điện từ. Các mode trường điện từ là tập các nghiệm của phương trình sóng. Tính chất hạt của ánh sáng được thể hiện qua khả năng đâm xuyên, hiện tượng quang điện, tác dụng ion hoá. 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.
1.1.2 Tương tác của ánh sáng và môi trường
Một chùm sáng đi từ chân không vào môi trường bị phản xạ một phần ở mặt ngăn cách. Phần khúc xạ vào môi trường lại bị tán sắc, bị môi trường hấp thụ và bị tán xạ một phần về mọi phía.
Theo Lorentx ta thừa nhận những giả thiết cơ bản sau đây:
Phân tử của mọi chất được tạo thành từ ion và electron. Electron có khối lượng m và mang điện tích nguyên tố C và được coi như điện tích điểm.
Bên trong vật dẫn, electron chuyển động hoàn toàn tự do. Chuyển động có hướng của electron trong vật dẫn dưới ảnh hưởng của điện trường tạo nên dòng điện dẫn.
Trong điện môi, electron không thể chuyển động tự do. Nhưng cũng không liên hệ cố kết với ion, mà có thể dịch chuyển một chút dưới tác dụng của những lực bên ngoài. Ion mang điện tích âm hay dương cũng có thể dịch chuyển dưới tác dụng của điện trường. Nhưng ion có khối lượng lớn hơn electron nhiều nên di chuyển chậm. Trong điện trường biến đổi nhanh của sóng ánh sáng trong miền thấy được, ion hầu như không kịp dịch chuyển. Chỉ khi nào khảo sát trong miền hồng ngoại ta mới cần kể đến ảnh hưởng của ion.
Những electron có khả năng dao động cưỡng bức với tần số của sóng điện từ trong vùng quang học gọi là electron quang học. Chúng là các electron lớp ngoài.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí