ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN.
• • • *
Đ ề tài:
ẢNH HƯỞNG CỦA CHIRP TẦN SỐ ĐỚI VỚI s ự TRƯYÊN
CỦA XUNG cực NGẮN TRONG HỆ THỐNG TIN SOLITON
MÃ SỚ: QT - 09 - 16
Chủ trì đề tài: PGS.TS. TRỊNH ĐÌNH CHIÉN
Hà Nội: 2010
ĐẠI HỌC QƯÓC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN.
• • • •
ĐỀ tài:
ẢNH HƯỞNG CỦA CHIRP TẦN s ộ ĐỚI VỚI s ự TRUYỀN
CỦA XUNG cưc NGẮN TRONG HÊ THỐNG TIN SOLITON
• •
MÃ SỐ: QT-09- 16
Chủ trí đề tài: PGS.TS. TRỊNH ĐÌNH CHIÉN
Cán bộ tham gia: Th.s. GIANG MẠNH KHÔI
Th.s. ĐỘ THỊ DIẸU HƯYÈN
Th.s. BÙI XUÂN KIÊN
T h.s PHẠM ĐÒNG BẰNG
T h.s MAI THỊ HUỆ
T h.s TRƯƠNG THỊ THUÝ
Hà Nội: 2010
MỤC LỤC
trang
Báo cáo tóm tắt 1
Brief report 3
I. Mở đầu 5
II. Quá trình tạo chirp và bù trừ chừp 6

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của chiip tân SC với các vang sáng có bươc sóng khác
nhau trong buồng cộng hướng của Laser
- Nghiên cứu ảnh hưởng cùa chirp đối với sự nén xung và mở rộng xung cực
ngắn trong thông tin quang.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của thông so chirp đối VỚỊ dạng xung truyền.
+ Các công trình đã công bố:
- Hai bài đăng trong "Advances in optics, photonics, Spectroscopy and
Application ('Proceeding'? 5U National Conference On Optics ana Spectroscopy; M'ha
Trang, September 10 - 14 - 2008"
- Ảnh hưởng cùa chirp tan so với các xung sáng có bước sóng khác nhau trong
buồng cộng hưởng cùa Laser màu đông bộ mode.
Mai Thị Huệ, Trịnh Đình Chiến, Giang Mạnh Khôi.
1
- "Tương tác Soliton và ảnh hưởng của chirp phi tuyến trong hệ thống thông tin
Một bài đăng trong tạp chí khoa học toán lý, VNU: No. 15 (2008).
"Consideration for the efficiency - of Erbium - glass Laser with active medium is
ytterbium - erbium CO - doped phosphate glass"
Khôi Giang Mạnh, Chiến Trịnh Dinh
2. Bài gửi đăng tạp chí khoa học Toán lý, Đại học Vinh và tạp chí vật lý
Communications in physics
"Condition for stabilization of Light pulses in the passively Mode Locked Lasers".
Trần Mạnh Hùng, Trịnh Đình chiến, Đinh Xuân Khoa.
"Ảnh hưởng của chirp tần số đối với xung sáng dạng Super Gauss trong thông tin
quang sợi". Bùi Xuân Kiên, Trương Thị Thuý, Trịnh Eiình Chiến
+ Kết quả đào tạo:
- 5 khoá luận tốt nghiệp của sinh viên bậc cử nhân.
- 3 luận văn Thạc sĩ đã bảo vệ (12/2009);
- 2 nghiên cứu sinh.
3. Tình hình sử dụng kinh phí:
+ Tổng kinh phí được cấp : 25.000.000đ

- Limitations on the bit rate in the optical communication systems.
- Influence of chirp parameter on the input pulse shape.
2. Main results.
- Collecting the experimental and theoretical material on influence of frequency
chirp in optical communication systems.
- Consideration for influence of frequency chirp on the differential wavelengths
in the resonator
- Consideration for influence of chirp - parmenter on the compression and
broadening of the ultrashort optical pulses in the frequency optical fibre
- Consideration for influence of chirp parameter on the - pulses - shape
* Result in education.
- 5 B.Sc.Students.
- 3 Master - thesis + Supperting 1 M r.sc.student.
- Supperting 2 Ph.D.Students.
3
* Publication:
Proceedings 5th National Coference on Optics and Spectroscopy Nha Trang,
September 10 - 14, 2008
"Advances in Optics, Photonics, Spectroscopy and Applification
- Ánh hưởng của của tần số với các xung sáng có bước sóng khác nhau trong
buồng cộng hưởng của Laser máu đồng bộ mode".
Mai Thị Huệ, Trịnh Đình Chiến, Giang Mạnh Khôi.
- Tương tác Soliton và ảnh hưởng cùa chirp phi tuyến trong hệ thống thông tin
quang.
Giang Mạnh Khôi, Trịnh Đình Chiến, Đỗ Thị Diệu Huyền.
1 bài đăng trong VNU Journal of Science Mathematics - Physics: Volume 24, No
IS, (2008) 205 -208
"Consideration for the efficiency of Erbium - glass laser with active medium is
ytterbium - erbium CO - dope phosphate glass".
Khôi Giang Mạnh, Chiến Trinh Dinh.

phí thấp (< 20dB/km) trong vùng sóng gần 1 |im.
Cũng trong thời gian này, Laser bán dẫn GaAs hoạt động liên tục ở nhiệt độ phòng đã
thực hiện được []. Do vậy, với sự sẵn có đồng thời của nguồn sáng Laser ưu việt và sợi
quang hao phí thấp đã dẫn tới những cố gắng rộng rãi trên thế giới để phát triển hệ
thống thông tin quang sợi.
Từ thập niên 1990 đến nay, thông tin quang kết hợp với sự phát triển của mạng Internet
do sự phổ cập của may tính cá nhân. Hiện nay, sợi quang học đã có ảnh hirờr-g rấi sâu
rộng với kỷ nguyên Internet mà điển hình là sừ dụng những đường truyền cáp quang
băng thông rộng mà người ta có thể truyền các file vă bản hay hình ảng, tiếng nói, dữ
liệu

xem truyền hình kỹ thuật sổ độ nét cao ở mọi nơi trên thế giới chì trong
khoảng khắc gần như tức thời.
5
Trong thập niên 1980 và 1990 người ta cũng đã tạo được những Laser xung có thời gian
xung rât ngăn cỡ pico giây (10'l2s) và femto giây (10'15s) bằng việu sử dụng kỹ thuật
khoá mode (mode locking) kết hợp với phương pháp nén xung trong và ngoài buồng
cộng hường của Laser.
Trong thập niên đầu tiên của thế kỳ 21, thông tin quang đã đạt được nhiều thành công
rực rỡ, đưa tới sự bùng nổ thông tin trên khắp toàn cầu. Dung lượng truyền thông tin
không ngừng tăng lên nhanh chóng và đạt tới tích B.L~ 1013 + 1015
(b/s X km)
Đê tăng được dung lượng đường tuyên, người ta phải sử dụng những xung laser cực
ngắn (ps,fs). Để hiểu rõ thêm về các quá trình biến đổi của xung sáng trên đường truyền
thì việc khảo sái ảnh hưởng cùa chirp tần số là có ý nghĩa rất quan trọng
II. Quá trình tạo chirp và bù trừ chirp
Trong trường hợp độ rộng xung sáng nhỏ hơn tần số trung tâm của xung thì khái
niệm bao hình xung và tần số mang, cường độ điện trường được biểu diễn:
E(t) = -Ẽ(t)e'“L' +CC
■ E(t)= A(t]e'°^ là bao hình dạng phức. A(t), O(t) là biên độ và pha tức thời của

~
/
f *
1 + iC t
2
T
V 0 /
( 1)
Ở đó Ao là biên độ đỉnh xung. Tham số To là nửa độ rộng tại điểm có cường độ
bằng 1/e cường độ đình xung, tham số c thể hiện chirp tần số tuyến tính của xung
Biến đổi Fourier từ biểu thức (1):
J(0,ứ)) = Ac
2
*roJ '
1 + /C
exp
<o2T,2
2(1+ /C)
(2)
Khi đó ta sẽ có:
A(z,a>) = A0
2 nTỈ **
ì + iC
exp
Ũ)2T}
-p '\ù )ìz
2 ° 2(1 + iC)
(3)
Biến đổi Fourier ngược hàm A(z,co) ta thu được nghiệm cùa phương trình (9) như sau:
( AữTữ (1+ /C)/2 , .

-
í 'N
2 m
1 + ic
T
2
T
\ 1ữj
(6)
ứ đây m chi độ dôc của cạnh xung. Khi m = 1 ta có trường hợp xung Gauss bị
chirp. Với các trường hợp m lớn hon, xung có dạng vuông hơn với đỉnh nhọn hơn
từ sườn trước ra sườn sau. Neu tăng thời gian Tr được xác định là khoảng thời
gian mà cường độ tăng từ 10 tới 90% giá trị đỉnh của nó. Khi đó có hệ thức liên
7 > ( l n 9 ) £ . £
2 m m
(7)
Như vậy tham số nì có thể đuợc xác định từ phép đo của Tr và T0.
Đối với các xung có dạng phức tạp hơn thì độ rộng của nó được miêu tả
chính xác hơn bằng căn quân phương ( RSM) độ rộng ơ được xác định:
8
Trong đó:
\T p\U{z,TfdT
{Tp)m=\ — 1
____
J ơ (z ,7 frfr
— ao
(9)
Trong thực tế, xung Super Gauss bị thu hẹp khi P2C < 0. Tính toán hệ sổ mờ
rộng thu được kết quả:
ơ

khi khoảng cách tăng dần.
10
Với cùng một khoảng cách, tăng giá trị của tham số chirp c thì cường độ
và độ rộng xung đều giảm dần
C uo n g d o xu n g voi c a c k h o a n g c a c h k h a c n hau (
c
= 2. m = 2)
Hình 4: Xung Super Gauss khi có upchirp với khoảng cách khác nhau
Với cùng một khoảng cách và cùng giá trị của tham số chirp c, tăng giá trị của
thông số m thì cường độ xung không thay đổi, nhưng độ rộng xung tăng lên.
Trường hợp xung có chirp với m = 1 thì cường độ xung vẫn giảm dần khi
khoảng cách tăng, đồng thời xung cũng bị mở rộng dần theo khoảng cách. Đỉnh
xung nhọn.
N hận xét: Khảo sát cường độ xung với các khoảng cách khác nhau ta thấy:
Khi khoảng cách tăng thì cường độ xung giảm dần, đồng thời xung mờ
rộng dần.
Với cùng một khoảng cách, tăng giá trị của tham so chirp c thì cường độ
và độ rộng xung đều giảm dân.
Với cùng một khoảng cách và cùng giá trị của tham số chirp c , tăng giá trị
của thông số m thì cường độ xung không thay đổi, nhung độ rộng xung tăng lên.
Thông sổ m có tác dụng làm xung mở rộng.
11
4.2.3. Sự phụ thuộc của cường độ đỉnh xung, độ rộng thời gian xung theo
tham số chirp c
D a n g x u n g q u a s o i q u a n g c = 2; m = 2; Z / LD = 0 4
T ho i gia n tuo n g d oi
Hình 5: Dạng xung Super Gauss có chirp tuyến tính truyền qua sợi quang
( c = 2, m = 2, z/ Ld = 0.4 )
Dang xung qua soi quang c = 10; m = 2; Z/LD = 0.4
Hìnk 6: Dạng xuny Super Gauss có chirp tuyến tính truyền qua sợi quang

I
18
2 -
D a n g x u n g q u a s oi q u a n g c = -2, m = 2, z / L D = o A
lra/l\>Qo = 1 .61 8
X un g V0 O
Xjung ra
Hình 9: Dạng xung Super Gauss có downchirp tuyển tinh truyền qua sợi quang (
c = - 2, m = 2, z/ Ld = 0.4)
Khảo sát với tương tự với các trường hợp tham số chirp khác nhau, sau đó
sử dụng phần mềm Matlab để tính toán ta thu được bảng kết quả sau:
Upchirp
c
I ra/vào
Tra/vào
Downchirp
c
I ra/vào Tra/vào
0
0.89527 1.0505
2
0.53587
1.2596 -2 1.618 0.7382
5
0.32896
1.38894 -5 0.57613 0.93897
10
0.19913
1.5452
-10 0,2590 1.3104

3
4
5
Tì sô cường độ
0.53587
0.53587
0.53587
0.53587
0.53587
Tỉ sô nửa độ rộng
1.5865
1.2596 1.1663
1.1223
1.0967
15
Bảng 2: Sự biến dổi cường độ và nửa độ rộng xung khi cỏ chirp với các thông
sổ m khác nhau ( c = 2, z/Ld = 0,4 )
Với trường hợp upchirp nếu tăng giá trị của m thì cường độ không thay đổi
nhưng tỉ sô nửa độ rộng xung giảm dần tức là xung bị nén lại.
8
Thoi gian tuong doi
Hình 12: Dạng xung Super Gauss có upchirp tuyến tính truyền qua sợi quang ( c
= 5, m = 2, z/ Ld = 1 )
D a n g x u n g q u a s o i q u a ng
c
= 5; m = 2; Z/L D = 2
1
- * lra/i\*ao = 0 0891
e s
* T ra/ T vao = 1 9 61 6

1.3894
1.6754 1.8352
1.9616
2.1592
Bảng 3: Sự biến dổi cường độ và nửa độ rộng xung khi có chirp với các
khoảng cách truyền khác nhau ( C = 5, m=2)
Trong trường hợp với cùng giá trị tham số chirp c và thông số m không
thay đổi ta thấy khi khoảng cách z/Ld tăng dần thì cường độ đỉnh xung ẹiảm dần
đồng thời tỉ số nửa độ rộng xung tăng dần. Tức là xung càng mở rộng.
Nhận x é t : Khi xung truyền qua sợi quang với cùng giá trị của tham số m và cùng
quãng đường truyền nhưng tăng giá trị của tham so chirp c thì tỉ số cường độ
giảm dần đồng thời tỉ số nửa độ rộng xung tăng dần.
Khi có chirp tốc độ giảm cường độ đỉnh xung nhanh hơn, đồng thời tốc
độ mở rộng xung cũng nhanh hơn khi không có chirp. Như vậy tham so chirp có
vai trò làm mở rộng xung khi truyền qua sợi quang. Còn thông số m lại có tác
dụng làm xung bị nén lại.
Trong trường hợp với cùng giá trị tham so chirp c và thông sổ m không
thay đổi ta thấy khi khoảng cách iR-d tăng dần thì cường độ đỉnh xung giảm dần
đồng thời tỉ số nửa độ rộng xung tăng dần. Càng tăng khoảng cách truyền thì
xung càng mở rộng.
17
4.2.4. Anh hưởng của tham số chirp đối với sự nén và dãn xung Super Gauss
Anh huong cu a tham so Chirp WDÌ nen, dan xung super Gau s s voi c=0
«p
"s.
to
I
I
ị.
I

Bảng 4: Các giả trị cực tiểu của hệ sổ mở rộng với các giả trị của m ( c=-2)
Dựa vảo bảng số liệu ta thấy rằng khi giá trị của thông số m càng tăng thì
khoảng cách z/Ld càng giảm dần nhưng giá trị cực tiểu của hệ số mở rộng lại táng
dần. Như vậy với m càng tăng thì xung bị nén càng ít và sự mở rộng càng tăng.
Với m = 1 ta thấy xung bị nén nhiêu nhât.
19
khoang cach Z/LD
Hình 17: Sự nén, dãn xung Super Gauss khi có downchirp c = -4
Tính toán tương tự với trường hợp c = -2, ta thu được bảng kết quả với c = -4
như sau:
Giá trị m
m=l
m=2
m=3 m=4
m=5
Giá trị zJ\á 0,23528
0,11602 0,077344
0,04656
0,04656
Giá trị ơ/ơ0
0,24254
0,55985 0,71705
0,79415
0,83901
Bảng 5: các giả trị cực tiểu của hệ số m ở rộng với các giả trị của m khác
nhau ( c=-4)
Với c = -4 ta thấy khi m tăng thì khoảng cách vẫn giảm dần còn giá trị cực tiểu
của hệ số mở rộng tăng dần. Với cùng giá trị của m thì ta thấy với c = -4, khoảng
cách và giá trị cực tiểu của hệ số mở rộng đều nhỏ hơn. Tức là xung bị nén nhiều
hơn với cùng giá trị của m khi tham so chirp giảm.

tích cp1 > 0 thì xung bị dãn, còn Cfi2 < 0 thì xung bị nén.
Nhận xét : Qua khảo sát ảnh hưởng của tham so chirp đổi với sự nén, dãn xung
Super Gauss ta thấy cả tham số chirp c và thông số m đều đóng vai trò làm mở
21
rộng xung. Khi có upchirp thì xung bị mở rộng nhiều hơn khi không chirp. Thông
sô m càng tăng thì xung càng bị mở rộng. Khi có downchirp thì xung bị nén lại
sau đó mở rộng dân. Giá trị m càng nhỏ thì xung bị nén càng nhiều. Khi m = 1 thì
xung bị nén nhiều nhất.
Qua kêt quả tính toán được cho thấy sự nén, dãn xung phụ thuộc vào tích
cp2. Nếu tích C/?2 >0 thì xung bị dãn, ngược lại thì xung bị nén.
V. KÉT LUẬN:
Đe tài: Ảnh hưởng của chirp tần số đối với sư truyền của xung cực ngắn
trong hệ thống tin Soliton
Mã số. QT-09-16
Đã hoàn thành tố tất cả những mục tiêu và nội dung đã đề ra
+ Đã thu thập, khảo sát các tài liệu lý thuyết và thực nghiệm về ảnh hường của chirp tần
số trong thông tin quang.
+ Nghiên cứu ảnh hường của chirp tần số với các xung sáng có bước sóng khác nhau
trong buồng cộng hưởng của Laser.
+ Nghiên cứu ảnh hường của chirp đối với sự nén xung và mở rộng xung cực ngãn
trong thông tin quang Soliton
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số chirp đối với dạng xung truyền
22