Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3. Chương trình mô phỏng
CHƯƠNG 1: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG
3.1 Tính toán tham số
Trong các chương trình mô phỏng ảnh hưởng của SRS đến dạng của tín hiệu có liên
quan đến tham số “Walk-off” d và hệ số khuyếch đại Raman. Do đó trước khi mô phỏng
cần phải tính toán cả hai tham số này.
3.1.1 Tham số “Walk-off” d
Theo phương trình (1.44) tham số “Walk-off” d được biểu diễn như sau
11
−−
−=
gsgp
vvd
(3.)
Trong đó
gp
v
và
gs
v
lần lượt là vận tốc nhóm liên quan đến hằng số truyền lan sóng
và chiết suất của môi trường:






+===
ω
ωβ

(3.)
Thông thường để tính n thì ta chỉ cần tính đến m=3 với các giá trị B
1,
B
2
, B
3
,
321
,,
λλλ

được xác định bằng thực nghiệm đối với các loại sợi khác nhau. Ví dụ với sợi quang
đơn mode tiêu chuẩn ta có B
1
=0.6961663, B
2
=0.4079426, B
3
=0.8974794 và các bước
sóng
mmm
µλµλµλ
896161.9,1162414.0,0684943.0
321
===
.
Như vậy nếu cho một tín hiệu có bước sóng cho trước hoàn toàn có thể tính được
g
v

Trong đó
( )
[ ]
ω
∆
HIm
là phần ảo của hàm đáp ứng tần số của môi trường và có dạng
trên miền thời gian:
)/sin()/exp(
.
)(
12
21
21
ττ
ττ
ττ
ttth
−
+
=
(3.)
Với
1
τ
,
2
τ
là hai tham số được tính toán trong thực tế
fsfs 32,2.12

1162414.0
,
Lamda[3]=
m
µ
896161.9
Kết quả cuối cùng thuật toán trả về giá trị của hằng số lan truyền sóng
.
β
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3. Chương trình mô phỏng
3.2.2 Lưu đồ thuật toán tính hệ số khuyếch đại Raman
Lưu đồ thuật toán trên hình 3.2 thực hiện việc tính toán gần đúng hệ số khuyếch
đại Raman theo phương pháp Krames-Kronig, kết quả cuối cùng của thuật toán trả về
giá trị của g. Trong đó
fsfs 2.32,2.12
21
==
ττ
và
2
n
là hệ số chiết suất phi tuyến.
Hình 3.2- Lưu đồ thuật toán tính gần đúng giá trị khuyếch đại Raman.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3. Chương trình mô phỏng
3.2.3 Lưu đồ tính hệ số phi tuyến
γ

Hình 3.3- Lưu đồ hàm gama tính toán hệ số phi tuyến.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3. Chương trình mô phỏng
3.2.4 Lưu đồ thuật toán mô phỏng SRS

=
đỉnh khuyếch
đại đạt giá trị
)/(10*01.1
13
Wmy
−
=
tại độ dịch tần là 13.15 THz. Đây là những kết quả
rất phù hợp với thực nghiệm.
Hình 3.6- Kết quả mô phỏng phổ khuyếch đại Raman
tại bước sóng bơm
m
p
µλ
1
=
3.3.2 Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của SRS
Hình 3.7 biểu thị dạng sóng Stoke trên miền thời gian và miền tần số ở độ dịch tần
13.2 THz với các thông số
psTmmAWP
peffp
100,1,50,100
0
2
====
µλµ
tại một số cự ly
truyền dẫn khác nhau. Vì các phép tính sử dụng phương trình Schodinger phi tuyến chỉ
là gần đúng nên để giảm sai số trong mô phỏng và thấy rõ được ảnh hưởng của SRS ta

Hình 3.8- Sóng bơm và sóng Stoke ở các cự ly truyền dẫn khác nhau.
Khi độ dài của sợi đủ lớn thì khoảng cách giữa hai sóng rất lớn, lúc này sóng bơm
không tác động đến sóng Stoke nữa làm cho năng lượng của sóng Stoke không tăng
lên(bão hoà). Tuy nhiên sóng Stoke cũng tương tác với các Phonon làm cho năng lượng
của sóng Stoke bị giảm dần khi cự ly truyền dẫn tăng.
Sự dịch tần của sóng Stoke gây ra bởi sóng bơm có thể được giải thích thông qua
hình 3.8. Ban đầu cự ly truyền dẫn nhỏ làm sóng bơm tương tác với cả sườn trước và
sườn sau của sóng Stoke (hình 3.8) làm cho sườn trước của sóng Stoke bị dịch về phía
tần số thấp và sườn sau của sóng Stoke dịch về phía tần số cao. Khi cự ly truyền dẫn
tăng sóng Stoke lan truyền nhanh hơn sóng bơm nên chỉ có sườn trước của sóng bơm
tương tác với sườn sau của sóng Stoke. Chính điều này làm cho phổ của sóng Stoke
thoải dần ở phía tần số thấp và bị thu hẹp ở vùng tần số cao và có dạng như trên hình
3.7. Khi cự ly truyền dẫn đủ lớn thì ảnh hưởng của sóng bơm lên sóng Stoke bị bão hoà
làm cho phổ của sóng Stoke gần như không bị mở rộng thêm.
Ta cũng có thể ước lượng gần đúng khoảng cách mà tại đó hiện tượng bão hoà bắt
đầu xảy ra. Từ phương trình (1.54) ta có hệ số khuyếch đại phụ thuộc thời gian như sau:
( )
[ ]
)(
2
.
2
.exp(
τδτπ
δ
erferf
P
g
zG
p

3
≈=
W
L
z
δ
W
Lz 3≈⇒
(3.)
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3. Chương trình mô phỏng
Vậy cường độ sóng Stoke đạt trạng thái bão hoà tại
W
Lz 3
≈
.Nếu P
p
=100W,
1
=
p
λ
m
µ
,
2
0
50,100 mApsT
eff
µ
==

Khác hẳn với sóng Stoke phổ của sóng bơm không bị ảnh hưởng bởi sóng Stoke mà
chỉ bị ảnh hưởng do hiệu ứng điều chế tự dịch pha (SPM) [1]. Đồng thời dạng của sóng
bơm trên miền thời gian cũng gần như không đổi dọc theo cự ly truyền dẫn.
3.3.3 Đặc tuyến công suất
Hình (3.10) là kết quả mô phỏng quá trình chuyển từ công suất bơm sang công suất
tín hiệu trên sợi quang dài 3 km với hệ số suy hao là 0.2 dB/km, công suất bơm Pp=10
W. Kết quả này thu được từ việc giải hệ hai phương trình (2.19) và (2.20). Để giải chính
xác hệ hai phương trình này, chương trình mô phỏng sử dụng hàm ode45 có sẵn trong
Matlab cho phép giải hệ phương trình vi phân cấp 1.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3. Chương trình mô phỏng
Hình 3.10-Quá trình chuyển đổi từ công suất bơm sang công suất tín hiệu gây ra bởi
hiệu ứng tán xạ Raman kích thích.

Đồ án tốt nghiệp Đại học
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp Đại học
Kết luận
KẾT LUẬN
Vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng tán xạ Raman kích thích lên chất
lượng truyền dẫn trong hệ thống thông tin quang đang là một vấn đề có tính thời
sự. Chính hiệu ứng này đã gây nên một loại các hiện tượng như thay đổi phổ tín
hiệu quang, gây nhiễu trong hệ thống thông tin quang đồng thời cũng được ứng
dụng trong việc khuyếch đại tín hiệu quang. Khi công suất tín hiệu truyền trong
sợi quang càng lớn thì ảnh hưởng của SRS càng rõ nét.
Từ việc thực hiện đồ án “Tán xạ Raman kích thích”, có thể rút ra một số kết
quả:
1. Nghiên cứu quá trình tán xạ Raman khi ánh sáng truyền trong môi trường
sợi quang, các đặc tính của tán xạ Raman kích thích như phổ khuyếch đại
Raman, tăng ích quang Raman, ngưỡng Raman.
2. Trình bày các ảnh hưởng của tán xạ Raman kích thích trong hệ thống

Eliminating SRS Channel Depletion in Massive WDM Systems via Optical Filtering
Techniques, IEEE Photonics Tech. Letters, Vol. 13, No. 4, April 2001.
5. Mohammed N. Islam, Raman Amplifiers for Telecommunications, IEEE Journal of
Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 8, No. 3, May/June 2002.
6. Hoàng duy Hân, Nghiên cứu các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang, Đồ án tốt
nghiệp khoá 45, Đại học bách khoa Hà Nội.
7. Nguyễn vĩnh Nam, Vũ văn San, Trần thị thuỷ Bình, Võ đức Hùng, Trần hoàng Diệu,
Đỗ thị Nhàn, Nghiên cứu ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến tới chất lượng
truyền dẫn trong thông tin quang, Đề tài 13-2000-HV-R-DT, Viện khoa học kỹ thuật
bưu điện.
8. Đồ án tốt nghiệp các khoá trước.