ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN THÀNH CÔNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁCH TỬ QUANG SỢI
BRAGG VỚI CHU KỲ NANO TRONG KỸ THUẬT
SENSOR NHẠY NHIỆT ĐỘ VÀ VI DỊCH CHUYỂN Người hướng dẫn: PGS,TS Trần Thị Tâm Hà Nội – 2008
1
2
2.4 Các loại cách tử đặc biệt 21
2.5. Ứng dụng của cách tử quang sợi Bragg 23
2.5.1. Bộ lọc bước sóng và WDM 23
2.5.2. Thiết bị bù tán sắc 24
2.5.3. Thiết bị laser và khuyếch đại quang 24
2.5.4. Thiết bị sensor 25
CHƢƠNG 3: CÁC SENSOR DỰA TRÊN CÁCH TỬ QUANG SỢI BRAGG 26
3.1. Các loại sensor dựa trên cách tử quang sợi Bragg 26
3.1.1. Sensor đo độ căng 26
3.1.2. Sensor đo dịch chuyển 27
3.1.3. Sensor đo nhiệt độ 28
3.1.4. Sensor đo áp suất 29
3.1.5. Sensor đo gia tốc 29
3.1.6. Sensor đo sóng âm 30
3.2. Một số hướng nghiên cứu đáng quan tâm về sensor dựa trên FBG 32
3.2.1.Các phương pháp phân tích số liệu tích hợp 32
3.2.2.Các phương pháp phân tách, đo kết hợp nhiều thông số 34
3.2.3.Tích hợp FBG trong các cấu trúc và các hệ vật liệu thông minh 36
3.3. Những ưu điểm chính của sensor dựa trên cách tử FBG 37
3.3.1. Kích thước nhỏ 37
3.3.2. Khả năng đa tích hợp cao 37
3.3.3.Không bị nhiễu loạn bởi điện trường 38
3.3.4. Khả năng ứng dụng đa dạng 38
3.3.5. Lắp đặt dễ dàng và giá thành rẻ 38
3.3.6. Khả năng đo đạc ở những khoảng cách xa 38
3.3.7. Tuổi thọ cao 38
3.4. Thị trường của sensor dựa trên cách tử FBG 38
Hình 2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cách tử Bragg
Hình 2.2. Sự điều biến hệ số chiết suất của lõi sợi quang
Hình 2.3. Ảnh của vật liệu loại chế tạo từ TEOS nguyên chất
Hình 2.4: Hạt nano zieconia trong vật liệu lai ASZ
Hình 2.5. Sơ đồ khảo sát sự giao thoa giữa hai tia sáng S
1
và S
2
Hình 2.6. Sơ đồ khảo sát sự giao thoa của hai chùm tia
Hình 2.7. Chế tạo sợi quang bằng phương pháp giao thoa hai chùm tia
Hình 2.8. Quy trình chế tạo FBG bằng mặt nạ quang
Hình 2.9 . Hình ảnh một thiết bị quang khắc
Hình.2.10. Hình ảnh một hệ quang khắc
Hình 2.11. Cấu trúc của một số loại cách tử FBG
Hình 2.12. Phổ phản xạ của một số loại cách tử
Hình 2.13. Một hệ WDM có sử dụng cách tử Bragg quang sợi
Hình 3.1. Hình ảnh về sensor đo độ căng của nhóm Hideaki và cộng sự
Hình 3.2. Một số loại sensor đo sức căng trên thị trường
Hình 3.3. Sơ đồ một sensor đo dịch chuyển cỡ rộng
Hình 3.4. Cấu trúc của một loại sensor đo nhiệt độ
Hình 3.5. Cấu trúc của sensor đo áp suất
Hình 3.6. Cấu trúc của sensor đo gia tốc
Hình 3.7. Sóng âm gây nên sự biến dạng cách tử khi truyền qua
Hình 3.8 . Tín hiệu sóng âm thu nhận bởi sensor dựa trên FBG
Hình 3.9. Sơ đồ mạng 5x12 sensor được nhận biết bằng phương pháp bẫy tín hiệu
Hình 3.10. Kỹ thuật dùng phổ tán sắc
Hình 3.11. Sơ đồ mạng sensor sử dụng
phương pháp TDM/WDM
Trong những năm gần đây, vấn đề kiểm soát độ bền các công trình xây dựng và các
kiến trúc dân sinh đang ngày càng đƣợc quan tâm, đòi hỏi phải có sự theo dõi độ biến dạng
của các kết cấu theo thời gian. Thêm vào đó là sự biến động về địa chất tạo ra các vết nứt
đất ảnh hƣởng tới độ bền của các công trình xây dựng , kiến trúc dân sinh. Ít nhiều chúng đã
gây ra những thảm hoạ thiên nhiên gây thiệt hại to lớn cho con ngƣời.
Một vấn đề lớn đƣợc đặt ra là làm sao có thể ghi nhận và dự đoán trƣớc đƣợc
những sự thay đổi đó, kể cả trong các lớp địa tầng, địa chất để có thể giảm thiểu tối đa
thiệt hại?
Một trong những câu trả lời là phải tiến hành đo độ biến dạng, đo độ vi dịch
chuyển của lớp địa tầng nơi khảo sát, của các kết cấu xây dựng, từ đó đƣa ra các giải
pháp phòng ngừa thích hợp.
Sensor sử dụng cách tử Bragg là một loại sensor hiện đại, mới đƣợc phát triển
trong khoảng 20 năm gần đây. Với hàng loạt những ƣu điểm nổi bật nhƣ dễ chế tạo, độ
nhạy cao, dễ lắp đặt, không chịu ảnh hƣởng của điện từ trƣờng, khả năng đa tích hợp
lớn [27,29], loại sensor này đang ngày càng tỏ ra có một thị trƣờng tiềm năng to lớn.
Đặc biệt, nó rất hữu ích trong các kỹ thuật đo từ xa, đo trên diện rộng[4,24], hay trong
việc kiểm soát các thông số của các lớp địa tầng, địa chất, các công trình xây dựng,
cầu cống, hầm mỏ[2]. Sensor sử dụng cách tử Bragg cũng đã đƣợc nghiên cứu nhằm
ứng dụng trong các ngành công nghiệp hạt nhân [3], công nghiệp vũ trụ[15].
Thêm vào đó, khả năng ứng dụng của sensor sử dụng cách tử quang sợi Bragg
cũng rất đa dạng. Sử dụng cách tử Bragg có thể chế tạo các loại sensor đo dịch chuyển,
sức căng, nhiệt độ, áp suất [8,34,30] vv với độ chính xác khá cao.
Nhƣ vậy, ta có thể thấy rằng tiềm năng ứng dụng của các sensor dựa trên cách tử
Bragg là rất lớn, từ những ứng dụng thƣờng gặp trong đời sống hàng ngày đến những
ứng dụng trong các lĩnh vực đặc biệt, từ các ngành công nghiệp truyền thống nhƣ cầu
cống, hầm mỏ đến những ngành công nghiệp hiện đại nhƣ công nghiệp hạt nhân, hàng
không vũ trụ v.v Chính vì thế mà nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới đã tập trung
nghiên cứu nhằm phát triển ngành sensor dựa trên loại cách tử quang sợi Bragg này.
ĐHQG Hà Nội.
6
CHƢƠNG 1
SƠ LƢỢC VỀ SỢI QUANG
1.1. Sơ lƣợc về sợi quang
1.1. 1. Các thông số về sợi quang
Sợi quang gồm một lõi dẫn có chiết suất n
1
, bán kính a. Lớp vỏ cũng là vật liệu
dẫn quang bao xung quanh lõi có chiết suất n
(1.1)
Phần lớn các sợi quang dùng trong thông tin quang hiện nay thƣờng đƣợc chế tạo
từ Silica (SiO
2
) có độ sạch cao. Sự thay đổi nhỏ của chiết suất đƣợc tạo ra khi pha một
lƣợng nhỏ các tạp chất (ví dụ nhƣ titan, germani…) vào trong silica. Bình thƣờng,
chiết suất của có giá trị thay đổi từ 1,44 đến 1,46, còn ∆ có giá trị trong khoảng 0,001
tới 0,02.
Khi chùm ánh sáng từ bên ngoài không khí đi vào, để có thể lan truyền trong sợi
quang thì góc θ phải nhỏ hơn một góc θ
c
giới hạn. Áp dụng định luật Snell, mối tƣơng
quan giữa góc tới từ không khí θ
a
và góc khúc xạ tới hạn θ
c
cần phải thỏa mãn phƣơng
trình sau:
sin θ
a
= n
1
sin θ
(1.4)
Giá trị NA= đƣợc gọi là khẩu độ số của sợi quang. Góc θ
a
là góc nhận của sợi
quang, đây là thông số quyết định cho việc thiết kế hệ kết hợp cho ánh sáng ra và vào
sợi quang.
Khẩu độ số là thông số đặc trƣng cho sự ghép nối hiệu quả giữa nguồn laser với
sợi quang. Giá trị khẩu độ số thƣờng nằm trong khoảng từ 0,14 đến 0,50.
Kích thƣớc của lõi và vỏ các sợi quang tiêu chuẩn hiện nay đƣợc dùng trong
thông tin (2a/2b) là (8/125), (50/125), (62,5/125), (85/125), (100/140) μm. 7
Nếu sợi quang là sợi đơn mode thì nó chỉ có một mode lan truyền. Bƣớc sóng
nhỏ nhất tại đó sợi quang làm việc nhƣ sợi đơn mode đƣợc gọi là bƣớc sóng cắt: 22
12
2
2.045
c
a n n
(1.5)
1.1.2. Sự biến đổi chiết suất của sợi quang
-cho GeO
2
làm tăng chiết suất
-Cho Fluoride làm giảm chiết suất.
1.1.3. Cấu trúc sợi quang
Cấu trúc chính của một sợi quang bao gồm lõi pha tạp đƣợc bọc bên trong một lớp
thuỷ tinh. Chiết suất của lõi lớn hơn chiết suất của lớp bọc để tạo ra sự phản xạ toàn phần
giữa mặt phân cách giữa lõi và lớp bọc. Hình vẽ dƣới đây (1.1) chỉ ra cấu trúc điển hình của
một sợi quang.
Lớp phủ hay lớp bảo vệ thứ nhất có tác dụng bảo vệ sợi quang chống lại sự xâm
nhập của hơi nƣớc, tránh sự va đập, trầy xƣớc gây nên vết nứt vỡ và giảm ảnh hƣởng
của vi uốn cong. Lớp vỏ có tác dụng tăng cƣờng sức chịu đựng của sợi quang trƣớc
các tác động cơ học và sự thay đổi nhiệt độ.
8
1.1.4. Một số phương pháp chế tạo sợi quang
Vật liệu thích hợp nhất để chế tạo sợi quang là sợi thuỷ tinh. Thuỷ tinh đƣợc tạo
ra từ các hỗn hợp oxit kim loại nóng chảy, sulfide hoặc selenide. Chúng tạo ra một vật
liệu sợi có cấu trúc mạng phân tử liên kết hỗn hợp. Loại thuỷ tinh trong suốt tạo ra các
sợi dẫn quang chính là thuỷ tinh ôxit, trong đó đioxit silic (SiO
2
) là loại ôxit thông
dụng nhất để chế tạo sợi quang. Nó có chỉ số chiết suất tại bƣớc sóng 850 nm là 1,458.
Công nghệ chế tạo sợi quang thông thƣờng bao gồm hai giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất
là giai đoạn công nghệ lắng đọng hơi tạo ra một hình trụ có chiết suất phản xạ mong
3
.
1.1.5. Phân loại sợi quang
Ngƣời ta có thể phân loại sợi quang theo nhiều cách. Sau đây là một số cách
phân loại tiêu biểu:
Sợi quang
Lớp phủ
Lớp đệm mềm
Lớp vỏ
0,9mm
Cấu trúc sợi quang có vỏ đệm tổng hợp
Hình1.1. Cấu trúc của một sợi quang 9
Phân loại theo vật liệu điện môi
Theo vật liệu điện môi dùng để chế tạo sợi quang, sợi quang đƣợc phân ra làm 3
loại bao gồm:
Sợi quang thạch anh
Sợi quang thuỷ tinh đa vật liệu
Sợi quang bằng nhựa.
Phân loại theo mode lan truyền:
Theo số lƣợng mode lan truyền, sợi quang đƣợc phân loại làm hai nhóm:
Sợi đơn mode, gọi tắt là SM (single mode) là loại sợi chỉ có một mode lan truyền. Sợi đa mode, gọi tắt là MM (multi mode): là loại sợi có nhiều mode lan truyền.
1
n
2
∆ = 1%
Sợi đa mode SI
125μm
50μ
m n
1
n
2
∆ = 1%
Sợi đa mode GI
125μm
Hình 1.3. Cấu trúc của sợi quang đa mode 10
Trong sợi quang GI, chiết suất n
1
của lõi đạt giá trị lớn nhất tại tâm lõi và giảm dần
Cách tử lớp có đặc trƣng là bề mặt cách tử gồm những rãnh hình chữ nhật .
Những hình chữ nhật này đƣợc xác định bởi chiều cao „‟h‟‟ và cách nhau bởi khoảng
cách „‟V‟‟ .Cách tử này có ƣu điểm là có khả năng khử bậc 2 của nhiễu xạ ( hiệu suất
là 2 % tai V= 1 ).Hiệu suất này có thể thay đổi khi thay đổi khoảng cách „‟V‟‟.
1.2.4. Cách tử Bragg
Công thức Bragg cho nhiễu xạ tia X (cũng nhƣ là nhiễu xạ Bragg) đƣợc William
Henry Bragg và William Lawrence Bragg đƣa vào năm 1913 cùng với những khám
phá của họ về khả năng phản xạ tia X của tinh thể rắn .Họ đã tìm ra rằng những tinh
thể rắn có mạng tinh thể đƣợc sắp sếp theo chu kỳ tuần hoàn có khả năng phản xạ ánh
sáng tới với những bƣớc sóng và góc tới nhất định theo những hƣớng nhất định sẽ cho
những đỉnh có cƣờng độ lớn nhất (đỉnh Bragg).
1.2.5. Cách tử quang sợi Bragg
Cách tử quang sợi Bragg là cách tử có thể phản xạ ánh sáng nhờ sự biến đổi tuần
hoàn hệ số chiết suất của sợi quang . Cách tử quang sợi đƣợc chế tạo bằng cách quang
khắc lên sợi quang thông qua quá trình chiếu bƣớc sóng của chùm laser có bƣớc sóng
thích hợp lên sợi quang .
12
CHƢƠNG2
CÁCH TỬ QUANG SỢI BRAGG
2.1. Khái niệm cách tử quang sợi Bragg (FBG)
Cách tử quang sợi Bragg [7, 21,17] là một thiết bị có chiết suất tuần hoàn dọc
theo một sợi quang, có tính chất lọc lựa ánh sáng. Khi một chùm ánh sáng có dải bƣớc
sóng rộng chiếu vào cách tử Bragg, cách tử sẽ cho qua một phần lớn ánh sáng, còn
một phần ánh sáng có dải bƣớc sóng hẹp sẽ bị phản xạ ngƣợc trở lại, dải ánh sáng này
có bƣớc sóng trung tâm gọi là bƣớc sóng Bragg. Bƣớc sóng Bragg phụ thuộc vào
cách tử theo phƣơng trình :
Trong đó n
eff
là hệ số chiết suất hiệu dụng của cách tử, Λ là chu kỳ của cách tử
quang sợi. Sự biến điệu của hệ số chiết suất của lõi đƣợc chỉ ra trên hình 2.2.
Hình 2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt
động của cách tử quang sợi Bragg 13
Biến điệu hệ số chiết suất của lõi chứa hai thành phần : thành phần liên tục và
thành phần xoay chiều.
eff eff
2
( ) ( ).1 os( z+ (z))n z n z c
(2.3)
neff
sự thay đổi thành phần một chiều của chiết suất trung bình, ν là độ nhìn thấy của
các vân giao thoa, Φ là độ gợn sóng của cách tử. Khả năng lọc tần số là do có sự kết hợp giữa các mode lan truyền ngƣợc nhau.
Trong biểu thức kết hợp, ta có thể tách ra một tham số chủ yếu đặc trƣng cho sự lọc
lựa, hệ số kết hợp k. Ta có biểu thức sau đây:
(2.5)
2.2.2. Sự phụ thuộc của bước sóng Bragg vào nhiệt độ và sự kéo căng
Xuất phát từ công thức cơ bản biểu diễn sự phụ thuộc của bƣớc sóng Bragg vào
chiết suất và độ dài bƣớc cách tử:
λ
B
=2nΛ (2.6)
Từ công thức trên ta nhận thấy rằng vì chiết suất n và độ dài Λ của bƣớc cách tử
đều chịu sự thay đổi khi có sự thay đổi của nhiệt độ hay một sức căng nào đó tác động
lên nó, do đó, bƣớc sóng Bragg cũng sẽ có sự biến đổi theo công thức:
22
B
nn
n l n T
l l T T
(2.7)
Ta lần lƣợt khảo sát sự biến đổi của λ
B
theo nhiệt độvà độ căng.
eff
1
2 2 ( )
Tn
nn
T T n T
1
2 [ ( ) ]
n
n
T n T
1
2 [ ( ) ] T
/
o
C, 1,46 và 11.10
-6
/
o
C. Từ đó ta có thể dễ dàng ƣớc lƣợng đƣợc
rằng độ nhạy của cách tử trần vào khoảng 0,0105 nm/
o
C tại bƣớc sóng 1300nm và
khoảng 0,0125 nm/
o
C tại bƣớc sóng 1550 nm.
Tiếp theo, ta xét sự biến đổi của λ
B
theo độ căng (độ biến dạng):
Sự thay đổi của λ
B
theo độ căng là do có sự thay đổi chiều dài dọc theo trục sợi
quang và do hiệu ứng quang đàn hồi. Ngƣời ta đã chứng minh đƣợc rằng sự phụ thuộc
đó đƣợc cho bởi công thức:
(1 )
eB
p
(2.9)
Trong đó, ε là độ biến dạng, p
e
B
theo nhiệt độ và độ căng có thể
đƣợc biểu diễn bởi phƣơng trình:
2
12 11 12
1
2 1 ( ) ( ) ( )
2
B
n dn
n p p p T
n dT
(2.11)
15
Nhƣ vậy ta đã thiết lập đƣợc phƣơng trình miêu tả sự phụ thuộc của λ
B
vào sự
liệu nhạy quang là dành cho sợi quang thủy tinh. Vị trí dành cho sợi quang polyme
hoàn toàn chỉ ở một mức độ nào đó.
Tại Việt Nam thời gian vừa qua cũng đã có một hƣớng nghiên cứu rất mạnh
nhằm sử dụng các vật liệu polymer làm vật liệu dẫn sóng quang [1]. Trong công trình
nghiên cứu này, các tác giả đã tạo ra những vật liệu nhạy quang trên cơ sở polymer.
Đó là những kết quả thiết thực đƣa tới khả năng có thể chế tạo các cách tử Bragg hoàn
toàn bằng công nghệ và vật liệu của Việt Nam. Hơn nữa, là chế tạo bằng vật liệu
polymer chức năng, một loại vật liệu tiên tiến. Dƣới đây là một vài hình ảnh của loại
vật liệu đƣợc chế tạo tại Việt Nam này. 16
Hình 2.3. Ảnh của vật liệu loại chế
tạo từ TEOS nguyên chất[1]
Hình 2.4: Hạt nano zieconia trong
vật liệu lai ASZ[1]
Một số tính chất của vật liệu dẫn sóng quang ASZ đƣợc chế tạo tại Việt Nam.
Khoảng điều chỉnh chiết suất lớn: 1.45-1.50
Có tính nhạy quang (chùm UV) và có thể tăng chiết suất màng đến 0.009
(khi chiếu chùm bƣớc sóng 330 nm)
Độ phân cực vật liệu nhỏ: n
TE
- n
TM
0.001
hợp với nhau, nghĩa là chúng cùng tần số, và cùng pha dao động, đƣợc mô tả bởi
phƣơng trình:
Hai sóng này truyền tới điểm M trên màn E, ta hãy khảo sát cƣờng độ điện
trƣờng tổng hợp tại điểm đó.
Tại điểm M, pha của hai sóng ánh sáng đã sai khác với pha ban đầu một góc nào
đó. Ta có thể hiểu sự sai khác này chính là do pha của dao động phải mất một thời gian
mới có thể truyền tới điểm M, nhƣ vậy pha của hai dao động tại M sẽ chậm hơn pha
dao động của nguồn đúng bằng thời gian để sóng ánh sáng từ hai nguồn truyền tới M.
Khi đó chúng ta có các phƣơng trình mô tả dao động sáng tại điểm M:
E
‟
1
= E
o
sin{ω(t-t
1
)+α}=E
o
sin{2πν(t-
1
r
)+α} =E
o
rr
(2.17)
Do hiệu số
12
rr
thay đổi khi ta dịch chuyển điểm M dọc theo màn E, do đó độ
lệch pha giữa hai sóng cũng sẽ thay đổi dọc theo màn E. Ta sẽ thu đƣợc những vị trí
mà tại đó các sóng cùng pha với nhau, tại đó xảy ra hiện tƣợng cực đại giao thoa (vân
sáng), các vị trí ấy cần thỏa mãn điều kiện: 12
2
2r r k
=>
12
rr
=kλ (2.18)
Còn những điểm mà tại đó hai dao động sáng ngƣợc pha nhau , tại đó xảy ra hiện
tƣợng cực tiểu giao thoa (vân tối), các vị trí ấy thỏa mãn điều kiện:
12
2
a
O
MHình 2.5. Sơ đồ khảo sát sự giao thoa giữa
hai tia sáng S
1
và S
2E
1
= E
o
sin(ωt+α) (2.13)
E
2
= E
o
sin(ωt+α) (2.14)
18
vậy, tại đó hai sóng cực đại giao thoa với nhau tạo ra một vân sáng gọi là vân sáng
trung tâm.
+r
2
=2D, vậy ta có:
r
2
-r
1=
xa
D
=> x=
21
()
D
rr
a
(2.20)
Vậy vị trí các vân sáng sẽ là:
x
k
=
D
k
a
(k
Z) (2.21)
Tiếp theo ta xét trƣờng hợp hai chùm tia kết hợp có độ rộng nhất định giao thoa
với nhau nhƣ hình vẽ trên. Tại điểm N nằm trên đƣờng thẳng đi qua M và song song
với trục giao thoa, ta có độ lệch pha của hai tia sáng
'
1
S
và
'
2
S
là:
S
1
S
2
E
a
O
M
x
'
1
S
12
'
SS
xa
r r x
HN D
(2.25)
Mặt khác, ta lại thấy hai tam giác S
1
S
2
M và
''
12
S S M
đồng dạng với nhau,do đó:
''
''
''
1 2 1 2
1 2 1 2
''
S S S S
a a xa xa
r r r r
HM HN D D D D
thể bị cháy và không tạo đƣợc thành cách tử. Đối với mỗi loại vật liệu khác nhau lại có
một chế độ chiếu xạ khác nhau. Chúng ta phải luôn luôn tìm kiếm các chế độ chiếu xạ
hợp lý nhất.
Hình 2.7. Chế tạo sợi quang bằng
phƣơng pháp giao thoa hai chùm tia 20
2.3.2.2. Kỹ thuật dùng mặt nạ quang
Một phƣơng pháp quan trọng không kém để chế tạo cách tử quang sợi Bragg là
dùng mặt nạ quang. Ở phƣơng pháp này, cấu hình sẽ đƣợc thiết kế trên máy tính, sau
đó qua các kỹ thuật chế tạo, cấu hình sẽ đƣợc chuyển lên mặt nạ. Cuối cùng là sử dụng
kỹ thuật quang sợi để chuyển cấu hình từ mặt nạ lên sợi quang.
Quy trình của phƣơng pháp này đƣợc mô tả nhƣ hình vẽ dƣới đây. Một điều may
mắn là kỹ thuật này đƣợc thừa hƣởng những thành quả từ công nghệ vi điện tử mang
lại vì vậy nên dù đến sau nhƣng nó đã có những bƣớc phát triển rất vững mạnh.
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là ta có thể chế tạo các cách tử quang sợi Bragg
với độ chính xác cao. Cùng một mặt nạ có thể đƣợc dùng để chế tạo rất nhiều cách tử
quang sợi Bragg .
2.3.2.3. Phƣơng pháp chiếu hình trực tiếp
Ngoài các phƣơng pháp trên, còn có một phƣơng pháp nữa cũng hay đƣợc sử
chúng sẽ có dạng hình sin. Do vậy về cơ bản sự phân bố chiết suất của chúng dọc theo
cách tử sẽ có dạng:
x
nnxn
eff
2
cos)(
(2.12)
Tất nhiên một lần nữa phƣơng trình đã cho cũng chỉ miêu tả gần đúng dạng của
chiết suất thƣờng gặp trong thực tế, giống nhƣ cũng hết sức khó khăn để luôn luôn tạo
ra các cách tử có chiết suất phân bố hoàn hảo vậy. Trong một số trƣờng hợp chính sự
phân bố chiết suất bất thƣờng này sẽ gây nên những tính chất đặc biệt. Dƣới đây là
bảng mô tả một số loại cách tử có thể có.
d) Cách tử kết hợp
Loại cách tử thứ năm đƣợc mô tả ở hình vẽ trên về thực chất có thể coi nhƣ là sự
kết hợp của hai cách tử. Bằng cách ghi đồng thời hai bƣớc cách tử khác nhau trong
cùng một đoạn sợi quang , chúng ta có thể đạt đƣợc đồng thời hai đỉnh phản xạ. Nếu
nhƣ cái thứ nhât phản xạ ở vùng bƣớc sóng từ 1520 tới 1540 nm, và cái thứ hai phản
xạ ở vùng từ 1545 tới 1565 nm, nó sẽ có tác dụng tổng thể nhƣ là một bộ lọc tại vùng
bƣớc sóng quanh 1543 nm. Kỹ thuật này vì thế còn đƣợc gọi là kỹ thuật vùng cấm
(band gap) hoặc cách tử Bragg dịch pha.
e) Cách tử có chu kỳ lớn
Cách tử tiếp theo trên hình 2.5 là cách tử có chu kỳ lớn hay cách tử truyền qua,
nó thực sự không giống một cách tử Bragg thông thƣờng. Bƣớc cách tử của nó có độ
lớn gấp nhiều lần cách tử Bragg thông thƣờng (khoảng 5-50μm), vì thế nó không tạo
ra phổ phản xạ nhƣ bình thƣờng. Tuy nhiên vẫn có hiện tƣợng kết cặp mode (mode
coupling) bên trong nó, tuy nhiên sự kết cặp này chỉ bắt gặp với các mode có cùng
hƣớng truyền.
Hình 2.12. Phổ phản xạ của một số loại cách
tử
Copyright: Tài liệu đại học ©