so tay ky su

Sổ tay kĩ sư coupler line Ngv. Dung

[email protected] [email protected]

SỔ TAY KỸ SƯ COUPLER LINE

Mục lục: I. Phần 1: Cơ sở lý thuyết 1.1. Fiber coupler 1.2. Khái niệm về coupler 1.3. Các phương trình lý thuyết diễn tả hiện tượng coupling ánh sáng 1.4. Hiện tượng coupling ánh sáng trong coupler đối với các chùm tia quang học công suất

thấp Phần 2: Chế tạo coupler. 2.1. Tổng quan về chế tạo coupler. 2.2. Chế tạo coupler 2.3. Kinh nghiệm. Phần 3: Máy móc, bảo trì và sửa chữa.

1. Chỉnh sửa torch, camera và cân chỉnh torch. 2. Các lỗi thường gặp với phần cứng.

Phần cuối. Giới thiệu danh mục các tài liệu tham khảo.



Phần 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 FIBER COUPLER FIBER COUPLER được biết đến như Coupler định hướng, là một thành phần quan trọng

của công nghệ truyền thông quang học. Chúng thường được sử dụng cho một lượng lớn các thiết bị trong mạng sợi quang, thiết bị mà trong đó một trường quang học được phân tách thành các trường quang học kết hợp. Nói theo cách khác, nếu xét về phương diện vật lý thì các thiết bị có thể phân chia trường quang học ban đầu thành các phần nhỏ riêng biệt (và ngược lại). Trong phần này chúng ta sẽ sử dụng lý thuyết coupled mode để làm sáng tỏ nguyên tắc hoạt động của một coupler nói chung (Xem thêm các tài liệu về fiber coupler)

1.2 Khái niệm về Coupler: Nhằm mục đích tiện lợi trong cách diễn giải vấn đề, chúng ta sẽ tìm hiểu đối với hoạt động

của một coupler có 2 cổng vào và 2 cổng ra, là loại coupler mà hiện nay FOV đang sản xuất hàng loạt. Chức năng của nó là phân tách một cách kết hợp một trường quang học đến một trong những cổng vào và đi thẳng tới hai cổng ra. Từ đó đầu ra được định hướng theo hai phương khác nhau, những thiết bị như vậy được xem như là những DIRECTIONAL COUPLER. Trọng tâm của chương này là chỉ xét đến những DIRECTIONAL COUPLER của mạng sợi quang.

Hình vẽ 2.1 cho ta sơ đồ nguyên tắc một FIBER COUPLER trong đó các lõi của hai sợi

quang đơn mode được đưa lại gần nhau mà tại vùng trung tâm thì khoảng cách giữa các lõi có giá trị cỡ đường kính của nó. Lưu ý là đường kính của cả lớp Cladding và core là khoảng 125µm. Trong đó tuỳ thuộc loại fiber mà đường kính của core nằm vào khoảng 8 µm (Singlemode) đến 50 µm (Multimode). Trong coupler, các lõi phải đủ gần để các mode cơ bản lan truyền trong mỗi lõi chồng lên từng phần trong vùng vỏ bọc giữa hai lõi (Các sóng như vậy được gọi là hiện tượng evanescent wave). Trong vùng mà các mode chồng lên nhau này thì sự suy biến liên kết sóng giữa hai mode có thể chuyển đổi công suất quang học từ lõi này sang lõi khác dưới những điều kiện thích hợp. Hiện tượng đó được biết đến như là hiện tượng



coupling ánh sáng. Chúng ta sẽ trở lại những tham số ảnh hưởng đến việc chuyển đổi công suất giữa các lõi của hiện tượng coupling ánh sáng trong những phần sau.

FIBER COUPLER được gọi là đối xứng khi các lõi của nó đồng nhất trong mọi phương diện (cả về vật liệu, hình dạng và kích thước). Nói chung, hai lõi không đồng nhất thì Coupler đó được gọi là coupler bất đối xứng. Trong phần này chúng ta chỉ đề cập tới FIBER COUPLER bất đối xứng bởi vì đây chính là loại coupler chính mà FOV đang sản xuất (trừ hàng WDM là loại coupler đối xứng).

1.3 Các phương trình lý thuyết diễn tả hiện tượng coupling ánh sáng (Coupled mode):

Lý thuyết coupled mode thường được sử dụng cho các DIRECTIONAL COUPLER. Trong lý thuyết coupled mode, chúng ta sử dụng hệ phương trình Maxell để mô tả trường quang học trong hai lõi sợi quang rồi tiến hành biến đổi thì hệ phương trình Maxell chuyển thành phương trình sau đây:

0~,~~ 20

22 EkyxnE (1.3.1)

Trong đó: 0

02

c

k , 0 là bước sóng chân không của ánh sáng.

,~ rE là kí hiệu của phép biến đổi Fourier của trường điện từ E (r,t)

đối với thời gian. (Khái niệm về biến đổi Fourier xuất phát từ khó khăn trong việc mô tả các

hiện tượng vật lí trong không gian thực, với các biến là toạ độ không gian, thời gian…Để mô

tả một quá trình, một hiện tượng thì phải trải qua các phép biến đổi, tính toán phức tạp và

cồng kềnh. Do đó, người ta có thể chuyển các biến đổi toán học, mô tả các hiện tượng vật lý

phức tạp ấy sang một không gian khác mà trong đó các phép biến đổi đơn giản hơn. Không

gian đó gọi là không gian Fourier và phép chuyển từ không gian thực sang không gian Fourier

gọi là phép biến đổi Fourier. Sau khi tính toán trong không gian Fourier và thu được kết quả

(ở dạng biến Fourier) chúng ta cần biến đổi các kết quả ấy trở về dạng trong không gian thực

thì phép biến đổi trở lại ấy gọi là phép biển đổi Fourier ngược).

Hệ số khúc xạ yxn ,~ trong mặt phẳng x-y (tiết diện của coupler) nhận hai giá trị n1, n0 tuỳ thuộc vào môi trường thuộc lớp core hay cladding. Như chúng ta biết thì điều kiện để sợi quang hoạt động được thì chiết suất của core n1 phải lớn hơn chiết suất của lớp cladding n0.

Bằng phương pháp tách biến, giải phương trình (1.3.1) ta thu được nghiệm gần đúng như sau:

zieyxFzAyxFzAerE ,,~,,~ˆ,~2211 (1.3.2)

Trong đó:

- β là hệ số lan truyền β (chưa xác định ở đây)



- ê là độ phân cực định hướng của trường quang học. Nhằm mục đích đơn giản ta coi như ê giữ nguyên giá trị trong suốt quá trình lan truyền (Ánh sáng không phân cực).

- Fm(x,y) là hàm phân bố không gian, với m= 1,2 ứng với mode cơ bản lõi thứ m mà không xét tới sự tồn tại của lõi khác. Ý nghĩa của hàm này cho ta biết dạng hình học, cấu trúc trường trong mặt phẳng tiết diện của coupler. Trong qúa trình sử dụng phương pháp tách biến để giải phương trình (1.3.1) thì ta thấy hàm Fm(x,y) thoả mãn phương trình:

0, 220

22

2

2

2

mmmmm Fkyxn

yF

xF

(1.3.3)

Trong đó: m là hằng số lan truyền mode.

nm(x,y) = n0 mọi điểm trong mặt phẳng x,y ngoại trừ phần bị chiếm chỗ

bởi lõi thứ m.

Phương trình (1.3.3) đã được giải trong các tài liệu viết về hàm đặc biệt và thu được nghiệm dưới dạng hàmg hàm Bessel. Do tính phức tạp của vấn đề nên chúng ta không thảo luận về cách thức tìm nghiệm ở đây (vì ta không cần quan tâm tới cấu trúc, hình dạng của trường bên trong mặt phẳng tiết diện coupler). Ta sẽ lấy các kết quả đã có sẵn trong các giáo trình về hàm đặc biệt.

A1 và A2 là các Biên độ A1 và A2 của trường bên trong lõi thứ một và hai của coupler (Ta đang xét loại coupler được làm từ hai sợi fiber). Các biên độ này liên quan tới công suất, cường độ, các giá trị insertion loss, excess loss… nói chung là các đại lượng mà liên quan tới spec của khách hàng đối với sản phẩm coupler nên chúng ta sẽ xem xét, tập trung tìm hiểu vào các đại lượng này. Như các kết quả sẽ chỉ ra dưới đây thì các đại lượng này biến thiên theo chiều dài coupler bởi vì sự chồng phủ lên nhau của các mode trong hai lõi.

Nhân đây, chúng ta nên phân biệt hai thuật ngữ chiều dài coupling (Coupling length) và chiều dài coupler (Coupler length mà thường được gọi là clen). Hiểu một cách nôm na thì vùng mà trường quang học của hai core chồng lên nhau được gọi là chiều dài coupler, còn trong khoảng chiều dài coupler đó thì có một vùng trung tâm mà tại đó có sự truyền công suất từ sợi này sang sợi kia hay có thể nói tại vùng coupling length thì hiện tượng coupling ánh sáng xảy ra.

Thêm nữa, chúng ta cũng cần biết mối liên hệ giữa các biên độ A1 và A2 với công suất P1 và

P2 trong hai lõi sợi quang như sau 2

11 AP và 2

22 AP (xem thêm định nghĩa về insertion loss và khái niệm Decibel để hình dung tổng quan vấn đề). Để biết A1 và A2 thay đổi như thế nào trên trục z (trục chiều dài coupler) ta thế phương trình (1.3.2) vào phương trình (1.3.1), nhân vào kết quả của phương trình số hạng F1* hoặc F2* (hàm F1* hoặc F2* thu được từ hàm F1 và F2 bằng việc thay giá trị i thành –i hoặc ngược lại), sử dụng phương trình (1.3.3), và lấy tích phân trong toàn bộ mặt phẳng (x, y). Phương pháp này cho ta các phương trình mode coupled trong không gian Fourier như sau:

2121111 ~~~

AiAidzAd NL (1.3.4)



1212222 ~~~

AiAidzAd NL (1.3.5)

Với kmp là hệ số coupling.

NLm phần phi tuyến

Hệ số coupling và phần phi tuyến được định nghĩa như sau (với m, p = 1 hoặc 2):

dxdyFFnnkpmpmp

22

20 ~

2 (1.3.6)

dxdyFFnnkmmL

NLm

22

20 ~

2 (1.3.7)

nL là phần tuyến tính của n~

Phương trình coupled mode trong không gian Fourier có thể được chuyển sang không gian không thời gian (không gian thực) bằng phép biến đổi Fourier ngược các phương trình coupled mode theo thời gian (trong không gian thực) có thể viết lại như sau:

12

2122

11121221

2211

111

2AACAAiAi

tAi

tA

zA

a

( 1.3.8)

22

1212

22212122

2222

122

2AACAAiAi

tAi

tA

zA

a

(1.3.9 )

Trong đó: m

gm1

1 là vận tốc nhóm

m2 : vận tốc nhóm tán sắc của lõi thứ m.

Ta có:

0201

0201

21

21

a (1.3.10)

Tham số δa là số đo tính bất đối xứng của hai lõi Tham số phi tuyến γm và Cmp được định nghĩa như sau:

dxdyFkn mm

4

02

(1.3.11)

dxdyFFknC pmmp2

2

022

(1.3.12)

Tham số γm được gọi là sự tự biến điệu pha trong khi các hiệu ứng của sự biến điệu pha chéo được ký hiệu bởi tham số Cmp.



Phương trình (1.3.8) và (1.3.9) là có hiệu lực dưới các điều kiện chung thích hợp và bao gồm cả hai cơ chế coupling tuyến tính và phi tuyến giữa những trường quang lan truyền bên trong hai lõi của một FIBER COUPLER bất đối xứng. Để đơn giản, chúng ta sẽ xem xét một coupler đối xứng với hai lõi giống nhau nên có:

,0a κ12 = κ21 = κ; C12 = C21 = γσ

Phương trình coupled mode của coupler bất đối xứng trở thành:

12

22

1221

2211 )(

21 AAAiAi

tAi

tA

zA

g

(1.3.13)

22

12

2122

2222 )(

21 AAAiAi

tAi

tA

zA

g

(1.3.14)

Bởi vì các giá trị ,, 2g là giống nhau cho cả hai lõi nên ta đã bỏ đi các chỉ số dưới nhằm để phân biệt các lõi khác nhau như từ trước tới nay. Tham số phi tuyến γ có thể được xác định

như sau: effA

kn 02 . Điều biến pha chéo XPM với tham số σ trong thực tế rất nhỏ và

thường được bỏ qua, nguyên nhân là trong thực tế tích phân trong phương trình (1.3.12) bao gồm phần chồng lên nhau của các cường độ mode và tương đối nhỏ thậm chí khi hai lõi đủ gần mà κ (liên quan đến sự chồng lên nhau của các biên độ mode) không thể bỏ qua. Trong trường hợp đó sự ghép nối biên độ A1 và A2 là tuyến tính.

1.4 Hiện tượng coupling ánh sáng trong coupler đối với các chùm tia quang học công suất thấp:

Để có thể xem xét một cách tường minh hơn hiện tượng, nguyên lí hoạt động của coupler, chúng ta xem xét trường hợp mà có thể bỏ bớt đi các tham số, ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến. Nghĩa là bây giờ ta khảo sát trường hợp đơn giản nhất là khi chùm tia tới cổng vào của coupler là chùm tia liên tục, cống suất thấp (các hiệu ứng phi tuyến như tự biến điệu pha, điều biến pha chéo…sẽ không xảy ra). Những số hạng phụ thuộc thời gian có thể xem bằng 0 trong các phương trình (1.3.8) và (1.3.9). Do đó những số hạng phi tuyến có thể bỏ qua, phương trình coupled mode được đơn giản hóa thành:

12121 AiAi

dzdA

a (1.4.1)

21212 AiAi

dzdA

a (1.4.2)

Bằng phép lấy vi phân phương trình (1.4.1) và khử số hạng liên quan tới A2 và loại bỏ số hạng dA2/dz ở phương trình (1.4.2) ta thu được phương trình cho biên độ A1:

012

21

2

Adz

Ade (1.4.3)

Hệ số coupling hiệu dụng κe được định nghĩa:



22ae Trong đó 2112 (1.4.4)

Tương tự ta cũng có phương trình đối với A2 và có cùng dạng như phương trình dao động điều hoà. Ta giả sự tín hiệu chỉ được đưa vào từ cổng 1 nên điều kiện biên của các phương trình (1.4.1) và (1.4.2) là A1(0) = A0 và A2(0) = 0, lời giải của các phương trình này có dạng

zizAzA e

e

ae

sincos01 (1.4.5)

ziAzA ee

sin21

02

(1.4.6)

Vì vậy, mặc dù ban đầu A2 = 0 khi z = 0 nhưng vẫn có công suất truyền đến lõi thứ hai khi ánh sáng lan truyền trong FIBER COUPLER.

Sơ đồ 2.2 chỉ ra rằng tỉ số 2

0

2A

A là một hàm của z ứng với các giá trị của a . Trong tất

cả các trường hợp, công suất chuyển đổi đến lõi thứ hai xảy ra một cách tuần hoàn. Công suất cực đại được truyền tải với khoảng cách sao cho 2

mze với m là một số nguyên.

Khoảng cách ngắn nhất mà công suất cực đại truyền tới lõi thứ hai trong lần đầu tiên được gọi là chiều dài couling và được xác định bởi LC = π/ 2κe.

Công suất của hai cổng ra của một FIBER COUPLER phụ thuộc vào chiều dài coupler và công suất bơm vào hai đầu vào. Với một Coupler đối xứng, nghiệm tổng quát của phương trình (1.4.3) có thể viết lại dưới dạng một ma trận:



00

cossinsincos

2

1

2

1

AA

LLiLiL

LALA

(1.4.7)

Các công suất ra, 2

11 AP và 2

22 AP được xác định từ phương trình (1.4.7) với giả thiết A2(0) = 0 và được cho bởi

LPLP 201 cos ; LPLP 2

02 sin (1.4.8)

Trong đó 200 AP là công suất tới tại cổng vào thứ nhất. Lưu ý là ta đang xét coupler có

hai cổng vào và hai cổng ra. Coupler như vậy đóng vai trò là một bộ tách chùm tia, và tỉ lệ tách phụ thuộc vào tham số κL.

Nếu chiều coupling được chọn sao cho κL = π/ 4 hoặc L = LC/ 2, công suất là như nhau giữa 2 cổng ra. Những coupler như vậy được xem như là 50/ 50 hoặc Coupler 3- dB. (xem them về hệ đơn vị Decibel ở chương 5, trong quyển introduction to fiber optics để hiểu tại sao khi một coupler có tỉ lệ chia công suất là 50/50 thì gọi là coupler 3dB.)

Những FIBER COUPLER với L = LC truyền tất cả công suất vào của nó vào lõi thứ hai trong khi đó tất cả công suất từ đầu vào lõi thứ nhất được truyền trở lại vào chính nó (sau khi đã truyền toàn bộ qua lõi thứ hai) khi L = 2LC (trạng thái cấm).

Chiều dài coupling phụ thuộc vào hệ số coupling κ, là hệ số mà bản thân nó phụ thuộc vào khoảng cách d giữa hai lõi. Đối với một Coupler đối xứng, những tích phân trong phương trình (1.3.6) có thể tính toán một cách ước lượng. Biểu thức kết quả có phần bị làm phức tạp đi khi nó bao gồm cả hàm Bessel trong đó, vì vậy đối với những người không chuyên về lý thuyết, người ta thường không quan tâm và sử dụng biểu thức diễn tả hệ số coupling được rút ra từ lý thuyết này. Trải qua quá trình sản xuất, chế tạo coupler, người ta đã tiến hành đo đạc, thống kê và rút ra biểu thức hệ số coupling bằng thực nghiệm. Biểu thức thực nghiệm về hệ số coupling sau đây thường được sử dụng trong thực tế:

2210

2002

dcdcceank

V (1.4.9)

Với V: tham số sợi quang (xem thêm tài liệu giới thiệu) a: bán kính lõi

add : Khoảng cách tâm hai lõi đã chuẩn hóa ( 2d ).

Hệ số c0, c1, và c2 phụ thuộc vào V, như:

C0 = 5.2789 – 3.663V + 0.3841V2 C1 = - 0.7769 + 1.2252V - 0.0152V2 C2 = -0.0175 – 0.0064V – 0.0009V2

Người ta có thể đặt ra một câu hỏi, liệu có phải cứ đặt hai lõi fiber gần nhau thì luôn dẫn tới việc dịch chuyển công suất một cách tuần hoàn giữa hai lõi hay không. Thật ra, bản chất của công suất dịch chuyển phụ thuộc vào các điều kiện đưa vào ban đầu ở ngay cổng vào. Các nhà



vật lý có thể hiểu kỹ hơn vấn đề bởi sự chú ý rằng, với sự lựa chọn thích hợp của hằng số lan truyền β trong phương trình (1.3.2), biên độ mode 21

~,~ AA có thể trở thành hệ số độc lập trên trục z. Từ các phương trình (1.3.4) và (1.3.5) điều này có thể xảy ra khi tỉ số biên độ

1

2 ~~

AAf ban đầu sao cho:

2

12

12

1

f (1.4.10)

Trong đó phần đóng góp phi tuyến đã được lược bỏ. Phương trình (1.4.10) có thể sử dụng để tìm hệ số lan truyền β. Từ đó β thỏa mãn một phương trình bậc hai, chúng ta tìm thấy hai giá trị của β:

22212

1 a (1.4.11)

Hàm phân bố không gian tương ứng với hai giá trị riêng cho bởi:

yxFfyxFfyxF ,,1, 212

12

(1.4.12)

f Được xác định từ phương trình (1.4.10) với điều kiện . Ở đây 2 tổ hợp tuyến tính riêng của F1 và F2 là các mode riêng của 1 FIBER COUPLER (còn được gọi là supermodes), và các trị riêng tương ứng với hệ số lan truyền. Trong trường hợp coupler đối xứng,

1f và các mode riêng được đưa về dạng hàm chẵn, lẻ của F1 và F2. Khi trạng thái đầu vào là một mode riêng của coupler được kích thích như vậy thì không có công suất chuyển tiếp giữa hai lõi

Công suất chuyển tiếp tuần hoàn giữa hai lõi xảy ra khi ánh sáng truyền tới chỉ một lõi, có thể hiểu việc mô tả theo cách thức ở trên như sau. Dưới điều kiện ban đầu, cả hai siêu mode của FIBER COUPLER được kích thích đồng thời. Mỗi siêu mode lan truyền với hệ số lan truyền riêng. Bởi vì hệ số lan truyền β+ và β- không giống nhau, hai siêu mode sẽ phát sinh một hiệu số pha tương đối trong quá trình lan truyền. Hiệu số pha, zzz e 2 là nguyên nhân gây ra sự chuyển đổi công suất tuần hoàn giữa hai lõi.



Phần 2. CHẾ TẠO COUPLER (FIBER COUPLER FABRICATION) 2.1. Tổng quan về chế tạo coupler. Các phương pháp sản xuất fiber coupler có thể được chia thành hai loại chính: Một là

phương pháp mài mòn cơ học (mechanical-polishing) và hai là phương pháp đốt nóng kéo giãn (fusion-elongation). Trong phương pháp mechanical-polishing, các coupler được sản xuất bằng cách mài mòn mỗi một trong hai fiber và hai bề mặt mài mòn được tiếp xúc và gắn kết với nhau bởi một lớp chất keo kết dính. Nhược điểm của phương pháp này là kỹ thuật mài mòn phải cực kỳ chính xác và các đặc trưng cả về quang học và cơ học của những coupler như thế là không ổn định. Trong phương pháp fusion elongation, các coupler được sản xuất bởi việc nung nóng hai fiber và kéo giãn chúng ra. Những coupler thu được có độ bền cơ học và sự ổn định quang học cao đến nỗi mà phương pháp này được xem như là phương pháp chế tạo coupler tốt nhất hiện nay. Excess loss của những coupler được sản xuất bởi phương pháp này phụ thuộc vào hình dạng của vùng bị fused, kiểu như là độ phẳng phiu và sự thay đổi đều đặn của vùng taper (smoothness and biconical taper gradient). Để giảm bớt excess loss, sự gồ ghề của vùng taper phải được khử đi và sự thay đổi về hình dạng, kích thước trong vùng này phải hết sức nhỏ (Gradient nhỏ). Cụ thể, hình dạng của vùng đốt nóng phải được điều khiển một cách chính xác. Trước đây thì quá trình fused-elongation được thực hiện bằng tay nhưng sau này thì người ta đã kiểm soát một cách tự động quá trình này. Hiện nay, tại FOV chúng ta đang chế tạo Coupler bằng phương pháp fused-elongation một cách hoàn toàn tự động trong các qúa trình elong (Có nhiều giai đoạn, quá trình chế tạo coupler, tham khảo follow chart của coupler line). Các qúa trình chính trong việc sản xuất fiber coupler được chỉ ra trong hình vẽ bên. Những quá trình này bao gồm việc bóc lớp vỏ fiber (fiber coating removal), fiber setting, fusion, elongation, coupling-ratio adjustment, and packing. Tất nhiên là các qúa trình tự động fusion, elongation và coupling-ratio adjustmet là cực kỳ quan trọng trong việc xác định các đặc trưng của fiber coupler như là excess loss, coupling ratio...

Sơ đồ nguyên tắc của hệ thống chế tạo coupler bằng phương pháp fusion-elongation được chỉ ra trong hình vẽ dưới đây:



Nhìn vào sơ đồ nguyên tắc về hệ thống chế tạo coupler ở trên bao gồm: hai elongation stages (clamp), hai cặp microburners chuyển động bởi các motor, một bộ điều khiển dòng khí, một bộ điều khiển các motor, các bộ cảm biến elongation, một laser diode, hai detector và một máy tính (Đối với máy elong chạy hang PBC và Fiber laser coupler thì có đôi chút khác biệt. Ví dụ là chỉ có một torch chung cho đường dẫn ox và Hidro). Máy tính kiểm soát coupling ratio và chiều dài elongation thông qua detector và bộ cảm biến elongation. Sự chuyển động của microburner và lưu lượng dòng khí gas được điều khiển bởi máy tính thông qua bộ điều khiển motor và bộ điều khiển dòng khí. Trong hệ thống này thì sự ma sát giữa các elongation stages phải được giảm thiểu đến mức tối thiểu và một lực không đổi tác động vào các elongation stage trong suốt các quá trình elong. Kết quả là tốc độ kéo được xác định bởi mức độ mềm của fiber. Bán kính cả vùng bị fused và sự biến thiên của vùng taper có thể được tính toán gần đúng bằng việc sử dụng các giá trị như đường kính ban đầu của fiber, chiều dài vùng đốt nóng và chiều dài kéo (elongation length). Máy tính điều khiển các chuyển động của burner và lưu lượng dòng khí theo các thông tin liên quan đến hình dạng của vùng bị đốt. Vui long tham khảo thêm thực tế sản xuất tại chuyền coupler về cấu hình của hệ thống này.

Như vậy, chúng ta đã có cái nhìn tổng quát về lý thuyết cũng như thực nghiệm về chế tạo coupler. Hình vẽ dưới đây là cấu hình, các thông số bên ngoài của một loại coupler có tên là NEC10%. Trong đó, NEC là tên khách hàng, 10% là giá trị coupling ratio. Công suất tại mỗi Port được kí hiệu là P1, P2, P3, P4 (đơn vị đo là oát mW hoặc dBm).



Từ các giá trị yêu cầu đối với các thông số quang học của khách hàng đối với một loại coupler, chúng ta đưa ra các khái niệm, định nghĩa về các đại lượng, thông số ảnh hưởng tới sự hoạt động của coupler và có thể gọi chúng là những thông số quyết định tới chất lượng của coupler như sau (lưu ý thứ tự port trong spec của khách hàng khác với thứ tự port trong chuyền coupler hiện nay ở tất cả các công đoạn).

1. Insertion Loss là tỉ số công suất quang học giữa đầu vào với công suất quang học của bất kì đầu ra nào của coupler diễn tả dưới dạng dB. Nguyên nhân dẫn tới Insertion Loss bao gồm mất mát do chia tách (Coupler splitting Loss hay còn gọi là coupling Loss) và mất mát thực tế (Exess Loss). Insertion Loss là thông số thường được quan tâm nhất trong khi thiết kế, chế tạo coupler. Vì đối với mỗi coupler thì dải tần số hoạt động là khác nhau nên dẫn tới là thường có một khoảng cách đáng kể giữa các giá trị của Insertion Loss cho mỗi đầu ra. Giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của Insertion Loss chính là giới hạn trên và dưới của Insertion Loss tính trong toàn bộ giải tần nó hoạt động. Giá trị Insertion Loss điển hình của một coupler là giá trị mong đợi tại bước sóng trung tâm của giải bước sóng mà coupler ấy hoạt động. Như vậy, với loại coupler một đầu vào và hai đầu ra, chúng ta có hai giá trị Insertion Loss được xác định như sau:

IL12 = -10log (P2/P1) (dB) Giá trị này còn gọi là IL throught Port IL13 = -10log (P3/P1) (dB) Giá trị này còn gọi là IL cross Port

Tại sao trong spec của khách hàng còn có các giá trị IL42, IL43 là vì họ muốn chúng ta kiểm tra lại các thông số quang khi cắm nguồn tại Port 4. Trong khi chế tạo coupler chúng ta chỉ đưa nguồn vào Port 1 (Và hiện nay chỉ có loại hàng NEC10% và 3dB là có spec của khách hàng về việc cắm nguồn tại port này)



2. Temperature Dependent Loss (TDL) : Bởi vì trong thực tế thì coupler hoạt động trong điều kiện nhiệt độ thay đổi nên thông số xác định mất mát của coupler phụ thuộc vào nhiệt độ là một thông số đáng quan tâm trong quá trình chế tạo coupler.

TDL= Max [max {IL (t) λ}- min {IL (t) λ}]

t = 0, 23, 450C; λ= 1530, 1540, 1550, 1560, 1570 3. Wavelength Dependent Loss (WDL). Bởi vì khi ánh sáng truyền trong một môi trường thì giá trị chiết suất của môi trường đó được quy định bởi chính bước sóng của ánh sáng đó, cho nên tuỳ thuộc vào giá trị của bước sóng mà coupler có một tỉ số coupling, giá trị Insertion Loss tương ứng. Để coupler hoạt động ổn định và chính xác trong việc truyền tải tín hiệu, thì yêu cầu về mất mát phụ thuộc bước sóng phải là cực tiểu. Cho nên giá trị WDL được xác định như sau

WDL=[ max {IL (λ) t}- min{IL (λ)t}]

t = 0, 23, 450C; λ= 1530, 1540, 1550, 1560, 1570 4. Polarization Dependent Loss (PDL): Chúng ta biết rằng tuỳ theo trạng thái phân cực của ánh sáng đầu vào mà công suất đầu ra của coupler có giá trị tương ứng là bao nhiêu. Do đó, các giá trị IL của các port cũng phụ thuộc vào trạng thái phân cực của nguồn. Bởi vậy yêu cầu cực tiểu đối với giá trị PDL cũng là một trong những tiêu chí để đánh giá sự ổn định của coupler. PDL được xác định là tỉ số công suất dịch chuyển cực đại và cực tiểu của coupler đối với tất cả trạng thái phân cực của đầu vào.

PDLdB=10log (Pmax/Pmin)

Trên đây là các giá tri chủ yếu đáng quan tâm nhất trong quá trình chế tạo Coupler. Để đạt được các giá trị đó theo đúng spec của khách hàng chúng ta nên tìm hiểu qua quy trình chế tạo coupler tại khâu Elong và khâu đo Loss. Trước hết tài liệu này sẽ trình bày những kiến thức về khâu Elong

Như đã nói ở trên thì quá trình elong được điều khiển tự động bởi máy tính. Hiện tại chúng ta đang sử dụng chương trình điều khiển các quá trình elong được lập trình từ phần mềm Labview. Khi ta bắt đầu khởi động chương trình, thì chương trình sẽ kiểm tra việc kết nối với server, các thiết bị kết nối, điều kiện chạy sản phẩm bao gồm mã sản phẩm, thông số đầu vào…như giao diện bên. Ta cũng có thể vào các module con để xem chi tiết việc kiểm tra này bao gồm những nội dung gì. Sau khi kiểm tra ban đầu việc kết nối thành công, tiếp theo là các bước chương trình chính của elong để chế tạo coupler.



Chương trình này được chia làm 4 bước như sau (Nội dung trình bày sau đây chỉ áp dụng đối với loại submerged coupler, còn loại hang PBC và Fiber laser coupler sẽ bổ sung sau): Bước 1 là bước pre: Vì chúng ta đang bàn tới loại coupler bất đối xứng nhưng chúng ta lại chế tạo từ hai sợi fiber giống nhau cho nên tính bất đối xứng ở đây chỉ được phân biệt ở sự sai khác về đường kính. Mục đích của bước này là làm cho đường kính của sợi Pre nhỏ thuôn hơn ban đầu mà thôi. Lưu ý là đối với loại hàng WDM thì không có bước pre này vì tỉ lệ coupling ánh sáng mà ta cần là 100% (Tham khảo thêm tài liệu về loại hàng WDM). Đối với các loại coupler khác thì tuỳ theo yêu cầu tỉ lệ coupling ratio là bao nhiêu mà ta có giá trị đường kính tương ứng. Lý thuyết và thực nghiệm đã chứng tỏ rằng hệ số coupling là tỉ lệ nghịch với đường kính của sợi Pre. Bởi vậy, trong bước pre thì chúng ta để một sợi fiber đã trip đi lớp vỏ lên hai má clamp của máy elong, đốt nhẹ bằng ngọn lửa của Hidro và kéo nhẹ với vận tốc của clamp thường là vào khoảng cỡ 50µm/giây. Vì hình dạng của vùng pre cũng ảnh hưởng tới các thông số quang học của coupler nên trong bước này và chỉ duy nhất trong bước này, ngọn lửa đốt được di chuyển trên một khoảng cách nhất định với một tốc độ, số lần di chuyển hữu hạn (Hiện tại FOV chọn số lần di chuyển đối với hàng 3dB là 2 lần còn các hàng NEC và TAP là 4 lần, vì thế đường kính sợi pre của hàng 3dB là lớn hơn so với các loại hàng khác). Kết thúc số lần di chuyển cũng như khoảng cách và thời gian di chuyển thì chương trình tự động nhảy sang bước 2.

Để thay đổi đường kính cũng như hình dạng vùng bị đốt của sợi pre, chúng ta có thể thay đổi các giá trị sau đây của bước 1:

Lt Trv. length(µm): chiều dài di chuyển của torch. Tham số này ảnh hưởng đến độ rộng của vùng bị đốt, nếu độ rộng của vùng bị đốt nhỏ hoặc lớn quá dẫn tới sự khó khăn trong việc chỉnh hình của bước sau và cũng có thể là nguyên nhân gây ra excess loss, theo kinh nghiệm thì vùng bị đốt của sợi pre nằm khoảng cỡ 13 đến 15 mm và do đó chiều dài di chuyển của torch nằm cỡ 4000 đến 6000µm; H2 flow rate (cc/min): Lưu lượng dòng khí Hidrro. Tham số này ảnh hưởng đến nhiệt độ và hình dạng của ngọn lửa. Nếu lượng H2 càng nhiều thì ngọn lửa càng nóng và càng dài. Tất nhiên đến một mức độ nào đó thì dù có tăng lượng H2 bao nhiêu thì vẫn không thể tăng thêm được nhiệt độ. Giá trị theo kinh nghiệm của tham số này nằm xung quanh 200cc/min tuỳ theo vào loại hàng mà có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn một lượng 30cc/min tức từ 170 đến 230 cc/min; Vc1 Clamp Speed (µm/sec): tốc độ di chuyển của hai má kẹp. Độ lớn của thông số này có ảnh hưởng mạnh đến giá trị của đường kính của sợi pre và hình dạng của vùng bị đốt. Nếu càng tăng Vc1 thì đường kính sợi pre càng nhỏ; Vt Torch Speed (µm/sec): Tốc độ di chuyển của torch. Để hình dạng của sợi pre được thuôn đều thì giá trị theo kinh nghiệm của thông số này nằm cỡ 1000µm/sec. Chúng ta thường ít đổi giá trị này trong khi tìm điều kiện cũng như chạy sản phẩm.



Các giá trị tiếp theo ảnh hưởng đến đường kính, hình dạng của sợi pre nữa là: Trv. Số lần torch di chuyển qua lại. Giá trị kinh nghiệm thường nằm cỡ 4 lần đối với các mặt hàng TAP, NEC, còn đối với hàng 3dB (50%) thì giá trị này bằng 2; TupPos: là tham số quy định vị trí ban đầu của torch. Nếu giá trị này bằng 1 thì ban đầu Torch sẽ nằm phía trái, bằng 2 thì torch sẽ nằm ở trung tâm và nếu bằng 3 thì torch sẽ nằm ở vị trí bên phải. Thông thường thì tại các bước 2, 3,4 thì torch không có di chuyển nên ta cần điều chỉnh vị trí của torch nằm ở trung tâm với giá trị TupPos các bước này bằng 2; Một tham số khác cũng ảnh hưởng rất lớn đến giá trị đường kính của sợi Pre là chiều cao của torch thường gọi là chiều cao của bước 1 (Height offset).

Theo báo cáo kỹ thuật của FJK thì ta có kết quả về mối quan hệ của chiều cao torch bước 1 đối với giá trị đường kính của sợi pre như sau:



Chúng ta lưu ý rằng trong việc xác định chiều cao của torch thì ta dùng hệ toạ độ đề các mà vị trí gốc toạ độ nằm ngay vị trí của fiber và chiều dương của trục Tung (trục xác định chiều cao của torch) hướng xuống dưới. Qua đó ta có kết luận là càng hạ chiều cao của torch xuống thì đường kính của sợi pre tăng lên. Bước 2 là bước Fusion: Sau khi tiến hành pre thì chúng ta đặt tiếp sợi thứ hai lên hai má clamp rồi tiến hành xoắn hai sợi lại với nhau. Vùng xoắn lại với nhau của hai sợi fiber được chỉnh sao cho nằm cân xứng, đều đặn tại vùng trung tâm. Theo một báo cáo kỹ thuật của FOV thì giai đoạn chỉnh hình này có ảnh hưởng tới độ bền của fiber cho nên lực chỉnh hình, số lượng chỉnh hình phải là nhỏ nhất. Chúng ta không nên chỉnh hình quá nhiều lần và lực sử dụng trong khi chỉnh hình là quá lớn. Điều đó gây hại cho độ bền của fiber. Hình vẽ bên minh hoạ một hình đạt tiêu chuẩn sau khi xoắn hai sợi fiber với nhau. Sau khi đã hoàn thành khâu chỉnh hình, set fiber lên hai má kẹp clamp. Chúng ta tiến hành đốt nóng hai sợi fiber tại vùng bị xoắn lại với nhau. Tại bước này, chúng ta cần một nguồn nhiệt lớn để hai sợi fiber được nung nóng melt lại với nhau nên trong bước này ngoài lượng Hidro thì chúng ta có sử dụng cả một lượng oxi tương đối lớn hơn lượng Oxi có trong không khí (Lưu ý, tỉ lệ lượng Hidro và Oxi phải luôn lớn hơn 2:1, nếu không sẽ gây ra nguy cơ nổ lớn khi đốt Hidro với Oxi). Trong bước này thời gian được khống chế tại giá trị Ftime. Nhiệt độ của ngọn lửa bị ảnh hưởng bởi giá trị của lưu lượng dòng Hidro và Oxi. Chiều cao của ngọn lửa cũng là nhiệt độ ảnh hưởng tới fiber và vùng bị đốt được quy định bởi chiều cao của torch. Lưu ý là tại bước 2 này chúng ta chỉ tiến hanh đốt mà không kéo hai sợi fiber nên vận tốc của hai clamp trong bước 2 này là bằng 0. Sau bước này, kết quả là hai sợi fiber bị nung mềm đi



và xoắn chặt lại với nhau, không còn khoảng cách cách biệt giữa hai sợi, không còn phân biệt được 2 sợi nữa. Hình dạng đạt yêu cầu là hai sợi fiber được hoà lẫn thành một. Ý nghĩa của bước hai này có ảnh hưởng rất lớn đến giá trị PDL sau này vì khi hai sợi được melt lại với nhau một cách hoàn toàn tại vùng trung tâm thì mới có khả năng là đạt được giá trị cực tiểu của PDL. Giá trị PDL phụ thuộc rất nhiều vào hình dạng của vùng coupling. Vùng coupling này càng melt chặt chẽ, thuôn đều, cân xứng và tròn trịa thì giá trị PDL càng nhỏ. Bởi chúng ta biết rằng ngoài các trạng thái phân cực của nguồn thì hình dạng tiết diện của vùng coupling cũng ảnh hưởng rất lớn đến PDL. Tiết diện của vùng coupling là tròn thì sự phụ thuộc vào phân cực của mất mát là nhỏ nhất suy ra PDL lúc đó là nhỏ nhất. Cho nên, nếu tại quá trình đo loss mà rớt giá trị PDL thì chúng ta nên xem lại hình dạng của Coupler sau khi elong coi hai sợi fiber có đượ melt lại với nhau không, hình dạng của vùng này có tròn, đều cân xứng nhau hay không. Sau đó bằng cách điều chỉnh lửa bước 2, chiều cao bước 2 hoặc cũng có thể điều chỉnh thời gian đốt của bước 2 ta sẽ khống chế được giá trị PDL. Hình dạng và tiết diện của hai sợi fiber được nung nóng với nhau có dạng như bên: Bước 3 là bước Elongation: sau khi hai sợi fiber được xoắn lại và đốt nóng melt lại với nhau thì chương trình chuyển sang bước 3 là vừa đốt vừa kéo. Trong bước 3 này, chúng ta chỉ đốt Hidro mà không có Oxi. Mặt khác tại bước 3 thì chúng ta kéo cho hai sợi fiber gắn chặt với nhau hơn và đường kính của cả hai sợi nhỏ hơn. Nhờ có sự làm mềm sẵn từ bước 2 nên trong bước 3 này khi chúng ta vừa đốt vừa kéo thì hai sợi fiber được vuốt thuôn nhọn một cách đều đặn, vùng trung tâm bị fusion khi đó sẽ có sự truyền công suất từ sợi cắm nguồn sang sợi không căm nguồn (sợi Pre). Giá trị dịch chuyển công suất sẽ tăng lên và vì thế giá trị Insertion Loss của hai port là Ilth và Ilcr cũng vì thế mà thay đổi. Trong bước này thì thời gian đốt không bị khống chế bằng giá trị Ftime mà chúng ta khống chế bằng các giá trị coupling ratio hoặc clen trong file fab của chương trình. Nếu trong khi đốt bước 3, một trong hai giá trị đó mà đạt tới giá trị mặc định trong file fab thì chương trình sẽ tự động ngừng và chuyển sang bước 4. Có nhiều điều chúng ta phải quan tâm khi khống chế các giá trị trong file fab. Ví dụ như đối với giá trị của coupling ratio thì chúng ta nên chọn giá trị tại đỉnh của đường coupling ratio khi chúng ta thả lỏng chiều dài. Bởi tại giá trị đỉnh đó thì chúng ta sẽ đạt được WDL nhỏ nhất. (xem báo cáo kĩ thuật của FJK). Hình ảnh dưới đây là đường coupling ratio của loại coupler 3dB. Giá trị coupling ratio dừng tại giá trị 0.5 và chiều dài clen dừng tại giá trị khoảng 10.8mm.

Core



Thông thường chúng ta nên chọn giá trị coupling ratio và clen nhỏ hơn so với spec một chút và có thể điều chỉnh các giá trị này trong bước 4.

Bước 4 là bước điều chỉnh nhẹ coupling ratio: Tại sao chúng ta phải cần tới bước 4? Vì trong khi chúng ta đốt bước 2 và 3 thì nhiệt độ, tốc độ kéo rất cao, vì thế khi ngừng bước 3 thì các giá trị CR, IL… sẽ thay đổi một cách đáng kể do việc dừng đột ngột lực kéo cũng như nhiệt độ. Bởi thể, để tránh tình trạng các thông số vượt ra ngoài spec của khách hàng chúng ta cần tới bước 4 để điều chỉnh nhẹ các thông số quang học của coupler. Chính vì mục đích đó thì lưu lượng khí cũng như tốc độ kéo, chiều cao của torch tại bước 4 là nhỏ hơn so với giai đoạn chính của quá trình elongation. Các giá trị cần quan tâm trong bước 4 này đó là different Insertion loss, Different coupling ratio giữa các bước sóng với nhau. Các giá trị Diff này càng nhỏ thì nguy cơ rớt WDL tại khâu đo loss sẽ càng thấp. Các giá trị thông thường đối với các sản phẩm là Diff nằm trong khoảng từ 0 tới 0.1dB. Giao diện tại bước 4 này có hình dạng và các thông tin như sau:



2.1 Thực hành (Phần này hiện còn chưa hoàn chỉnh) Giới thiệu: Trước khi bước vào phần thực hành sản xuất coupler, mỗi kỹ sư và công nhân

cần được trang bị một vài kiến thức tối thiểu làm việc trong môi trường phòng sạch coupler (Xem tài liệu về phòng sạch). Qua thời gian traning khi bắt đầu vào FOV, mỗi người cần nắm được các kiến thức cơ bản về optical fiber, cách đối xử với fiber, ánh sáng và bước sóng (Xem tài liệu về các vấn đề liên quan)…Các điểm chính để làm một fiber coupler là quá trình gỡ bỏ lớp vỏ (Coating removal process), chỉnh sửa và làm sản phẩm (Setting and elongation), hoàn thiện và đóng gói sản phẩm (shell, SUS and Packing). Để chuẩn bị bước vào công đoạn làm sản phẩm chúng ta cần nắm bắt một vài thao tác cơ bản để có thể tiến hành đúng với yêu cầu. Sau đây là một vài khái niệm trong JBS của elong (Hướng dẫn cụ thể thao tác tại giai đoạn elong). Xin mời tham khảo tài liệu JBS của elong đính kèm.

1. An Toàn (Safety ) 1.1 Luôn luôn đeo bao tay đặc biệt khi tiếp xúc với fiber (Always wear special glove when contact with fiber) 1.2 Gỡ bỏ hết tất cả các đồ trang sức trước khi bước vào phòng sạch.(Take out all of jewellery before going to cleaning room)



2. Quấn và gỡ fiber ( Winding and rewinding) Mục đích: Để trang bị cho công nhân một kĩ năng trong khi làm việc với fiber Purpose: To equip to operator a skill while working with fiber Chú ý (Note) : Tránh làm fiber gãy (Avoid making fiber broken)

3. Gỡ bỏ lớp vỏ fiber (Coat removing ) Mục đích: Để thao tác thực hành trong bước này chuẩn xác là một điều rất quan trọng Purpose: To make corrective operation in step that is very important 3.1 Giữ fiber thẳng hàng (Keep fiber straight in right position) 3.2 Kéo bộ phận chuyển động của thiết bị trip một cách đều đặn và dứt khoát (Pull movable part smoothly). Chú ý (Note) Không bao giờ thực hiện công đoạn này theo cách đẩy dụng cụ. Điều đó có thể làm hỏng fiber (Never push this tool. It cause bare fiber damage) Phải kiểm tra chiều dài đoạn gỡ bỏ phù hợp với yêu cầu sản xuất (Must to check removing length according to manufacture check sheet)

4. Vệ sinh làm sạch (Cleaning) Mục đích: Để sản phẩm có sự ổn định về chất lượng Purpose: To make stability of product quality Chú ý(Note:)

Ngâm đoạn fiber đã trip đi lớp vỏ trong giấy thấm cồn trong khoảng một phút (Soak clean wipe with ethanol then hold the UV removed part about one minute) Yêu cầu đối với bước này là không chỉ làm sạch mà còn giữ fiber an toàn không bị hư hỏng trầy xước khi làm sạch (Requirement of this step is not only clean enough but also keep fiber not to be damaged as crack, scratch… when cleaning). Để tránh sợi pre bị cháy vì ngọn lửa của bước pre có di chuyển nên cần thiết tránh vệ sinh không sạch, vội vã.



5. Kiểm tra thử độ bền fiber (Proof test) Mục đích: Kiểm tra độ bền fiber sau khi gỡ tách lớp vỏ và làm sạch để bảo đảm rằng những bước này không ảnh hưởng tới fiber trần trong phần đã gỡ đi lớp vỏ. Purpose: Check strength of fiber after coat removing and cleaning to assure that these step do not to effect to bare fiber in UV removed part

2. Elongtion

a. Chuẩn bị (Fiber setting) Không để vùng fiber trần đụng vào máy móc. Nếu điều này xảy ra cần bỏ đi fiber đó

và làm sản phẩm với fiber mới. ( Do not let bare fiber area to touch to machine. If it happen, throw this fiber and make new fiber) Thiết đặt fiber ngay tại tâm của hai rãnh clamp (Set fiber at center position by using

parallel tool) Xem xét việc điều chỉnh tension (Consider to adjust tension)



b. Xoắn fiber và chỉnh hình (fiber Fiber’s eyes and parallel adjustment) Đặt hai fiber ngay ngắn, song song với nhau trên các rãnh kẹp (Align two fiber’s eyes

clearly), tiến hành các thủ tục xoắn fiber Kiểm tra bề mặt của vùng xoắn các fiber và điều chỉnh hình sao cho ngay ngắn, đối

xứng bằng sự hỗ trợ của camera và que nhựa ( Check surface of parallel tool and adjust distance between two sides of tool by microscope and CCD camera)

Hình dạng nhận được của vùng xoắn có dạng cân đối sau đây là có thể chấp nhận được d. Đốt và kéo (Fusion and elongation) Kiểm tra chiều cao của ngọn lửa, hình dạng của ngọn lửa khi bắt đầu đốt và trong

quá trình đốt (Check flame of torch when starting) Theo dõi và quyết định điểm dừng hợp lý tại bước 4 ( Decide stop point suitably)

e. Shell packing Làm sạch ống shell và sấy khô chúng trước khi đưa vào máy ( Clean shell and

make them dry before set to machine) Tránh đụng chạm vào fiber khi sấy keo UV ( Avoid to touch to fiber setting frame

while fixing UV-7 adhesive) Thực hiện đúng thời gian ( Keep on time: maximum is 5 minute for Bond-quick

adhesive)

f. Kiểm tra ngoại quan (Appearance check) Kiểm tra các hạng mục theo check sheet ( Check all items according to check

sheet ) Tránh phá hỏng, gây hại tới fiber và ống shell (Avoid making fiber and shell

damage)



2.3. Kinh nghiệm. Một trong những kỹ năng của kỹ sư chuyền coupler làm việc tại khâu elong là kỹ năng test điều kiện. Để có thể khống chế được việc test điều kiện này thì kỹ sư coupler cần nắm được khái niệm về quang học sợi quang, nguyên tắc hoạt động của coupler, của hệ thống chế tạo coupler, phân tích chương trình labview elong, kiến thức về hệ thống đo loss, … Sau một thời gian làm việc tại chuyền coupler, kết hợp với các tài liệu có được, một số kinh nghiệm sau đây có thể dùng để tham khảo trong quá trình làm việc tại chuyền coupler. Hy vọng rằng, theo thời gian thì các nội dung được trình bày sẽ được update và bổ sung sự chính xác và đầy đủ hơn.



Câu hỏi thứ nhất đặt ra: Làm thế nào để có thể tìm được điều kiện cho elongation: Để bắt đầu quá trình test điều kiện cho hàng coupler thì có thể chia làm 4 bước như sau: Bước 1: Tìm điều kiện thích hợp cho đường kính của sợi pre Bước 2: Thiết lập chương trình với coupling ratio =1 và clen =12 hoặc 13 để tìm đỉnh điểm dừng. Đây được gọi là thả lỏng chiều dài. Bước 3: Sau khi đã tìm được đỉnh điểm dừng hợp lý, tiến hành việc ngắt chiều dài và coupling trong file fab. Điều chỉnh CR và Clen bằng các tham số khác. Điều chỉnh sao cho các tham số như ILth ILcr, CR, Excess loss đạt spec của khách hàng. Bước 4: Nếu điều kiện tại elong đã ok thì chúng ta tiến hành packing 1 vài sản phẩm để test loss nhằm mục đích xác nhận lại các thông số spec khác như WDL, PDL, TDL… Nếu IL và WDL rớt thì xem lại đỉnh điểm dừng và kiểm chứng lại đường kính sợi pre. Nếu PDL rớt thì xem xét lại hình dạng tiết diện của vùng coupling (Vùng giữa của coupler). Tóm tắt bảng điều chỉnh các giá trị thông số của việc test điều kiện.

- Change torch step 2,3 - Change gas flow

- Redue prel Dia

Redue prel Dia

- Reduce Ftime - Reduce Vc step 3 - Change torch step 2,3

Condition OK - Increase Ftime

- Increase Vc step 3

- Change torch step 2,3

- Change torch step 2,3 - Change gas flow - Increase Ftime - Increase prel Dia.

-Increase prel Dia - Change torch step 2,3 - Change gas flow

Increase prel Dia.

Long

Parameter affective - Pre-elong dia - Torch height step2,3 - Gas flow amount - Vc Step3 - Fusion time

Parameter affective to Pre-dia

- Torch height step 1 - Gas flow amount at step 1 - Vc Step1 - Length torch

- Change torch step 2,3 - Change gas flow - Redue Ftime - Redue prel Dia



Câu hỏi thứ hai đặt ra:



Phần 3: MÁY MÓC, BẢO TRÌ VÀ SỬA CHỮA. 3.1. Chỉnh sửa torch, camera và cân chỉnh torch, clamp. Phần này Dũng chỉ trình bày theo sự hiểu biết của mình thôi. Thực ra phần này nên để PTE trình bày thì tốt hơn. Nhưng thiết nghĩ, một quyển sổ giành cho kỹ sư coupler thì cũng nên biết về vấn đề này nên vẫn mạnh dạn đưa vào. Mọi người xem và cho ý kiến nhé: Khi set máy ban đầu thì bộ phân PTE đã cố gắng thiết lập sao cho torch, camera, clamp…ở vào đúng vị trí. Sau đó thì các bộ đèn định vị hồng ngoại sẽ xác định vị trí của các thiết bị, bộ phận có khả năng chuyển động trong suốt chương trình hoạt động. Song vì một lí do nào đó, các bộ phận đó có vị trí thay đổi không đúng với việc setup ban đầu, hoặc việc setup ban đầu chưa hoàn toàn chính xác và đúng đắn, chúng ta cần phải set lại. Để setup lại torch và camera chúng ta có thể vào chương trình labview với giao diện như sau:

Để tìm hiểu chi tiết hơn ta lần lượt tìm hiểu từng đối tượng một Hình ảnh dưới đây minh hoạ và giải thích việc chỉnh sửa từng đối tượng một: Các số hiệu như M1-1, M1-2, M3-4…do PTE đánh dấu để dễ bề kiểm soát và dò tìm trong chương trình cũng như việc setup lại các thông số. Các ký hiệu như X,Y, Z, PX, PY, PZ… là chỉ các trục toạ độ trong hệ toạ độ đecac (3 chiều) mà có trục Z thẳng đứng từ trên xuống, trục X nằm ngang từ trái sáng phải, trục Y nằm ngang từ trong ra ngoài.1x, 10x, 1/10x…cho biết đơn vị chiều dài sẽ dịch chuyển.



Chương trình điều khiển camera và torch

Ngoài ra chúng ta có thể sử dụng chức năng Unit

Chỉnh clamp bên trái xa gần

Chỉnh Torch vào ra

Chỉnh Torch lên xuống

Chỉnh Torch và Camera sang trái - phải

Phần này không liên quan tới optical coupler mà chỉ dùng khi chạy hàng Panda

Bệ Osy vào ra

Bệ gá shell vào ra, dùng để chỉnh shell khi packing

Bệ gá shell lên xuống, dùng để chỉnh shell khi packing

Camera vào ra



X-1: Vị trí Clamp ban đầu Z-1: Vị trí camera ban đầu A-1: Vị trí Camera Stage (gồm Torch, camera, packing base) ban đầu LeftR-1: Vị trí xoay clamp giữ fiber khi chỉnh tension bên trái (PBC) RightR-1: Vị trí xoay clamp giữ fiber khi chỉnh tension bên phải (PBC)

Z-6: Vị trí packing base trên Camera Stage di chuyển ra trước khi Set Neoceram. Chỉnh theo hướng lên xuống. A-6: Vị trí packing base trên Camera Stage di chuyển ra trước khi Set Neoceram. Chỉnh theo hướng qua trái qua phải. Pack-6: Vị trí packing base sau khi bấm "Set Neoceram" và trước khi kéo prooftest 250g.



3.2. Các lỗi thường gặp với phần cứng: Torch: Gãy torch, lệch torch, torch bám bẩn, torch không dịch chuyển vào ra, trái phải đúng chương trình. Nguyên nhân: Lỗi chương trình, thao tác chưa phù hợp, có trouble với các bộ đèn định vị toạ độ của torch, fiber bị cháy gây muội than đọng lại trên torch, độ sạch của môi trường không đảm bảo, trong quá trình thực hiện thao tác đã chạm vào torch, bộ phận truyền động của torch bị gãy Camera: Hình không nét, không cân xứng, màn hình không hiện thị hình ảnh chụp bởi camera: Khoảng cách camera với fiber chưa thoả mãn điều kiện vật ảnh rõ nét, lỗi chương trình…Hai má kẹp clamp chưa được cân chỉnh đúng vị trí, cân xứng với nhau. Có thể khắc phục bằng việc tắt máy, tắt các bộ điều khiển động cơ bước và khởi động lại. Nếu không được thì báo với kỹ sư và PTE để chỉnh sửa setup lại vị trí của camera, cân chỉnh lại các má kẹp clamp và toạ độ camera (Xem them tài liệu đính kèm về cách cân chỉnh máy elong) Tension: Tension không hiện thị đúng với giá trị Dial Gauge và vượt ra ngoài spec, tension tăng giảm bất thường và không điều chỉnh được, tension không giữ nguyên khi packing và trả về dưới giá trị spec…

Nguyên nhân: Kết cấu liên kết giữa sensor với clamp chưa phù hợp, hai má clamp bị ma sát nhiều khi chuyển động, các giá trị thiết lập trên tension meter chưa phù hợp. Thao tác kiểm tension của OP chưa đúng.

Y-2: Vị trí camera vào ra khi chỉnh mắt PBC (trái) Y-3: Vị trí camera vào ra khi chỉnh mắt PBC (phải) Y-4: Vị trí camera vào ra khi chỉnh với Parallel tool (trái) Y-5: Vị trí camera vào ra khi chỉnh với Parallel tool (phải) Z-2: Vị trí camera lên xuống khi chỉnh mắt PBC (trái) Z-3: Vị trí camera lên xuống khi chỉnh mắt PBC (phải) Z-4: Vị trí camera lên xuống khi chỉnh với Parallel tool (trái) Z-5: Vị trí camera lên xuống khi chỉnh với Parallel tool (phải) A-2: Vị trí camera khi chỉnh mắt PBC (trái) A-3: Vị trí camera khi chỉnh mắt PBC (phải) A-4: Vị trí camera khi chỉnh với Parallel tool (trái) A-5: Vị trí camera khi chỉnh với Parallel tool (phải)



Hệ thống gas khí hút: Hệ thống truyền dẫn và các dây nối bị rò rỉ, các đồng hồ hiện thị và các khoá, van hoạt động không chính xác. Khí gas bị tạp chất, lượng khí gas đã hết đến mức phải đổi bình gas, loại gas. Nguồn: Bước sóng, công suất…không phù hợp với spec của khách hàng, không đáp ứng được sự tương thích giữa hệ thống nguồn của khâu elong và khâu loss. Nguồn hoạt động không ổn định.

Bên cạnh đó còn có các lỗi cơ khí và chương trình khác….continue

Thiết bị OPM (Optical power meter) (Áp dụng cho loại HP 8153A)

A. Tổng quan về thiết bị (Xem thêm tài liệu đính kèm về manual cho loại thiết bị này)

Bàn phím

Hầu hết các phím đều có hai chức năng, phụ thuộc vào việc chọn chế độ. Màu sắc khác nhau, hoặc lời ghi chú trên phím, bên trên phím cho thấy các chức năng khác nhau đó. Tiếp theo đây chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu các phím chức năng đó:

Phím Chan, phím mode và các phím modify luôn luôn có cùng một chức năng như nhau.

Phím Chan: chức năng là lựa chon kênh. Những phím khác hoạt động chỉ trên kênh đã được chọn lựa. Kênh A tương ứng với phần bên trái. Kênh B tương ứng với phần bên phải.

Phím Mode : Bật tắt chế độ giữa đo và menu mode. Các phím modify (trái phải) : Chọn lựa con số hoặc ký tự để điều chỉnh.

Các phím modify (trái phải) : Chọn lựa các con số hoặc ký tự, hoặc tham số. Chế độ đo (Measure mode) :Chế độ đo là chế độ tự động lựa chọn (mặc định) khi ta bật thiết bị. Trong chế độ này ta có thể thiết lập và làm những phép đo đơn giản. Trong chế độ đo, chữ viết màu đen trên phím chỉ chức năng của nó.

Phím param : Chọn lựa tham số đo mà ta muốn xem hoặc điều chỉnh.



B. Điều chỉnh và sử dụng Disp--->Ref : Đo và ghi lại mức độ công suất đầu vào để sử dụng như là một sự tham chiếu, quy chiếu. dB : Hiện thị mức độ công suất đầu vào tới một sự tham chiếu (đơn vị đo insertion loss)

dBm/W : Bật tắt chuyển đổi giữa các đơn vị dBm và Woat (Đơn vị đo công suất) Zero : Đo nhiễu điện trong thiết bị và bù đắp cho nó. (nghĩa là set zero)

N Dig : Chọn lựa số của vị trí thập phân hiện thị trong kết quả. Range Keys (Auto) : bắt đầu hoặc dừng lại một cách tự động phạm vi

(up) : Chọn lựa phạm vi đo cao hơn (Down) : Chọn lựa phạm vi đo thấp hơn

Menu mode (Danh sách chế độ) : Trong chế độ này có những chương trình thủ tục chạy trước đối với một vài hoạt động chung, nhưng không phức tạp nhiều, đo đạc. Trong menu mode, chữ màu xanh ở trên phím cho thấy chức năng của phím. Có một vài phím mà sự hoạt động của nó là chung chung đối với tất cả các nhiệm vụ ta làm trong menu mode. Edit : Cho ta truy cập tới các tham số để thay đổi

Prev : và Next : là các bước trong suốt các hạng mục của một menu. Ví dụ : Những hạng mục mà có thẻ có các loại ứng dụng lưu trữ khác nhau, hoặc các tham số khác nhau cho cấu hình của hệ thống. Excec : Để gọi một ứng dụng, hoặc để kết thúc sự điều chỉnh một sự thay đổi tham số của hệ thống Pause : Để tạm ngừng ứng dụng đạng chạy hoặc tiếp tục một ứng dụng đang tạm ngừng.

System : Chọn lựa các tham số hệ thống. Sự lựa chọn này cho phép ta xem và thay đổi cấu hình của thiết bị.

Loss : Chọn lựa ứng dụng loss. Một phép đo loss cho ta biết có bao nhiêu tín hiệu quang học của ta ta bị mất mát khi truyền qua một thiết bị. Mất mát được tính toán bởi công thức sau đây: Loss=10log(Pout/Pin)dB.

Để đo loss chúng ta cần cả hai đại lượng: Pin và Pout. Ứng dụng ghi lại Pin khi ta bắt đầu ứng dụng. Thiết bị sẽ diễn tả tất cả các kết quả sau đó liên quan tới giá trị ghi lại ban đầu này (gọi là Porg). Những kết quả đó là kết quả loss. Record: Chọn lựa từ các ứng dụng Stability, logging, manual logging, plot or Print.

Stability: Thực hiện những mẫu tại Thiết bị OPM của elong. (Áp dụng cho loại AQ2140 ANDO)

AQ2140 có hai kênh, trong những trường hợp sử dụng chung có thể được hỗ trợ và dễ dàng hoạt động với nhiều chế độ, chức năng khác nhau. Tuy nhiên ta phải kết nối với chỉ



duy nhất các module được thiết kế đo dành riêng cho nó. Ta không thể sử dụng các unit quang học thông thường khác cho AQ2140.

Bằng việc kết nối hai sensor với thiết bị AQ2140, ta có thể đo công suất của hai thiết bị cùng một lúc đồng thời. Và bằng việc kết nối một sensor và một nguồn sáng với AQ2140 ta có thể đo mất mát tín hiệu quang học trong khi truyền…continue.

Thiết bị OSA (Optical spectrum analyzer) Máy phân tích phổ.



Phần cuối: GIỚI THIỆU TÀI LIỆU THAM KHẢO. Trong phần này, Dũng sẽ trình bày tóm tắt những nội dung mà các tài liệu trình bày để nếu ai có nhu cầu tìm hiểu về nội dung đó thì sẽ tìm đến tài liệu đó để đọc toàn bộ, trọn vẹn hơn cho đỡ mất thời gian tìm kiếm.

1. Introduction to fiber optics. Quyển sách này trình bày tổng quan về fiber optics, nội dung giáo trình được trình bày một cách dễ hiểu và phổ thông. Khác với các giáo trình khác thì quyển này đáng được gọi là giành cho dân không chuyên về fiber optics nhưng lại làm việc trong lĩnh vực liên quan đến fiber đọc để có kiến thức nền tảng về sự truyền ánh sáng trong sợi quang, khái niệm về sự mất mát trong quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang (Decibels), kỹ thuật hàn và kết nối các sợi fiber với nhau, các vấn đề về nguồn sáng và thiết bị đo lường ánh sáng, hệ thống truyền tin bằng sợi quang…Mỗi một kỹ sư khi bước chân vào FOV thì những ngày đầu tiên là được phát cho quyển giáo trình này để nghiên cứu.(Giáo trình này hiện đã được tái bản tới 3 lần)

2. Applications of Nonlinear Fiber Optics: Sau khi đã có kiến thức cơ bản về…

3. .. 4. ..

5. …



Một số bài báo, công trình nghiên cứu liên quan.

LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU VỀ HIỆN TƯỢNG COUPLING ÁNH SÁNG TRONG COUPLER KHÔNG ĐỐI XỨNG

Một số định nghĩa cần thiết

Coupler: Một thiết bị đóng vai trò phân chia hoặc tổng hợp các tín hiệu quang học trong các fiber với nhau. Đối với bộ phận PRD3 của FOV thì chỉ có các loại coupler đơn giản (một hoặc hai đầu vào ra).

Wavelength-Flattened coupler (WFC): Là một loại coupler mà kết nối các fiber có đường kính lõi khác nhau. Loại coupler này còn được gọi là coupler không đối xứng. Nếu một coupler mà dùng để kết nối các fiber có đường kính các lõi như nhau thì được gọi là coupler đối xứng. Hiện tại thì PRD3 chỉ sản xuất sản phẩm coupler đối xứng.

Fused-taper region (thường gọi là taper) là vùng trung tâm của coupler, nơi mà hai sợi fiber (hoặc nhiều hơn) được gắn kết với nhau bởi phương pháp nung nóng chảy (Lưu ý có nhiều phương pháp chế tạo coupler). Các tham số của vùng này được thể hiện trên hình vẽ (1),(3) bao gồm: …Coupler được chế tạo bởi phương pháp này được gọi là Fused-taper coupler (FTC). Phương pháp hiện tại của FOV chúng ta chủ yếu là dùng phương pháp này (kèm theo phương pháp nung nóng chảy kết hợp kéo dãn dài)

Normal mode: Hiểu một cách sơ lược là mode duy nhất có thể truyền được trong sợi đơn mode ( các tham số để các định được tính duy nhất bao gồm bước sóng, góc tới…). Khái niệm về các mode truyền trong fiber liên quan tới nghiệm riêng của phương trình truyền sóng trong sợi quang. Thoạt đầu ta cứ nghĩ rằng, các tia sáng truyền đi vào fiber theo một góc nào đó để thỏa mãn hiện tượng phản xạ toàn phần giữa mặt phân cách của lõi (core) và vỏ (cladding) thì sẽ có thể truyền được trong suốt sợi quang. Nhưng đó mới chỉ là điều kiện cần mà chưa phải là điều kiện đủ để một sóng ánh sáng truyền được trong suốt chiều dài một sợi fiber. Để tìm điều kiện cho việc truyền sóng ánh sáng trong fiber ta phải xuất phát từ phương trình truyền sóng (Một phương trình thu được từ hệ phương trình Maxell). Cho nên khi giải phương trình truyền sóng điện từ (ánh sáng truyền trong fiber cũng là một loại sóng điện từ) ta có được nhiều nghiệm thỏa mãn, mỗi một nghiệm là một mode truyền trong sợi fiber. Trong số các mode truyền trong fiber thì mode có bậc thấp nhất gọi là mode cơ bản (normal mode) và nó truyền gần trục trung tâm của fiber nhất.

The Effective-index method (EIM): Phương pháp chỉ số hiệu dụng, một trong những phương pháp dùng để phân tích hiện tượng coupling ánh sáng trong coupler. Nội dung về phương pháp này còn sơ lược khi được đề cập dưới đây.

The step-approximation method (SAM): Phương pháp xấp xỉ bậc (hoặc bậc xấp xỉ) cũng là một trong những phương pháp dùng để phân tích hiện tượng liên kết (tương tác) ánh sáng trong coupler. Theo đó, người ta chia vùng taper thành



từng đoạn liền kề nhau và được gọi là các bậc, trong mỗi đoạn như vậy thì đường kính của tiết diện là không đổi, để tính toán sự thay đổi một đại lượng nào đó trên suốt vùng taper thì người ta tính sự biến thiên của đại lượng đó giữa các bậc kề nhau, quá trình cứ như vậy cho đến hết chiều dài của taper. Bậc thứ 0 được tính từ đầu tín hiệu vào của vùng taper.

Light Coupling phenomena: tên tiếng việt dịch theo thuật ngữ thì gọi là hiện tượng liên kết ánh sáng (có thể hiểu theo nghĩa là tương tác ánh sáng với nhau, phân chia ánh sáng). Trong tài liệu này chúng ta vẫn để nguyên là coupling ánh sáng



Tóm tắt nội dung Lý thuyết trình bày về việc nghiên cứu hiện tượng coupling ánh sáng trong

vùng taper của coupler không đối xứng bằng 2 phương pháp (EIM và SAM). Nghiên cứu chỉ ra rằng, để nhận được dạng phẳng của các đặc trưng phổ tương tác thì các tham số của coupler phải được tối ưu hoá. Mối quan hệ về sự tối ưu hoá của các tham số đó được xác định và áp dụng đối với các coupler trong hệ thống thông tin quang tiêu chuẩn.

I. Giới thiệu Loại coupler đơn mode chế tạo bằng phương pháp nung nóng chảy đóng

một vai trò quan trọng trong hệ thống truyền thông bằng quang học, công nghệ đo lường bằng sợi quang, các hệ thống cảm biến dùng fiber…Trong số các loại fiber đơn mode đó thì loại WFC là đặc biệt quan trọng bởi vì độ mất mát thấp và với tính chất các đặc trưng của phổ tương tác có hình dạng phẳng là rất cần thiết trong hệ thống nhân chia đa bước sóng, trong sự phát triển các coupler hình sao.

Lý thuyết nghiên cứu của WFC đã được trình bày bởi vài tác giả [2], [4]. Tuy nhiên, với kiến thức hiểu biết của chúng tôi thì các nghiên cứu chi tiết về WFC để xác định sự ảnh hưởng của các tham số coupler lên dạng các đặc trưng của phổ tương tác là vẫn chưa được thực hiện. Cụ thể là ảnh hưởng của sự không tương đồng giữa các sợi quang b2/b1, mức độ fused khi chế tạo coupler η, giá trị cực tiểu của khúc thắt vùng taper cmin lên các đặc trưng của phổ tương tác vẫn chưa được công bố rộng rãi.

Trong tài liệu này, chúng tôi trình bày về phép phân tích mode cơ bản của hiện tượng coupling ánh sáng trong FTC. Chúng tôi cũng tìm ra được các tham số tối ưu của coupler để nhận được WFC.

II. Phép phân tích mode cơ bản của hiện tượng coupling ánh sáng

Hình vẽ 1 chỉ ra cấu trúc của các coupler FT. Vùng tương tác là vùng mà

các lõi được đưa lại gần nhau, được ép sát vào nhau bởi các giai đoạn liên tiếp như được chỉ ra trong hình vẽ phóng đại của coupler (Các lõi của fiber trong hình vẽ là chưa thực sự được ép sát gắn kết với nhau, chỉ mới là kết quả của những bước ban đầu của quá trình fused). Trong phương pháp chỉ số hiệu dụng, để phân tích các mode cơ bản thì người ta chuyển sự phân tích cấu trúc 2 chiều của coupler tương đương thành bài toán một chiều. Chỉ số hiệu dụng và các hằng số truyền đối với các mode cơ bản chẵn và lẻ lần đầu tiên thu được bằng EIM và sự phân tích ống dẫn sóng với hữu hạn phần tử [7]. Trong phương pháp gần đúng bậc, biên độ của sóng truyền và các hệ số chuyển đổi mode giữa các mode cơ bản chẵn và lẻ xuyên suốt các bậc được tìm ra một cách chặt chẽ bởi việc đưa vào sự tính toán sự khác pha giữa hai mode cơ bản. Bằng việc tính toán biên độ sóng truyền và các hệ số chuyển đổi mode, biên độ tổng cộng và hệ số chuyển đổi trong suốt vùng tương tác của taper có thể thu được.

Mô tả sơ lược của taper dọc theo trục z có thể được xác định một cách gần đúng bởi công thức



C(z) = c0 – (c0 – cmin )exp[- (z/z0)2] (1) Trong đó c(z) là đường kính chính của coupler tại vị trí z trên trục taper, c0

là đường kính ban đầu của coupler và cmin là đường kính tại điểm thắt vùng taper (Tại đó, ta chọn z=0). Z0 là độ dài tỉ lệ của taper. Phương trình (1) được biết tới như là một sự gần đúng đối với việc mô tả sơ lược vùng taper của coupler mà được sản xuất bởi kỹ thuật nung nóng chảy và kéo dãn dài [1] (Để hiểu rõ hơn về công thức 1 chúng ta có thể tìm hiểu kỹ thuật chế tạo coupler của bộ phận PDR3). Chiều dài L của taper (thường được xác định như là khoảng cách giữa hai điểm mà tại đó đường kính của coupler giảm 10% so với đường kính ban đầu của nó) gần bằng 3 lần z0. Hình 3 cho thấy hình vẽ tiết diện hiệu dụng của một FTC. Trên hình vẽ thì d là khoảng cách giữa hai lõi, b1, b2 là bán kính của hai fiber. Các tham số c, d, b1 và b2 được giả sử là có cùng hàm phụ thuộc như nhau dưới dạng (1). Điều đó có nghĩa là tiết diện hiệu dụng của coupler biến thiên đồng dạng như nhau trong vùng taper. Các tham số n1, n2 và 2a1, 2a2 tương ứng là chiết suất và đường kính của mỗi lõi. Các tham số n0 và na tương ứng là chiết suất của vỏ (cladding) và môi trường xung quanh.

Trong sự mô phỏng số sau đây thì các tham số ống dẫn sóng của các fiber tiêu chuẩn dùng trong truyền thông được sử dụng; Chúng là 2ai = 8. 10-6m, n0=1.45, na = 1.0 và 2b1 = 125.10-6m. Sự tính toán bằng số của tương tác mode được thực hiện giữa hai điểm của taper (z = -zin- zout), nơi mà hệ số tương tác C được tính toán theo phép phân tích giữa khoảng cách tách biệt giữa các lõi [8] xảy ra với bậc C/k=…(k là số sóng không gian tự do) (đoạn này em dịch chưa có tốt lắm vì chưa hiểu rõ) Vùng taper trơn ban đầu giữa hai điểm đó được xấp xỉ gần N= 40 đến 50 bậc.

Mức độ fused được xác định bởi )/( 21 bbd (2)

Nếu η =1 nghĩa là hai sợi fiber tiếp xúc điểm với nhau. Khi hai sợi fiber được gắn kết chặt chẽ hơn, η trở nên nhỏ đi. Tỉ lệ suy giảm đường kính τ trong vùng taper được diễn tả bởi biểu thức τ = cmin/ c0 (3).

η và τ là độc lập với z. III. Bộ chia Coupler đa bước sóng: Coupler đối xứng.

Trước khi nghiên cứu về hiện tượng coupling ánh sáng trong WFC, đầu tiên

chúng ta tìm hiểu về tương tác mode trong bộ chia coupler đa bước sóng (WDM) để so sánh cơ chế tương tác khác nhau giữa các coupler thông thường, bao gồm coupler WDM và những loại coupler đó trong WFC.

Coupler WDM (lần đầu tiên được đưa ra bởi Lawson tại tài liệu [9] có thể nhân hoặc chia các bước sóng 1.3µm và 1.55µm (Tại sao trong tài liệu này và hầu hết các tài liệu về fiber chỉ đề cập tới hai giá trị bước sóng này trong giải sóng điện từ rộng lớn, theo kỹ thuật chế tạo fiber thì độ mất mát do tán xạ, tán sắc vật liệu, tán sắc ống dẫn sóng là nhỏ nhất ở 3 vùng hẹp trên suốt dải sóng điện từ (thường gọi là 3 cửa sổ cho phép -window). 2 bước sóng nói trên là các bước sóng



trung tâm của cửa sổ 2 và 3. Ngoài ra còn bước sóng trung tâm của cửa sổ 1 là 830µm nhưng nói chung là độ mất mát cao hơn hai cửa sổ trên. Đó là lí do mà các fiber được chế tạo chủ yếu phù hợp với 2 bước sóng nói trên, đoạn này em thêm vào). Coupler WDM được sản xuất từ một cặp các fiber giống nhau (thường gọi là coupler đối xứng). Trong coupler đối xứng thì có thể nhận được công suất đầy đủ giữa hai sợi fiber. Điện trường tổng cộng Em(x,z) trong bậc thứ m được mô tả bởi

)](exp[)()](exp[)(),( ,0,0,0,,, inmmminmememem zzjxAzzjxAzxE (m=0..m) (4)

Trong đó Φ, β và A là điện trường, hệ số truyền và biên độ mode. Còn các chỉ số e, o là viết tắc của even (chẵn) và odd (lẻ). Các mode chẵn lẻ này có hệ số truyền qua khác nhau βe,m, βo,m nhưng sẽ trở nên suy biến tại một khoảng cách tách biệt vô hạn (suy biến có nghĩa là có cùng giá trị β). Khi công suất được đưa vào một nhánh của coupler đối xứng, các mode chẵn và lẻ được kích thích với biên độ bằng nhau, có nghĩa rằng Ae,o=Ao,0=1. Trong coupler đối xứng, chuyển đổi mode giữa các mode chẵn và lẻ là không xảy ra bởi vì chúng trực giao với nhau tại bất kỳ điểm nào khi điều kiện đoạn nhiệt được thoả mãn. Do đó, sự truyền công suất trong một coupler chỉ do bởi duy nhất hiện tượng phách gây ra. Khi tổng sự dịch pha đối với bước sóng 1.3µm bằng π và đối với bước sóng 1.55µm bằng 2π thì coupler hoạt động như một coupler WDM (hình 4). Ở đây mức độ fused η=0.6, tỉ lệ suy giảm đường kính τ = 0.34, tỉ lệ chiều dài taper z0=4.4mm. Dạng sóng của ánh sáng truyền đối với ánh sáng có bước sóng 1.3 và 1.55µm đã tính toán đối với coupler nói trên được chỉ ra trong hình 5 (a,b).

IV. WFC: Coupler không đối xứng. Tiếp theo, chúng ta xem xét hiện tượng coupling ánh sáng trong sợi fiber

của coupler mà được chế tạo từ những fiber không giống nhau [10] (thường gọi những coupler loại này là coupler không đối xứng). Nếu các tham số fiber b1, b2, mức độ fused η, tỉ lệ suy giảm đường kính τ và chiều dài tỉ lệ z0 trong coupler không đối xứng được tối ưu hoá thì các đặc trưng của phổ tương tác sẽ có dạng phẳng. Một coupler như thế (lần đầu tiên được đưa ra bởi Mortimore [1]) được gọi là WFC.

Các mode cơ bản chẵn và lẻ dọc theo taper trong coupler không đối xứng với sự không tương đồng giữa các sợi fiber b2/b1=0.92 (b1=125µm), mức độ fusion η=0.962, độ suy giảm đường kính τ = 0.1 và chiều dài tỉ lệ của taper z0 = 2.89mm như được chỉ ra trên hình vẽ 6. Trong coupler không đối xứng, mỗi một trong hai loại mode cơ bản (chẵn và lẻ) có véc tơ điện trường định xứ chỉ tại trên một trong hai lõi khi hai lõi được tách biệt hẳn nhau. Do đó, công suất đưa vào một nhánh sẽ chỉ kích thích duy nhất một mode cơ bản. Không giống như các coupler đối xứng thì trong coupler không đối xứng có xảy ra sự chuyển đổi mode giữa các mode cơ. Nếu coupler không đối xứng được chế tạo để mà sự chuyển đối mode từ các mode cơ bản đã kích thích tới những mode cơ bản chưa bị kích thích diễn ra một cách thuận lợi thì hầu như có thể nhận được các đặc trưng dưới dạng phẳng của phổ



tương tác như được chỉ ra trong hình 7. Hình 8 cho thấy các biên độ mode cơ bản chẵn và lẻ và dịch chuyển pha tích luỹ θ giữa hai mode cơ bản tại các bước sóng λ =1.3, 1.425 và 1.55µm. Rõ ràng rằng sự chuyển đổi mode từ các mode kích thích tới các mode chưa bị kích thích chủ yếu chỉ xảy ra trong vùng taper. Dạng sóng ánh sáng đã được tính toán đối với WFC nói trên tại các bước sóng λ= 1.3, 1.425 và 1.55µm được chỉ ra trong hình 9.

IV. Mối quan hệ tối ưu đối với các tham số coupler trong WFC

Ảnh hưởng của sự thay đối tham số lên các đặc trưng tương tác đã được nghiên cứu. Hình 10 chỉ ra các đặc trưng phổ tương tác của WFC khi các tham số của coupler như τ, η và b2/b1 biến thiên.Trong hình 10, chiều dài tỉ lệ z0 được tối ưu hoá đối với mỗi τ. Từ hình 10(a) chúng ta thấy rằng chiều dài tỉ lệ z0 biến thiên chủ yếu phù hợp với τ. Nếu τ trở nên nhỏ hơn cỡ 0.05, z0 có thể rất ngắn và taper trở nên dốc hơn. Mặt khác, khi τ lớn hơn 0.2 thì z0 sẽ trở nên rất dài. Đó là những trường hợp không thực sự cần thiết. Do đó, người ta thấy rằng độ suy giảm đường kính τ nên nằm trong khoảng 0.1-0.2 mà thôi. Trong hình 10(b) cho ta thấy (mức độ lớn nhất) cực đại của tỉ lệ chia chéo trở nên lớn khi η nhỏ. Mặt khác khi η lớn thì cực đại của tỉ lệ chia chéo trở nên nhỏ đi. Trong hình 10 (c) cho ta thấy, đối với sự không tương đồng giữa các fiber b2/b1 thì khi b2/b1 nhỏ cực đại của tỉ lệ chia sẽ tăng lên và khi b2/b1 lớn thì ngược lại. Nếu chúng ta đưa vào tính toán những mối quan hệ này giữa các tham số của coupler, chúng ta sẽ tìm thấy được các điều kiện tối ưu của các tham số coupler trong WFC để từ đó có vài sự lựa chọn cho cấu trúc của WFC. Hình 11 cho thấy mối quan hệ tối ưu của sự không tương đồng giữa các fiber b2/b1 và chiều dài tỉ lệ z0 đối với mức độ fused η trong hai trường hợp xét khi mức độ suy giảm đường kính τ= 0.1 và τ = 0.15. Bằng việc sử dụng các điều kiện tối ưu trong hình 11, hầu hết các đặc trưng phổ tương tác giống nhau như trong hình 7 được xác nhận.

V. Kết luận

Hiện tượng coupling ánh sáng trong FTC đã được nghiên cứu bằng việc phân tích mode cơ bản. Phương pháp chỉ số hiệu dụng và xấp xỉ bậc đã được sử dụng để phân tích hiện tượng coupling trong vùng taper. Biên độ sóng tổng hợp và hệ số chuyển đổi mode xuyên suốt vùng xảy ra hiện tượng coupling đã được tìm thấy nhờ các bước tính toán truy hồi liên tiếp nhau.

Trong coupler đối xứng, người ta thấy rằng sự truyền công suất chủ yếu là do hiện tượng phách gây ra bởi vì sự chuyển đối giữa các mode chẵn và lẻ không diễn ra do chúng trực giao. Sự truyền công suất 100% sẽ xảy ra tại một bước sóng nào đó trong coupler đối xứng nhưng không hoàn toàn dễ dàng nhận được dạng phẳng của các đặc trưng phổ tương tác. Mặt khác, sự chuyển đổi mode diễn a trong các coupler không đối xứng. Người ta đã chỉ ra rằng khi các tham số của coupler



được tối ưu hoá để có thể gây ra sự chuyển đổi giữa các mode cùng với sự dịch chuyển pha thì ta có thể nhận được dạng phẳng của các đặc trưng phổ tương tác.

Mối quan hệ tối ưu của sự không tương đồng giữa các fiber b2/b1 và chiều dài tỉ lệ z0 đối với mức độ fusion η đã được xác định cho FTC thường dùng trong các hệ truyền thông quang học tiêu chuẩn.

2. B.

Để hiểu hơn về sự hoạt động cũng như các đặc tính của coupler, người ta đưa ra các mô hình giả định. Tuy rằng các mô hình này không thực sự tuyệt đối chính xác với hoàn cảnh nhưng cũng đủ để dự đoán một cách định tính tất cả các hiệu ứng liên quan. Nếu người ta giả sử rằng sự dịch chuyển công suất diễn ra là bởi vì sự chồng chập (beating) của các mode cơ bản do trường bên trong hai lõi ghép lại, hình thành nên, thì công suất (P) coupled tới đầu ra của port thứ hai được cho bởi:

P=F2Sin2(CZ/F) Ở đây F2 là công suất cực đại mà được coupled, C là hệ số coupling và Z là khoảng cách dọc theo trục. Mô hình đơn giản hiện tại đưa ra được một giả thuyết sau: Coupling xảy ra chỉ sau khi đường kính của hai sợi fiber thực sự được giảm xuống và môi trường bên ngoài tác động như lớp vỏ clađing; Coupling đáng kể chỉ xảy ra trên toàn bộ vùng bị nung nóng, có nghĩa là, Z=W trong sự diễn tả ở trên; Hai sợi fiber làm nhỏ đi chỉ trong sự nối kết; và bán kính của lõi giảm xuống được cho bởi công thức r=r0E xp[-L/w]. Bằng việc sử dụng phương trình 11a của tài liệu tham khảo 17với V0 =2.405 và chỉ số của lõi của cấu trúc bằng với 1.46, tỉ lệ coupling ratio giảm tới

C=21λ5/2/r7/2.

Tương tự bằng việc sự dụng phương trình 29-9 và 37-88 của tài liệu tham khảo 18 và các giả sử trên, người ta có thể chỉ ra rằng sự diễn tả cho F2 giảm thành

F2={1+(234 r3/λ3)(Δr/r)2 }-1 Ở đây Δr là sự khác biệt bán kính giữa hai core. Chú ý rằng khi Δr=0, F2=1. Với những biểu thức này thì không khó khăn lắm để xác định được các ảnh hưởng do bước sóng, lực kéo, độ rống của vùng bị heat và bán kính tại điểm bắt đầu coupling (Hoặc vùng bắt đầu coupling xảy ra). Mô hình ở trên không tính toán cho giá trị excess loss, có nghĩa là ánh sáng mà mất mát ra ngoài môi trường trong suốt quá trình coupling mà không trở lại các fiber. Ảnh hưởng do sự phân cực cũng không được đưa vào tình toán nhưng có thể dễ dàng được chuẩn hoá.

Công suất dịch chuyển giữa các sợi fiber được gọi là coupling quang học và có thể được diễn tả như là kết quả của sự chồng chập lên nhau của phần evanescent của các mode ánh sáng truyền dọc theo hai sợi fiber. Tỉ số coupling giữa công suất của sóng ánh sáng giữa các sợi phụ thuộc vào vùng chồng chập gối lên nhau của các mode. Có nghĩa là phụ thuộc vào khoảng cách giữa các lõi của hai sợi fiber và chiều dài vùng coupling (hoặc chiều dài vùng bị đốt) và góc giữa các sợi fiber.

Hiện tượng coupling quang học giữa hai sợi fiber được gây ra bởi việc giảm khoảng cách giữa hai lõi và giảm đường kính của các lõi và cladding



Do hiệu ứng coupling, công suất dịch chuyển tới lõi thứ hai trong coupler sẽ tăng lên cùng với sự gia tăng khoảng cách từ điểm mà tại đó công suất được đưa vào. Nếu cả hai lõi có cùng hệ số truyền đối với một khoảng cách khởi đầu nào đó, thì toàn bộ công suất được dịch chuyển tới lõi thứ hai (Hàng WDM). Chiều dài tương ứng được gọi là coupling length L. Với sự gia tăng chiều dài, dòng công suất trong lõi thứ hai sẽ giảm xuống. Công suất dịch chuyển giữa các lõi biến thiên một cách điều hoà. Trong thực tế, tuy nhiên thì luôn có sự khác biệt khác đáng kể giữa hai hằng số truyền của hai lõi và được kí hiệu là Δ. Một giá trị khác không của Δ giảm công suất dịch chuyển tới lõi khác và ảnh hưởng chiều dài coupling length.

Tính chất coupling của sợi fiber đơn mode 2 lõi Coupler quang học đơn mode là thiết bị quan trọng cho tẩt cả các ứng dụng fiber đơn mode và đặc biệt cần thiết cho giao thoa kế fiber và các hệ truyền thông quang học rộng lớn. Một thách thức của các giao thoa kế fiber là fiber hồi chuyển. Những coupler như thế đã được nghiên cứu bởi một vài tác giả. Với kiến thức của chúng tôi thì tất cả các sự tham khảo trong tài liệu liên quan tới các coupler được làm từ fiber đơn mode.

so tay ky su

Documents