BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TỐNG VĂN HÒA ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ PHẢN XẠ LÊN ĐẶC TRƯNG LƯỠNG ỔN ĐỊNH CỦA GIAO THOA KẾ MACH-ZEHNDER PHI TUYẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGHỆ AN - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TỐNG VĂN HÒA ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ PHẢN XẠ LÊN ĐẶC TRƯNG LƯỠNG ỔN ĐỊNH CỦA GIAO THOA KẾ MACH-ZEHNDER PHI TUYẾN CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC MÃ SỐ: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN HÓA Nghệ An, năm 2012 MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tác giả xin cảm ơn trường Đại Học Vinh, khoa Vật Lý, phòng đào tạo Sau Đại Học tạo điều kiện cho tác giả có môi trường học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, TS Nguyễn Văn Hóa, người định hướng, dẫn tận tình cho tác giả suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo môn tận tình giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập nghiên cứu Cuối tác giả xin cảm ơn tập thể lớp Cao Học 18 chuyên nghành Quang Học, cảm ơn gia đình, anh em, người thân, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! Nghệ An, tháng năm 2012 Tác giả luận văn Tống Văn Hòa MỞ ĐẦU Ngày linh kiện lưỡng ổn định quang học dựa nguyên tắc hoạt động giao thoa kế phi tuyến ứng dụng nhiều công nghệ điện tử số Các hệ điện tử số có tốc độ xử lý lớn (máy vi tính)bao gồm khối bản, chúng gắn nối với thông qua khóa, cổng, điều khiển, xử lý Các thiết bị coi chuyển mạch hoạt động hệ lưỡng ổn định (Bistable Sytem ) Tốc độ làm việc hệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà tốc độ chuyển mạch đóng vai trò quan trọng Vì để làm tăng tốc độ làm việc hệ điện tử người ta tìm cách làm tăng tốc độ chuyển mạch Có nhiều loại chuyển mạch : Cơ khí, điện tử, quang- điện, quang- cơ, quang- quang (toàn quang), chuyển mạch quang- quang mà tiêu biểu linh kiện lưỡng ổn định quang học (bistable optical devices)với tác nhân chùm laser với cường độ lớn loại chuyển mạch với nhiều ưu điểm, đặc biệt có tốc độ chuyển mạch lớn (thời gian chuyển mạch ngắn)[1], [2], [3]; xu hướng gần người ta trọng tới việc nghiên cứu linh kiện lưỡng ổn định quang học Trong linh kiện lưỡng ổn định quang học giao thoa kế phi tuyến (trong có giao thoa kế Mach-Zehnder phi tuyến) đặc biệt quan tâm Giao thoa kế Mach-Zehnder chứa môi trường phi tuyến (Nonlinear Mach-Zehnder Interferometer-NMZI) hoạt động thiết bị lưỡng ổn định nhiều tác giả đề xuất nghiên cứu [2],[3] Theo tác giả này, hiệu ứng quang học Kerr tạo nhờ phản hồi ánh sáng phát độ truyền qua môi trường phi tuyến phụ thuộc vào ánh sáng phát Trên thực tế hiệu ứng quang học Kerr xảy bị chiếu chùm ánh sáng có cường độ mạnh chiết suất môi trường hàm cường độ ánh sáng Từ cấu trúc giao thoa kế NMZI đề xuất công trình [3], ánh sáng chiếu vào môi trường phi tuyến bao gồm ánh sáng tới ánh sáng phản hồi Do đó, không thật xác ta xem ánh sáng phản hồi tác động lên đặc trưng phi tuyến cuả môi trường công trình [3] đề xuất Ngoài tác giả đề cập đến trường hợp chia 50%, cường độ ánh sáng phản hồi phụ thuộc vào hệ số phản xạ truyền qua chia đầu Nhằm mục đích khắc phục thiếu sót trên, với mong muốn tìm hiểu cách có hệ thống đầy đủ tính chất lưỡng ổn định giao thoa kế Mach-Zehnder phi tuyến, chọn đề tài:“Ảnh hưởng hệ số phản xạ lên đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế Mach-Zehnder phi tuyến” làm đề tài nghiên cứu luận văn với mục tiêu khảo sát đánh giá ảnh hưởng hệ số phản xạ chia lên đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế phi tuyến Từ mục đích trên, luận văn tập trung tìm hiểu, nghiên cứu vấn đề sau: - Trên sở nghiên cứu nguyên lý cấu tạo hoạt động giao thoa kế Mach- Zehnder phi tuyến, khảo sát tính chất lưỡng ổn định tính toán quan hệ cường độ vào - giao thoa kế - Từ biểu thức quan hệ vào - ra, phương pháp mô đưa đồ thị biễu diễn quan hệ này, đồng thời dựa đồ thị đánh giá ảnh hưởng hệ số phản xạ chia tham số khác lên đường đặc trưng vào - ra, từ tìm tham số NMZI để tạo nên điều kiện lưỡng ổn định Để thực nội dung nghiên cứu trên, phương pháp sau sử dụng: - Vận dụng lý thuyết truyền lan ánh sáng môi trường, định luật phản xạ giao thoa ánh sáng, xây dựng phương trình mô tả mối quan hệ vào – cường độ - Bằng ngôn ngữ lập trình Pascal xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ vào - cường độ Từ đồ thị biện luận vai trò hệ số phản xạ mối quan hệ này, đồng thời nêu lên ảnh hưởng lên đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế Luận văn trình bày với bố cục gồm: Mở đầu Nội dung Chương I: Giới thiệu tổng quan lưỡng ổn định quang học, tìm hiểu linh kiện lưỡng ổn định quang học (trong có giao thoa kế NMZI) Từ phân tích vấn đề tồn đưa hướng giải chương II Chương II: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động giao thoa kế NMZI Xây dựng phương trình mô tả quan hệ vào - cường độ quang qua GTK Biểu diễn đồ thị mối quan hệ qua khảo sát đánh giá ảnh hưởng hệ số phản xạ lên đặc trưng lưỡng ổn định linh kiện Kết luận: Nêu lên kết mang tính khoa học thực tiễn mà luận văn đạt Chương I TỔNG QUAN VỀ LƯỠNG ỔN ĐỊNH QUANG HỌC 1.1 Hiệu ứng lưỡng ổn định quang học Lưỡng ổn định quang học (Optical Bistability-OB) tượng mà xuất trạng thái quang học ổn định hệ quang học trạng thái quang học vào [4] Nguyên nhân gây tượng thay đổi đột biến trạng thái vật lý hệ điều kiện vật lý(các tham số thiết kế) biến đổi giới hạn định Để thu OB có nhiều phương pháp lý thuyết thực nghiệm, song nguyên tắc tượng trình bày dạng tổng quát sau[4]: Xét “máy” quang học có hệ số truyền qua T = I out/Iin ( Iout cường độ ánh sáng từ hệ, Iin cường độ ánh sáng vào hệ) phụ thuộc phi tuyến vào chiết suất N Hệ số viết: N = N(U); U tham số môi trường (như mật độ điện tích, nhiệt độ …) Hệ có đặc tính khác biệt với hệ quang học thông thường chỗ dòng ánh sáng truyền qua hệ I out có phần kIout hồi tiếp trở lại theo cách thức đó, kết tham số trạng thái U hệ biến đổi lượng là: ∆U = kQI out ( với Q hệ số biến đổi ) U = U + kQI out dẫn đến N → N = N + δNQkI out với δN = ∂N ∂U (1.1) U =U Kết hệ số truyền qua thay đổi sau: T → T ' = (1 − k ) I out = (1 − k )T ( N ) I in (1.2) Từ (1.1) (1.2) ta có: N − N0 = T (N ) δNQkI in (1.3) Như vậy, miền xác định I in ta dùng đồ thị tìm giao điểm đường thẳng ∆ = N − N0 với đồ thị T(N) (Hình1.1) δNQkI in T(N) Iout Iout (Iin ) (1-k)Iout N(U0) + + ∆ I1 I2 Iin N0(I0) Iin (b) (a) Hình 1.1 a Mối quan hệ vào - hệ lưỡng ổn định Đường chấm chấm biễu diễn trạng thái không ổn định b Điểm No điểm hoạt động máy“quang học” Ta thấy, miền xác định I in tồn ba giá trị T N ứng với giá trị I in Kết cho ta dạng đường đặc trưng hình chữ S biểu diễn dòng I out phụ thuộc vào tham số hệ mô tả khả hồi tiếp độ phi tuyến chiết suất Trong ba nghiệm hình thức N từ T có hai nghiệm vào nhánh dưới, nghiệm thứ ba nằm nhánh giữa(biểu thị đường chấm chấm, dI out < ) dI in Đường chấm chấm đồ thị ứng với nghiệm không ổn định, nghĩa tồn thăng giáng nhiễu loạn nhỏ trạng thái hệ chuyển lên nhánh nhánh đồ thị Giá trị cường độ vào biểu diễn trục hoành, giá trị cường độ dịch chuyển theo nhánh giá trị Iin = I2, dòng truyền qua (Iout) nhảy lên nhánh đồ thị Vào thời điểm I out nằm nhánh đường cong vào – ra, muốn trở nhánh cường độ I in phải giảm xuống thấp giá trị tới hạn khác I 1< I2 Ngoài hai giá trị tới hạn I1, I2 hệ ổn định quang học Điểm N hình 1.1b coi điểm hoạt động “máy quang học”, tuỳ thuộc vào vị trí N mà OB xảy hay không OB xảy độ nghiêng đường cong T ( N ) dT dN lớn độ nghiêng đường thẳng vẽ từ N 0, đường thẳng có phương trình ∆ = N − N0 (có độ nghiêng δNQkI ) δNQkI in in Từ ta xác định điều kiện tới hạn OB cách định tính theo công thức: δNQkI N − N dT dT = >1 dN T ( N ) dN Từ (1.4) ta nhận thấy δN dT dN (1.4) dấu, nghĩa phải tồn hồi tiếp dương Khi tăng I in làm tăng Iout làm biến đổi U Sự biến đổi U gây N biến đổi T tăng kéo theo Iout tăng 10 2.4 Kết luận chương II - Chương II tập trung nghiên cứu nguyên lý cấu tạo hoạt động giao thoa kế Mach- Zehnder phi tuyến, việc sử dụng lý thuyết truyền lan ánh sáng môi trường, định luật giao thoa ánh sáng, tác giả xây dựng phương trình mô tả mối quan hệ vào-ra cường độ, khảo sát tính chất lưỡng ổn định tính toán quan hệ cường độ vào giao thoa kế - Bằng phương pháp mô phỏng, tác giả đưa đồ thị biễu diễn mối quan hệ vào - ra, từ dựa đồ thị để đánh giá ảnh hưởng hệ số phản xạ lên đường đặc trưng vào - tìm tham số NMZI để tạo nên điều kiện lưỡng ổn định 42 KẾT LUẬN Luận văn hoàn thành đạt số kết sau: - Tìm hiểu hiệu ứng lưỡng ổn định quang học linh kiện lưỡng ổn định quang hoc sở loại giao thoa kế - Trên sở nghiên cứu nguyên lý cấu tạo hoạt động giao thoa kế NMZI, việc sử dụng lý thuyết truyền lan ánh sáng môi trường, vận dụng định luật giao thoa ánh sáng, xây dựng phương trình mô tả mối quan hệ cường độ vào – ra, khảo sát tính chất lưỡng ổn định giao thoa kế NMZI -Từ biểu thức quan hệ vào-ra, phương pháp mô đưa đồ thị biễu diễn quan hệ này, từ dựa đồ thị để đánh giá ảnh hưởng hệ số phản xạ đến đặc trưng lưỡng ổn định cửa sổ làm việc NMZI không đối xứng Cụ thể, hệ số phản xạ giảm, trạng thái lưỡng ổn định cửa sổ làm việc xuất rõ rệt hơn, ngưỡng đóng, ngưỡng mở khoảng chúng tăng 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A.Szoke, V.Daneau, J.Goldhar, N.A.Kurnit (1969), "Bistable optical element and its application, Appl Phys Lett 15, 15, 376 [2] B JaLaLi and Y.M Xie (1995), Opt Lett., 20, 1901-1903 [3] B.E.A SaLeh and M.C Teich (1992), Fundamentals of Photonics, Vol.3, A Wiley Interscience Publication, John Wiley & Sons, inc New York [4] Trần Kim Cương, CH17 (2011), Luận văn Thạc sĩ, “Một số đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế Mach-Zehnder ứng dụng công nghệ truyền dẫn quang học” [5] N H Chỉnh (1980), Quang học, NXB Giáo dục Hà Nội [6] H Q Quý, V N Sáu (1997), Vật lý laser quang phi tuyến, ĐH Vinh [7] L.Brzozowski, and Edward H.Sargent(2001),” All-optical Analog-toDigital Converters, Hardlimiters, and Logic Gates, J of Lightwase Technology, Vol.19, No.1, 114-119 [8] Lê Thị Tháp, CH17(2011), Luận văn Thạc sĩ, “Đặc trưng lưỡng ổn định tín hiệu truyền qua giao thoa kế Michelson phi tuyến đối xứng” [9] H.M Gibbs (1985), "Optical Bistability: Controlling light with light", Academic Press, New York [10] N.V.Hóa, Luận án Tiến Sĩ ((2005), “Đặc trưng lưỡng ổn định số giao thoa kế phi tuyến” [11] N H Bằng, V N Sáu (12-2002), "Phân bố lại chùm tia laser giao thoa kế Mach-Zehnder phi tuyến", NCKHKT & CNQS số [12] Nguyễn Văn Long, CH17( 2011), Luận văn Thạc sĩ, “Đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế Michelson phi tuyến không đối xứng” 44 PHỤ LỤC File nguồn hình vẽ luận văn Hình 2.3 program bistNFP; uses crt, graph; const m=2500;l=36;epsi=1.0e-5;T=1; {alfa=7.5;} fi=-0.02; {n2=0.6; d=1; lamda=1.06;}n2=0.00001;d=1;lamda=0.000001; tungmin =-0; tungmax=2.0; hnhmin=0 ; hnhmax=8.0; Var a,b,xg,x,x1,tgx,h,xc,yc,y,y1,tgy,h1,max1,fa1,fb1,dy,max,fa,fb,dx,{fi}alfa:real; i,j,p,k,n,mh,mode,dt,x0,xmax,y0,ymax,gd,gm:integer; procedure vedothi(x,y:real); var xd, yd:integer; begin xd:= x0 + trunc((xmax-x0)*x/(hnhmax-hnhmin))+(j-1)*6; yd:= ymax - trunc((ymax-y0)*y/(tungmax-tungmin))+(j-1)*6; if j=36 then rectangle(xd,yd,xd+1,yd+1) else putpixel (xd,yd,4); end; FUNCTION HAM(X:real):REAL; var hs1,hs2,hs3,tg1:REAL ; BEGIN HS1:=2*pi*n2*d/lamda;HS3:=fi*pi; HS2:=exp(-d*alfa); tg1:=(1/4)*HS2+1/4+(1/2)*sqrt(hs2)*cos(2*pi*(tgx+x*hs2/2)-HS3); ham:=tgx-x*tg1; END; FUNCTION HAM2(y:real):REAL; var hs1,hs2,hs3,tg1:REAL ; BEGIN HS1:=2*pi*n2*d/lamda;HS3:=fi*pi; HS2:=exp(-d*alfa); tg1:=(1/4)*HS2+1/4+(1/2)*sqrt(hs2)*cos(2*pi*(y+tgy*hs2/2)-HS3); ham2:=y-tgy*tg1; END; FUNCTION HAM1(X:real):REAL; var hs1,hs2,hs3,tg1:REAL ; BEGIN HS1:=2*pi*n2*d/lamda;HS3:=fi*pi; HS2:=exp(-d*alfa); tg1:=(1/4)*HS2+1/4+(1/2)*sqrt(hs2)*cos(2*pi*tgx-HS3); ham1:=tgx-x*tg1; END; {CHUONG TRINH CHINH} 45 Begin ClrScr; writeln ( 'dothi,(0/1)'); readln(dt); if dt = then gd:=0; initgraph(gd,gm,'c:\bp\bgi'); if graphresult0 then halt(1); setbkcolor(white); setcolor(red); x0:=50; xmax:=600; y0:=20; ymax:=260; line(50,260,640,260); line(50,260,50,0); settextstyle(1,0,1); outtextxy(45,260,'0'); settextstyle(1,0,1); outtextxy(610,260,'8.0 '); outtextxy(185,260,'2.0'); outtextxy(355,260,'4.0'); settextstyle(1,0,1); outtextxy(23,1,'2.0'); {outtextxy(23,220,'5');} settextstyle(1,0,1);outtextxy(110,30,'fi = -0.02 Pi; aLfa =7.5 - 4.0'); xg:=2.5;max1:=10; h1:=max1/m; Max:=2; h:=max/m; a:=0; b:=1.5; for j:= to l begin alfa:=7.5-(j-1)*0.1;{ alfa:=2.2;} for i:=1 to m begin xc:=(i-1)*h1; x1:=2*xc; tgx:=xc; fa:=ham1(a); fb:=ham1(b); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); while abs(dx)>epsi Begin x:=a+dx; b:=a; a:=x; fb:=fa; fa:=ham1(x); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); end; vedothi(x,x1); end; { for k:=1 to m begin yc:=(k-1)*h1; y1:=yc; tgy:=yc; fa1:=ham2(a); fb1:=ham2(b); dy:=fa1*(b-a)/(fa1-fb1); while abs(dy)>epsi Begin y:=a+dy; b:=a; a:=y; fb1:=fa1; fa1:=ham2(y); 46 dy:=fa1*(b-a)/(fa1-fb1); end; vedothi(y1,y); end;} end; if dt=1 then while not keypressed do; closegraph; END Hình 2.5 program bistNFP; uses crt, graph; const m=1000;l=26;epsi=1.0e-5;T=1; alfa1=7.5; fi=-0.02;r=0.5; n2=0.6; d=1; lamda=1.06; tungmin =-0; tungmax=1.5; hnhmin=0 ; hnhmax=6; var a,b,xg,x,x1,tgx,h,xc,yc,y,y1,tgy,h1,max1,fa1,fb1,dy,max,fa,fb,dx,alfa:real; i,j,p,k,n,mh,mode,dt,x0,xmax,y0,ymax,gd,gm:integer; procedure vedothi(x,y:real); var xd, yd:integer; begin xd:= x0 + trunc((xmax-x0)*x/(hnhmax-hnhmin))+(j-1)*2; yd:= ymax - trunc((ymax-y0)*y/(tungmax-tungmin))+(j-1)*2; if j=75 then rectangle(xd,yd,xd+1,yd+1) else putpixel (xd,yd,4); end; FUNCTION HAM(X:real):REAL; var hs1,hs2,hs3,tg1:REAL ; BEGIN HS1:=2*pi*n2*d/lamda;HS3:=fi*pi; HS2:=exp(-d*alfa); tg1:=((1-r)/2)*HS2+r/2+sqrt(r*(1-r))*sqrt(hs2)*cos(2*pi*(tgx+x*(1-r)*hs2)-HS3); ham:=tgx-x*tg1; END; {CHUONG TRINH CHINH} Begin ClrScr; writeln ( 'dothi,(0/1)'); readln(dt); if dt = then gd:=0; initgraph(gd,gm,'c:\bp\bgi'); if graphresult0 then halt(1); setbkcolor(white); setcolor(red); x0:=50; xmax:=600; y0:=10; ymax:=220; line(50,220,600,220); line(50,220,50,10); line(50,220,250,420); 47 settextstyle(1,0,1); outtextxy(45,225,'0'); settextstyle(1,0,1); outtextxy(600,225,'6.0 '); outtextxy(100,225,'1.0'); outtextxy(200,225,'2.0'); outtextxy(300,225,'3.0'); outtextxy(400,225,'4.0'); outtextxy(500,225,'5.0'); settextstyle(1,0,1); outtextxy(23,10,'1.5'); outtextxy(23,80,'1.0'); outtextxy(23,150,'0.5'); settextstyle(1,0,1);outtextxy(110,430,'alfa=10.0-2.5; fi = -0.02pi'); xg:=0;max1:=4; h1:=max1/m; Max:=2; h:=max/m; a:=0; b:=1.5; for j:= to 75 begin alfa:=10.0-(j-1)*0.1 ; for i:=1 to m begin xc:=xg+(i-1)*h1; x1:=xc; if x1>1.3 then x1:=20; tgx:=xc; fa:=ham(a); fb:=ham(b); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); while abs(dx)>epsi Begin x:=a+dx; b:=a; a:=x; fb:=fa; fa:=ham(x); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); end; vedothi(x,x1); end; end; if dt=1 then while not keypressed do; closegraph; END Hình 2.6 program bistNFP; uses crt, graph; const m=2500;l=25;epsi=1.0e-5;T=1; alfa=3.0; fi1=0.0; n2=0.6; d=1; lamda=1.06; tungmin =-0; tungmax=1; hnhmin=0 ; hnhmax=6; var a,b,xg,x,x1,tgx,h,xc,yc,y,y1,tgy,h1,max1,fa1,fb1,dy,max,fa,fb,dx,fi:real; i,j,p,k,n,mh,mode,dt,x0,xmax,y0,ymax,gd,gm:integer; procedure vedothi(x,y:real); var xd, yd:integer; begin xd:= x0 + trunc((xmax-x0)*x/(hnhmax-hnhmin))+(j-1)*6; 48 yd:= ymax - trunc((ymax-y0)*y/(tungmax-tungmin))+(j-1)*6; if j=25 then rectangle(xd,yd,xd+1,yd+1) else putpixel (xd,yd,4); end; FUNCTION HAM(X:real):REAL; var hs1,hs2,hs3,tg1:REAL ; BEGIN HS1:=2*pi*n2*d/lamda;HS3:=fi*pi; HS2:=exp(-d*alfa); tg1:=(1/4)*HS2+1/4+(1/2)*sqrt(hs2)*cos(2*pi*(tgx+x*hs2/2)-HS3); ham:=tgx-x*tg1; END; FUNCTION HAM2(y:real):REAL; var hs1,hs2,hs3,tg1:REAL ; BEGIN HS1:=2*pi*n2*d/lamda;HS3:=fi*pi; HS2:=exp(-d*alfa); tg1:=(1/4)*HS2+1/4+(1/2)*sqrt(hs2)*cos(2*pi*(y+tgy*hs2/2)-HS3); ham2:=y-tgy*tg1; END; FUNCTION HAM1(X:real):REAL; var hs1,hs2,hs3,tg1:REAL ; BEGIN HS1:=2*pi*n2*d/lamda;HS3:=fi*pi; HS2:=exp(-d*alfa); tg1:=(1/4)*HS2+1/4+(1/2)*sqrt(hs2)*cos(2*pi*tgx-HS3); ham1:=tgx-x*tg1; END; {CHUONG TRINH CHINH} Begin ClrScr; writeln ( 'dothi,(0/1)'); readln(dt); if dt = then gd:=0; initgraph(gd,gm,'c:\bp\bgi'); if graphresult0 then halt(1); setbkcolor(white); setcolor(red); x0:=50; xmax:=600; y0:=20; ymax:=220; line(50,220,600,220); line(50,220,50,20); line(50,220,250,420);{line(250,420,250,250);} {yle(0,0,1); outtextxy(400,150,'0.93'); } settextstyle(1,1,1); outtextxy(2,110,'Xout '); settextstyle(1,0,1); {outtextxy(550,230,' Xin ');} settextstyle(1,0,1); outtextxy(45,225,'0'); settextstyle(1,0,1); outtextxy(600,225,'6.0 Xin'); outtextxy(100,225,'1.0'); outtextxy(200,225,'2.0'); 49 outtextxy(300,225,'3.0');outtextxy(400,225,'4.0'); outtextxy(500,225,'5.0'); settextstyle(1,0,1); outtextxy(23,20,'1.0'); outtextxy(23,120,'0.5'); settextstyle(1,0,1);outtextxy(110,430,'alfa=3.0; fi = -0.00 -0.25'); {outtextxy(250,430,'Xoff'); outtextxy(405,430,'Xon');} xg:=2.5;max1:=6; h1:=max1/m; Max:=2; h:=max/m; a:=0; b:=1.5; for j:= to l begin fi:=fi1+(j-1)*0.01;{ alfa:=2.2;} for i:=1 to m begin xc:=(i-1)*h1; x1:=xc; tgx:=xc; fa:=ham1(a); fb:=ham1(b); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); while abs(dx)>epsi Begin x:=a+dx; b:=a; a:=x; fb:=fa; fa:=ham1(x); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); end; vedothi(x,x1); end; { for k:=1 to m begin yc:=(k-1)*h1; y1:=yc; tgy:=yc; fa1:=ham2(a); fb1:=ham2(b); dy:=fa1*(b-a)/(fa1-fb1); while abs(dy)>epsi Begin y:=a+dy; b:=a; a:=y; fb1:=fa1; fa1:=ham2(y); dy:=fa1*(b-a)/(fa1-fb1); end; vedothi(y1,y); end;} end; if dt=1 then while not keypressed do; closegraph; END 50 Hình 2.7 program bistNFP; uses crt, graph; const m=1000;l=26;epsi=1.0e-5;T=1; alfa1=3.0; fi=-0.02;r1=0.8; n2=0.6; d=1; lamda=1.06; tungmin =-0; tungmax=1.5; hnhmin=0 ; hnhmax=6; var a,b,xg,x,x1,tgx,h,xc,yc,y,y1,tgy,h1,max1,fa1,fb1,dy,max,fa,fb,dx,alfa,r:real; i,j,p,k,n,mh,mode,dt,x0,xmax,y0,ymax,gd,gm:integer; procedure vedothi(x,y:real); var xd, yd:integer; begin xd:= x0 + trunc((xmax-x0)*x/(hnhmax-hnhmin))+(j-1)*4; yd:= ymax - trunc((ymax-y0)*y/(tungmax-tungmin))+(j-1)*4; if j=26 then rectangle(xd,yd,xd+1,yd+1) else putpixel (xd,yd,4); end; FUNCTION HAM(X:real):REAL; var hs1,hs2,hs3,tg1:REAL ; BEGIN HS1:=2*pi*n2*d/lamda;HS3:=fi*pi; HS2:=exp(-d*alfa); tg1:=((1-r)/2)*HS2+r/2+sqrt(r*(1-r))*sqrt(hs2)*cos(2*pi*(tgx+x*(1-r)*hs2)-HS3); ham:=tgx-x*tg1; END; {CHUONG TRINH CHINH} Begin ClrScr; writeln ( 'dothi,(0/1)'); readln(dt); if dt = then gd:=0; initgraph(gd,gm,'c:\bp\bgi'); if graphresult0 then halt(1); setbkcolor(white); setcolor(red); x0:=50; xmax:=600; y0:=10; ymax:=220; line(50,220,600,220); line(50,220,50,10); line(50,220,150,320); settextstyle(1,0,1); outtextxy(45,225,'0'); settextstyle(1,0,1); outtextxy(600,225,'6.0 '); outtextxy(100,225,'1.0'); outtextxy(200,225,'2.0'); outtextxy(300,225,'3.0'); outtextxy(400,225,'4.0'); outtextxy(500,225,'5.0'); settextstyle(1,0,1); outtextxy(23,10,'1.5'); outtextxy(23,80,'1.0'); outtextxy(23,150,'0.5'); settextstyle(1,0,1);outtextxy(400,330,'alfa=3.0; fi = -0.02pi'); settextstyle(1,0,1);outtextxy(100,330,'R = 80% - 55%'); 51 xg:=0;max1:=4; h1:=max1/m; Max:=2; h:=max/m; a:=0; b:=1.5; for j:= to l begin alfa:=alfa1; r:=r1-(j-1)*0.01; for i:=1 to m begin xc:=xg+(i-1)*h1; x1:=xc; if x1>1.3 then x1:=20; tgx:=xc; fa:=ham(a); fb:=ham(b); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); while abs(dx)>epsi Begin x:=a+dx; b:=a; a:=x; fb:=fa; fa:=ham(x); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); end; vedothi(x,x1); end; end; if dt=1 then while not keypressed do; closegraph; END Hình 2.8 program bistNFP; uses crt, graph; const m=10000;l=26;epsi=1.0e-5;T=1; alfa1=0.0; fi=-0.02;r=0.94; n2=0.6; d=1; lamda=1.06; tungmin =-0; tungmax=1.5; hnhmin=0 ; hnhmax=4; var a,b,xg,x,x1,tgx,h,xc,yc,y,y1,tgy,h1,max1,fa1,fb1,dy,max,fa,fb,dx,alfa:real; i,j,p,k,n,mh,mode,dt,x0,xmax,y0,ymax,gd,gm:integer; procedure vedothi(x,y:real); var xd, yd:integer; begin xd:= x0 + trunc((xmax-x0)*x/(hnhmax-hnhmin))+(j-1)*2; yd:= ymax - trunc((ymax-y0)*y/(tungmax-tungmin))+(j-1)*2; if j=75 then rectangle(xd,yd,xd+1,yd+1) else rectangle(xd,yd,xd+1,yd+1); end; FUNCTION HAM(X:real):REAL; var hs1,hs2,hs3,tg1:REAL ; BEGIN HS1:=2*pi*n2*d/lamda;HS3:=fi*pi; 52 HS2:=exp(-d*alfa); tg1:=((1-r)/2)*HS2+r/2+sqrt(r*(1-r))*sqrt(hs2)*cos(2*pi*(tgx+x*(1-r)*hs2)-HS3); ham:=tgx-x*tg1; END; {CHUONG TRINH CHINH} Begin ClrScr; writeln ( 'dothi,(0/1)'); readln(dt); if dt = then gd:=0; initgraph(gd,gm,'c:\bp\bgi'); if graphresult0 then halt(1); setbkcolor(white); setcolor(red); x0:=50; xmax:=600; y0:=10; ymax:=420; line(50,420,600,420); line(50,420,50,10); settextstyle(1,0,1); outtextxy(45,425,'0'); settextstyle(1,0,1); outtextxy(600,425,'4.0 '); outtextxy(185,425,'1.0'); outtextxy(325,425,'2.0'); outtextxy(470,425,'3.0'); settextstyle(1,0,1); outtextxy(23,10,'1.5'); outtextxy(23,147,'1.0'); outtextxy(23,284,'0.5'); settextstyle(1,0,1);outtextxy(110,30,' alfa=0.0; fi = -0.02pi'); line(213,420,213,200); line(272,420, 272,288); xg:=0;max1:=4; h1:=max1/m; Max:=2; h:=max/m; a:=0; b:=1.5; for j:= to begin alfa:=alfa1-(j-1)*0.1 ;{ alfa:=2.2;} for i:=1 to m begin xc:=xg+(i-1)*h1; x1:=xc; if x1>1.3 then x1:=20; tgx:=xc; fa:=ham(a); fb:=ham(b); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); while abs(dx)>epsi Begin x:=a+dx; b:=a; a:=x; fb:=fa; fa:=ham(x); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); end; vedothi(x,x1); end; end; if dt=1 then while not keypressed do; closegraph; END 53 Hình 2.9 program tngoung; uses crt, graph; const m=50;l=981;epsi=1.0e-5;T=1; alfa=3.0; fi=0.02; n2=0.6; d=1; lamda=1.06; tungmin =0; tungmax=6; hnhmin=0.0 ; hnhmax=1; var a,b,xg,x,x1,tgx,h,xc,yc,y,y1,tgy,h1,max1,fa1,fb1,dy,max, fa,fb,dx,r,r1,cx,ax,bx,ax1,bx1,cx1,atg,btg,ctg:real; i,j,p,k,n,mh,mode,dt,x0,xmax,y0,ymax,gm,gd:integer; procedure vedothi(x,y:real); var xd, yd:integer; begin xd:= x0 + trunc((xmax-x0)*x/(hnhmax-hnhmin)); yd:= ymax - trunc((ymax-y0)*y/(tungmax-tungmin)); if j=26 then rectangle(xd,yd,xd+1,yd+1) else rectangle(xd,yd,xd+1,yd+1) ; end; FUNCTION HAM(X:real):REAL; var hs1,hs2,hs3,tg1:REAL ; BEGIN HS1:=2*pi*n2*d/lamda;HS3:=fi*pi; HS2:=exp(-d*alfa); tg1:=((1-r)/2)*HS2+r/2+sqrt(r*(1-r))*sqrt(hs2)*cos(2*pi*(tgx+x*(1-r)*hs2)-HS3); ham:=tgx-x*tg1; END; FUNCTION HAM2(y:real):REAL; var hs1,hs2,hs3,tg1:REAL ; BEGIN HS1:=2*pi*n2*d/lamda;HS3:=fi*pi; HS2:=exp(-d*alfa); tg1:=((1-r)/2)*HS2+r/2+sqrt(r*(1-r))*sqrt(hs2)*cos(2*pi*(y+tgy*(1-r)*hs2)-HS3); ham2:=y-tgy*tg1; END; {CHUONG TRINH CHINH} Begin ClrScr; writeln ( 'dothi,(0/1)'); readln(dt); if dt = then gd:=0; initgraph(gd,gm,'c:\bp\bgi'); if graphresult0 then halt(1); setbkcolor(white); setcolor(red); x0:=50; xmax:=600; y0:=20; ymax:=420; line(50,420,600,420); line(50,20,50,420); settextstyle(1,0,1); outtextxy(245,300,' Xon-Xoff '); 54 settextstyle(1,0,1); outtextxy(45,425,'0'); outtextxy(145,425,'20'); outtextxy(245,425,'40'); outtextxy(345,425,'60');outtextxy(445,425,'80'); settextstyle(1,0,1); outtextxy(545,425,'100 R [%]'); settextstyle(1,0,1); outtextxy(12,20,' 6.0'); outtextxy(12,120,' 4.5'); outtextxy(12,220,' 3.0'); outtextxy(12,320,' 1.5'); settextstyle(1,0,1);outtextxy(110,430,''); outtextxy(285,220,'Xoff'); outtextxy(340,200,'Xon'); xg:=0;max1:=1; h1:=max1/m; Max:=2; h:=max/m; a:=0; b:=1.5; for j:= to l begin r:=1-(j-1)*0.00075 ; atg:=0; ax:=0; for i:=1 to m begin xc:=xg+(i-1)*h1; x1:=xc; tgx:=xc; fa:=ham(a); fb:=ham(b); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); while abs(dx)>epsi Begin x:=a+dx; b:=a; a:=x; fb:=fa; fa:=ham(x); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); end; {tinh mot xong x} if (x>atg) or (x=atg) then begin atg:=x ; ax:=ax; end else begin ax:= atg; end; end; ax1:=ax; btg:=ax1; vedothi (r,ax1); { tinh y ax1} tgy:=ax1; fa:=ham2(a); fb:=ham2(b); dy:=fa*(b-a)/(fa-fb); while abs(dy)>epsi Begin y:=a+dy; b:=a; a:=y; fb:=fa; fa:=ham2(y); dy:=fa*(b-a)/(fa-fb); end; {tinh mot xong yax1} 55 ctg:=y; { tinh Xmin} for i:=1 to m begin xc:=xg+(i-1)*h1; x1:=xc; tgx:=xc; fa:=ham(a); fb:=ham(b); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); while abs(dx)>epsi Begin x:=a+dx; b:=a; a:=x; fb:=fa; fa:=ham(x); dx:=fa*(b-a)/(fa-fb); end; {tinh mot xong x} if (xctg )then begin btg:=x; end; if (x>btg) and (x1>ctg) then bx:=btg; end; bx1:=bx; vedothi(r,bx1); cx1:=ax1-bx1; vedothi(r, cx1); end; if dt=1 then while not keypressed do; closegraph; END 56 [...]... quan hệ giữa cường độ laser thông qua hàm truyền phi tuyến của giao thoa kế phi tuyến Quan hệ này đã chỉ ra được đặc trưng lưỡng ổn định của các giao thoa kế phi tuyến này Như vậy giao thoa kế có chứa môi trường Kerr gọi là giao thoa kế phi tuyến và chúng hoạt động như một linh kiện lưỡng ổn định quang học[2],[3], [6] Sau đây chúng ta tìm hiểu một vài giao thoa kế phi tuyến thông dụng 1.4.1 Giao thoa kế. .. Mach-Zehnder phi tuyến sẽ hoạt động như một linh kiện lưỡng ổn định nếu chọn một bộ các tham số vật lý thích hợp 25 Chương II ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ PHẢN XẠ LÊN ĐẶC TRƯNG LƯỠNG ỔN ĐỊNH CỦA GIAO THOA KẾ MACH-ZEHNDER PHI TUYẾN Trước đây, giao thoa kế Mach-Zehnder chứa môi trường phi tuyến (Nonlinear Mach-Zehnder Interferometer-NMZI) hoạt động như một thiết bị lưỡng ổn định đã được nhiều tác giả đề xuất và nghiên... xây dựng mối quan hệ vào-ra của cường độ qua giao thoa kế Mach-Zehnder phi tuyến bằng phương pháp chồng chất truyền thống với các phép gần đúng tương tự Mối quan hệ vào-ra của giao thoa kế này sẽ được trình bày ở chương II - Đặc trưng lưỡng ổn định và ảnh hưởng của các tham số lên hiệu ứng được khảo sát từ quan hệ vào-ra của cường độ qua linh kiện - Giao thoa kế Mach-Zehnder phi tuyến sẽ hoạt động... kể đặc trưng của vật chất Với việc chọn các tham số của GMPT như là hệ số phản xạ của các gương, độ dày và độ cảm phi tuyến bậc ba của môi trường phi tuyến và cường độ ánh sáng tới một cách hợp lý thì cường độ ra sẽ có dạng binari, GMPT hoạt động như một linh kiện lưỡng ổn định 24 1.5 Kết luận chương I Qua nghiên cứu tổng quan về linh kiện lưỡng ổn định quang học trên cơ sở giao thoa kế phi tuyến đã... kế NMZI khi quan tâm tới hệ số phản xạ của bản chia và sự hấp thụ ánh sáng của môi trường phi tuyến, đồng thời đưa ra quan hệ vào - ra và khảo sát về đặc lưỡng ổn định, một đặc tính quan trọng cho mục đích áp dụng giao thoa kế như một linh kiện lưỡng ổn định 2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của giao thoa kế NMZI Giả thiết giao thoa kế NMZI với môi trường phi tuyến tuân theo hiệu ứng quang học Kerr... thuyết lưỡng ổn định của NMZI 1.4.3 Giao thoa kế Michelson phi tuyến 1.4.3.1 Giao thoa kế Michelson phi tuyến đối xứng (SNMI) Giả sử môi trường phi tuyến có hệ số hấp thụ tuyến tính là α, một tia sáng tới có cường độ Iin truyền qua gương M1 tại toạ độ(y,z) trên mặt gương M1 Sau khi qua gương M1 tia sáng sẽ tới bản chia P có hệ số truyền qua T=50% và bị chia thành hai tia thành phần bên trong giao thoa kế. .. vào hệ số phản xạ của R2 Từ một trong hai nhánh ánh sáng đi ra ngoài tạo thành ánh sáng phát, còn nhánh kia ánh sáng được phản xạ vào môi trường phi tuyến bởi gương M3 với hệ số phản xạ 100% đóng vai trò ánh sáng phản hồi ngược Tùy thuộc vào trạng thái của môi trường (độ cảm bậc ba, chiều dày, hệ số hấp thụ), hệ số phản xạ của bản chia và cường độ ánh sáng tới mà NMZI có thể hoạt động như một lưỡng ổn. .. diode couple), các lớp phản xạ (alternating layers) hay đơn giản là lớp màng mỏng phun lên thuỷ tinh (Cadmium Sulphide- Glass) Ngoài ra các giao thoa kế phi tuyến được dùng rộng rãi (giao thoa kế Fabry-Perot, giao thoa kế Mach-Zehnder, giao thoa kế Michelson phi tuyến) trong việc chế tạo các mạch IC quang học như : bộ biến đổi tương tự -số( A/D converter), các cổng logic(logic gates) và đặc biệt là các mạch... (esu ) 2 W n0 n02 Người ta lựa chọn môi trường Kerr với hệ số phi tuyến thích hợp đưa vào hệ quang và tạo ra hiệu ứng phản hồi ngược, khi đó ta sẽ nhận được một linh kiện lưỡng ổn định quang học toàn quang Các hệ quang này có thể được xây dựng từ các giao thoa kế 1.4 Linh kiện lưỡng ổn định quang học trên cơ sở giao thoa kế Linh kiện lưỡng ổn định quang học (Optical Bistable Device-OBD) đã được nghiên... kiện lưỡng ổn định 1.4.3.2 Giao thoa kế Michelson phi tuyến không đối xứng (GMPT) Sơ đồ cấu tạo của GMPT được đề xuất và trình bày trên hình 1.8b [3] Từ giao thoa kế Michelson cổ điển gồm hai gương phản xạ 100% M 3 và M4 đặt vuông góc với nhau và một bản chia P có hệ số truyền qua bất kỳ Hai gương M1 và M2 có hệ số phản xạ thay đổi R1 và R2 tương ứng đặt thêm song song với hai gương kia tạo thành một hệ ... Mach-Zehnder phi tuyến, chọn đề tài: Ảnh hưởng hệ số phản xạ lên đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế Mach-Zehnder phi tuyến làm đề tài nghiên cứu luận văn với mục tiêu khảo sát đánh giá ảnh hưởng hệ số. .. lưỡng ổn định NMZI điều khiển hệ số phản xạ chia Tóm lại hệ số phản xạ chia đóng vai trò tham số tách có ảnh hưởng đến đặc trưng lưỡng ổn định NMZI không đối xứng 2.3.2.2 .Ảnh hưởng hệ số phản xạ chia... hệ vào-ra cường độ qua linh kiện - Giao thoa kế Mach-Zehnder phi tuyến hoạt động linh kiện lưỡng ổn định chọn tham số vật lý thích hợp 25 Chương II ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ SỐ PHẢN XẠ LÊN ĐẶC TRƯNG LƯỠNG