فصل دوم: لیزهای فیبری بریلوئین
2-1- انتشار موج الکترومغناطیس در محیط های خطی و غیر خطی11
2-2- اثرات غیر خطی در فیبر های نوری12
2-3- اصول پراکندگی برانگیخته بریلوئین14
2-4- نظریه پایه15
2-5- فرایند فیزیکی19
2-6- بهره طیف بریلوئین22
فصل سوم: تولید لیزرهای فیبری بریلوئین
3-1- مقدمه27
3-2- آستانه بریلوئین30
3-3- لیزر31
3-4- تولید لیزرهای فیبری بریلوئین35
3-5- تولید لیزرهای فیبری بریلوئین چند طول موجی38
3-5-1 تولید لیزر فیبری بریلوئین چند طول موجی در کاواکهای حلقوی38
3-5-2 تولید لیزر فیبری بریلوئین چند طول موجی در کاواک‌های خطی41
فصل چهارم: بررسی پراکندگی بریلوئین و کاربرد آن در تولید لیزر فیبری بریلوئین
4-1- مقدمه44
4-2- مرحله اول: بررسی پارامتر ضریب انعکاس در عملکرد لیزر فیبری بریلوئین در طول ثابت46
4-3- مرحله دوم: بررسی تاثیر تغییر طول در بازده و محاسبه ضریب انعکاس بهینه در لیزر فیبری بریلوئین48
4-4- مرحله سوم: محاسبه بازده برای ضریب انعکاس بهینه در طول های مختلف49
4-5- پیکربندی لیزر فیبری بریلوئین جدید با توان خروجی بالا50
4-5-1 چکیده مطلب50
4-5-2 مقدمه50
4-5-3 تنظیمات آزمایشی51
4-5-4 نتیجه و بررسی52
4-5-5 نتیجه گیری54
فصل پنجم: نتیجه گیری
5-1- نتیجه و پیشنهادات57
منابع و ماخذ59
فهرست منابع انگلیسی59
پیوست ها63
پیوست الف63
چکیده انگلیسی66

فهرست جداول
عنوان شماره صفحه
جدول(4-1): داده های مورد استفاده برای شبیه سازی45
جدول (4-2): شدت آستانه لیزر برای طول های مختلف50
فهرست اشکال

عنوان شماره صفحه
شکل(2-1): نمودار فرکانس بر حسب عددموج برای دو شاخه فونون نوری و صوتی.18
شکل(2-2): شمایی از مقایسه امواج استوکس و آنتی استوکس از نظر طول موج.19
شکل (2-3) طیف بهره بریلوئین از 3 فیبر در : (a) فیبر هسته سیلیکا. (b) فیبر روکش فشرده و (c) فیبر تغییر پراکندگی23
شکل (3-1): اختلاف شدت در پمپ و استوکس31
شکل (3-2): طرح پیکربندی کاواک خطی (a) و کاواک حلقوی (b) را نشان می دهد.37
شکل(3-3): یک کاواک حلقوی برای تولید لیزر فیبری بریلوئین را نمایش می دهد.37
شکل(3-4): مجموعه پیشنهادی تجربی برای تولید لیزر چند طول موجی با جدائی GHz 10 و GHz 2039
شکل(3-5): تولید لیزر چند طول موجی با فاصله جدائی nm 16/0 (20 گیگاهرتز) بین خطوط متوالی در جهت‌های مستقیم و معکوس را نشان می‌دهد40
شکل(3-6): تولید یک لیزر چند طول موجی با تعداد 8 خط و جدایی بین خطوط nm 08/0 که از ترکیب موجهای در شکل قبل حاصل شده است40
شکل (3-7): کاواک خطی پیشنهادی برای تولید لیزر فیبری چند طول موجی بریلوئین را نشان می‌دهد41
شکل (3-8): لیزر چند طول موجی حاصل در طیف خروجی کاواک خطی را با تغییرات نسبتهای متفاوت پایه B از گرداننده اپتیکی OC2 را نشان می‌دهد42
شکل (4-1): شدت استوکس بر حسب شدت پمپ در طول 1 متر47
شکل 4-2: شدت استوکس بر حسب شدت پمپ47
شکل(4-3): بازده مرتبه اول استوکس در ضریب های انعکاس های مختلف48
شکل(4-4): شدت استوکس بر حسب شدت پمپ در ضریب انعکاس بهینه 0.5 در چهار طول 0.3 ، 0.5، 1 و 1.5 متر(به ترتیب از بالا به پایین).49
شکل(4-5): در این نمودار بازده در ضریب انعکاس بهینه و در طولهای0.3، 0.5، 1 و 1.5 رسم شده است.49
شکل(4-6): تنظیمات آزمایشی برای (a) لیزر فیبر بریلوئین معمولی و (b) پیکربندی جدید فیبر بریلوئین ارائه شده52
شکل (4-7): مقایسه طیف خروجی لیزر فیبربریلوئین بین پیکربندی معمولی (پیکربندی a) و پیکربندی جدید لیزر فیبر بریلوئین ارائه شده (پیکربندی b)53
شکل (4-8): جستجوی خروجی لیزر فیبر بریلوئین در نسبت های متصل کننده خروجی مختلف. پیوست آن شکل بزرگ شده ناحیه قله خروجی است.54
چکیده
هدف در این پایان نامه حل معادله شدت استوکس و پمپ برای یک لیزر خطی فیبری بریلوئین بهینه سازی بازده لیزر می باشد. فرایند فیزیکی براکندگی برانگیخته بریلوئین به وسیله برهمکنش غیرخطی بین نور تابشی (موج پمپ) با نور پراکندگی بریلوئین (موج استوکس) و موج آکوستیکی است که در طی یک فرایندی به نام الکترواستیرکشن تولید می شود لیزرهای فیبری بریلوئین توجه وسیعی را به دلیل آستانه کم و بهره بالا در انتقال توان پمپ به لیزر به خود جذب کردند. پراکندگی بریلوئین به عنوان یک پدیده اپتیک غیر خطی، کاربردهای زیادی به شکل تقویت کننده لیزر، سنسور و … در صنعت مخابرات یا پزشکی دارند. در این میان لیزرهای فیبری بریلوئبن از جایگاه ویژه ای برخوردارند. در فصل های 1 ، 2 و 3 اصول پراکندگی بریلوئین وهمچنین کاربرد آن را در تولید لیزرهای فیبری به تفصیل توضیح داده ایم. هدف اصلی این پایان نامه در فصل 4 آمده که در این فصل کار ما بهینه سازی لیزر خطی فیبری بریلوئین است. بنابراین از حل معادلات لیزر بریلوئین شروع میکنیم که این معادلات تا مرتبه اول بریلوئین نوشته شده است و از مراتب بالاتر استوکس صرف نظر شده است. عوامل زیادی برکارکرد لیزر بریلوئین اثرگذار هستند. از این میان می توان به ضریب انعکاس آیینه ، شدت پمپ ورودی و طول لیزر اشاره کرد. در فصل چهارم پنج فرضیه در نظر گرفته ایم که فرضیه اول شبیه سازی لیزر فیبری مرتبه اول بریلوئین است یعنی یک لیزر تک طول موج. فرضیه دوم این است که هیچ پدیده غیر خطی دیگری در محیط فیبر تولید نمی شود. فرضیه سوم شکل کاواک است، کاواک های معمول لیزر فیبری یه صورت خطی و یا حلقوی است که در اینجا از فیبر خطی با طول معین استفاده شده است. فرضیه چهارم برای سادگی و حل معادلات فرض کردیم دو انتهای فیبر از آیینه ها فاصله کمی دارد و از این اتلاف صرفنظر میکنیم. فرضیه پنجم شرایط مرزی است.
کلمات کلیدی: فیبر، پراکندگی برانگیخته بریلوئین، پراکندگی برانگیخته رامان، لیزر فیبری بریلوئن، تقویت کننده نوری
فصل اول:
کلیات تحقیق
1-1- توضیحات مقدماتی
اختراع لیزرها باعث تغییر جهت فیزیک نوری و اتمی به سمت دینامیک و پیگیری بیشتر بعد از حوزه تحقیقات شده است؛ محدودیت نیرو با زمینه پایین از بین رفته است، بنابراین بعضی مواد جالب که به غیرخطی بودن بر روی استحکام ناحیه وقوع بستگی دارند اجازه تاثیرگذاری میدهد. یکی از خصوصیات بسیار جالب فیبرهای نوری غیرخطی ظهور لیزرهای فیبر نوری است که لیزرهایی هستند که در آنها حد وسط بدست آمده فعالیت می تواند توسط فیبر نوری بدست آمده از عناصر کمیاب زمینی مانند اربیوم، ایتربیوم و تولیم ساخته شود. با این وجود، با استفاده از تاثیرات غیر خطی، مانند پراکندگی بریلوئین تحریک شده و پراکندگی رامان تحریک شده، می توانیم بهره وری در فیبر نوری را برای تولید به ترتیب لیزرهای فیبر بریلوئین(BFLs)1 و لیزرهای فیبررامان(RFLs)2 مهیا کنیم. نویز با شدت و فرکانس پایین و کانون متحرک به عنوان یکی از مزایای لیزرهای فیبری از تنوع کاربردها نتیجه می شود مانند میکروویوهای فتونی (Geng, Staines and Jiang 2008, 16-18: 33 )، طیف نمایی (Walsh and Barnes 2004, 325-333: 74)، ارتباطات نوری همسان (Polynkin et al 2007, 1328-1330)، آشکارسازی لیدار همسان (Koroshetz 2005, 3: 5-6)، پردازش مواد احساس اینترفرومتری (Hack 2003, 18) و نیز برای اهداف پزشکی. لیزرهای فیبر بریلوئین همچنین علاقهمندیهایی برای تعداد دیگری از کاربردها به وجود آورده اند مانند ژیروسکوپها که به دلیل پهنای باند بسیار نازک انهاست که می تواند با Hz بسیار کم باشد. در این مکالمه، قصد بحث کردن درباره تولید لیزرهای فیبر بریلوئین و اندازه گیری پهنای باند لیزرهای فیبر بریلوئین را داریم؛ بنابراین خلاصه ای از مباحث مربوطه به لیزرهای فیبر بریلوئین به عنوان مقدمه مابقی در بخش های بعدی ارائه خواهد شد.
1-2- پراکندگی برانگیخته بریلوئین در فیبرهای نوری
هنگام انتشار نور در محیط ممکن است دو نوع پراکندگی برای آن رخ دهد،پراکندگی کشسان که همان پراکندگی ریلی (Hill, Kawasaki and Johnson 1976, 608-609) است و پراکندگی‌های نا کشسان ازجمله پراکندگی بریلوئن و پراکندگی رامان.در پراکندگی ریلی در واقع یک اتلاف بنیادی در انتشار نور رخ می‌دهد و برای آن فرکانس نور منتشرشده بدون تغییر باقی می‌ماند.از طرف دیگر، فرکانس نور پراکنده‌شده در طول پراکندگی برای پراکندگی‌های غیر کشسان بریلوئن و رامان کاهش می‌یابد.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

اولین مطالعه نظری پراکندگی بریلوئن نور به وسیله فونون های گرمایی(که با ارتعاشات مولکول‌های محیط به وسیله امواج آکوستیک مرتبط هستند)در سال 1918توسط مندلشتام انجام شد (Olsson and van der Ziel 1986, 1329-1330: 48; Desuvire, Simpson and Becker 1987, 888-889: 12) و در سال 1926فقط منتشر شد (Bayvel and Giles 1989, 581-583).
لئون بریلوئن به صورت مستقل در سال1922پراکندگی نور را از امواج آکوستیکی برانگیخته گرمایی پیش‌بینی کرد. پس از آن،پیش‌بینی بریلوئن توسط ای.گروس در مایعات و بلورها به صورت تجربی در سال 1930مورد تأیید قرار گرفت (Agrawal 2005, 12-19; Kaminow and Eds 2002, 4A and 4B).
پراکندگی برانگیخته بریلوئن(SBS)3 زمانی رخ می‌دهد که تداخل بین پمپ و نور پراکنده‌شده به عقب با فرکانسی کاهش‌یافته(امواج استوکس) امواج آکوستیکی درون محیط را تقویت کند (Ramaswami and Sivarjan 2000, 166).
پراکندگی برانگیخته بریلوئن در سیستم‌های مخابرات نوری همدوس می‌تواند زیان‌آور هم باشد،به طوری که مجبوریم توان سیگنال را به کمتر از توان آستانه پراکندگی، که نوعاً چند میلی وات است،محدود کنیم (Hill et al 1987, 647-649). اما در بعضی از کاربردهای عملی نظیر ویژگی‌های فیبر نوری (Kashyap 1999,147)، اندازه‌گیری‌های توزیع دما (Knight et al 1996, 1547-1549: 21 )، اندازه‌گیری‌های توزیع کرنش (Broeng et al 1999, 305-330: 5)، اندازه‌گیری‌های توزیع تضعیف (Monro 1999, 1093-1102: 17)، تقویت پهنای باند کم(Koyamada 2004, 631-639: 24)، جا بجا کننده فرکانس (Headly and Agrawal 2005, 136 ) و تولید فرکانس میکرو موج (Yaman, Lin and Agrawal 2006, 7) پراکندگی برانگیخته بریلوئن مورد استفاده قرار می‌گیرد.علاوه بر این بزرگ‌ترین استفاده پراکندگی برانگیخته بریلوئن در زمینه لیزر فیبری بریلوئن است (Born and Wolf 1999, 126; Jenkins and White 2001, 189). در ضمن لیزر فیبری بریلوئن که نوعاً پهنای باریک چند هرتز دارد، به عنوان یک منبع نوری بسیار همدوس، کاربردهایی نظیر حسگرهای نوری و ژیروسکوپ نیز دارد (Boyd 2008, 122).
آنچه که ما معمولاً به آن به عنوان بازگشت نور مراجعه کنیم دقیقا به دلیل انتشار رایلی4 است؛ انتشار نور در میانه جایی که شاخص انکسار تصادفی است تنها براساس مقیاسی کمتر از طول موج نوری انتشار رایلی نامیده میشود (Born and Wolf 1999, 185). این انتشار همچنین به انتشار الاستیک معروف است و کاهش اساسی انتشار نور برای فرکانس نور انتشار یافته ثابت می باشد. به علاوه، فرکانس نور انتشار یافته به سمت پایین در طول انتشار نور غیرالاستیکی تغییر پیدا می کند مانند انتشار بریلوئین یا انتشار رامان در پدیده انتشار نور بریلوئین، یک ناحیه موج نوری فرعی توسط موجهای آکوستیک برانگیخته گرمایی در میانه انتشار داده میشود (Boyd 1992, 84). اولین تحقیقات تئوریکی انتشار نور بریلوئین توسط فونون های گرمایی (در رابطه با ارتعاش مولکولهای میانه توسط موج های آکوستیک) به وسیله ماندلستام5 در سال 1918 انجام شد (Fabelinskii 1968, 116; Landau, M. Lifshits and Pitaevskii 1984, 175)؛ اگرچه نوشته ماندلستام فقط در سال 1926 منتشر شد (Mandelstam 1926, 381). به طور مستقل، لئون بریلوئین6 انتشار نور از موجهای آکوستیک برانگیخته گرمایی را در سال 1922 پیش بینی کرد. بعدا، پیش بینی های بریلوئین توسط گرووس7 در مایعات و کریستال ها در سال 1930 مورد آزمایش قرار گرفت (Gross 1930, 400; Gross 1930, 685).
پراکندگی برانگیخته بریلوئین هنگامی رخ می دهد که تداخل بین نور پمپ و نور تغییر جهت داده به سمت پایین منتشر شده به سمت عقب (موج استوکس) موج های آکوستیک را تقویت کند (Jenkins and White 2001, 139). پراکندگی برانگیخته بریلوئین در سیستم های ارتباط نوری همسان می تواند مضر باشد به طوری که مجبوریم قدرت سیگنال را کمتر از آستانه پراکندگی برانگیخته بریلوئین نگه داریم که معمولا با میلی وات بسیار کم است (Boyd 1999, 128). با این وجود، برای چندین کاربرد عملی به طور سودمند مورد استفاده قرار گرفته اند مانند مشخص کردن فیبر نوری (Born and Wolf 1999, 132)، اندازه گیری های دمای توزیع شده (Boyd 1992, 89)، اندازه گیری های تغییر شکل توزیع شده (Fabelinskii 1968, 85-89)، اندازه گیریهای افت قدرت موج توزیع شده (Landau, Lifshits and Pitaevskii 1984, 84-89)، تغییر جهت دهنده فرکانس، آمپلی فایر پهنای باند ظریف(Mandelstam 1926, 381) و تولید فرکانس میکروو (Brillouin 1992, 88).
به علاوه، بیشترین علاقه به استفاده از پراکندگی برانگیخته بریلوئین در لیزرهای فیبر بریلوئین است (Gross 1930, 685; Agrawal 2001, 165 ). به دلیل منبع نور همسان در سطح بالا، لیزرهای فیبر بریلوئین برای کاربردهایی مانند سنسورهای نوری و ژریسکوپ ها به دلیل پهنای باند بسیار نازک آنها که می تواند با هرتز بسیار کم باشد مورد علاقه هستند(Ohashi, Shibata and Shiraki 1992, 900-902; Kurashima, Horiguchi and Tateda 1990, 1038 – 1040; Tateda et al 1990, 1272-1296 ).
1-3- لیزر فیبر بریلوئین – بررسی اجمالی
لیزر فیبر معمولاً به لیزری با فیبر نوری به عنوان میانه بدست آمده برمیگردد. در اکثر نمونهها، میانه بدست آمده یک فیبر ناخالص شده با یون های زمینی کمیاب مانند اربیوم8 ()، نئودیمیوم9 ()، ایتربیوم10 ()، تولیوم11 ()، یا پراسدیمیوم12 () پمپ شده دیودهای لیزر است که جهت تولید واسطه بدست آمده در این فیبرها به وجود می آید. اگرچه انواع مختلف ناخالصی ها مواد میزبان مختلف مانند سیلیکا و فلورا به خصوصیات مختلف سیستمهای لیزر را موجب میشوند، اربیوم در میزبان سیلیکا به طور وسیع مخصوصا در لیزرهای فیبر ناخالص شده با اربیوم مورد استفاده قرار می گیرد زیرا چنین لیزرهایی در نوار طول موج 1.55 میکرومتر برای بعضی کاربردها مفید هستند مانند ارتباط نوری، پدیده مافوق سریع و سنسورهای براساس فیبر.با این حال، لیزرهای فیبر بریلوئین میتوانند در هر طول موجی تولید شوند به همین دلیل آنها از بریلوئین غیر خطی بدست آمده در فیبر نوری مورد استفاده قرار می گیرند.
لیزرهای فیبر بریلوئین خصوصیات ویژهی بسیاری دارند که آنها را از لیزرهای استاندارد متفاوت می سازد . اول از همه، همسانی آن باید اساسا احتیاجات مختلف را در برداشته باشد بنابراین لیزرهای فیبر بریلوئین توسط دیگر لیزرها پمپ میشود که پمپهای بریلوئین13 با انتخاب طیفی پرتوافکنی نامیده می شود که در اینجا، مقدار کمی مهم تفاوت در لیزرهای فیبر بریلوئین و فرکانس های پمپ بیشتر از مقدار دقیق کامل آنها میباشد. به محض اینکه قدرت پمپ از قدرت آستانه پراکندگی برانگیخته بریلوئین تجاوز میکند، نوسان لیزرهای فیبر بریلوئین، توسط اضافه کردن بازخورد مناسب به سمت سیستم پراکندگی برانگیخته بریلوئین در شکل محفظه (خطی) یا محفظه حلقهای ایجاد می شود، که در فرکانس جدا شده از فرکانس پمپ های بریلوئین توسط به دلیل تاثیر دوپلر14 بر انتشار غیرالاستیک بازگشت به سمت عقب پمپ های بریلوئین به وسیله شبکه متحرک تولید شده از طریق پدیده الکتروستریکسیون، آغاز خواهد شد. در این نظریه، فیبر با حالت 25 کیلومتر تکی به عنوان میانه بدست آمده غیرخطی در دو ترکیب مورد استفاده قرار میگیرد که محفظه (خطی) و محفظه حلقهای هستند. فیبر طویل نسبی معمولاً جهت تولید لیزرهای فیبر بریلوئین به کار میرود که به حصول بریلوئین در رابطه با غیرخطی بودن فیبر استفاده می کند. به علاوه، فواصل اثر متقابل طولانی انتشار نور معمولاً نیاز به دست یابی ترکیب غیرخطی هرگونه فیبر طولانی مفید دارد بنابراین فرایند پراکندگی برانگیخته بریلوئین می تواند با مرحله (فاز) هماهنگ شود یا سیگنال پراکندگی برانگیخته بریلوئین به سطوح محسوس (قابل قبول) افزایش دهد.
محفظههای حلقهای معمولاً جهت دست یابی به لیزرهای فیبر بریلوئین به کار میروند. در محفظه حلقهای متداول در فیبرهای نوری، یک فیبر بین دو پورت متضاد پیوندی 2×2 ارتباط برقرار می کند و 3 پورت گرداننده نوری15 به پیوند در پورت 2 از گرداننده نوری اتصال داده می شود. سپس پمپ بریلوئین از طریق پورت های 1و2 از گرداننده نوری به سمت فیبر خارج می شوند. ایزولیترها شامل فعالیت گرداننده نوری جهت اطمینان از فعالیت یک سویه می باشند. به دلیل طبیعت پراکندگی برانگیخته بریلوئین ، نوسان لیزرهای فیبر بریلوئین در جهت مخالف نوسان پمپ بریلوئین در فیبر است. قسمتی از لیزرهای فیبر بریلوئین توسط پیوند به وجود آمده است و از طریق پورتهای 2و3 از گرداننده نوری به آنالیز کننده طیفی نوری16 ارسال می شود. با وجود این، محفظه حلقهای نیز می تواند بدون استفاده از پیوند ساخته شود و محفظه تمام فیبر با قدرت لیزرهای فیبر بریلوئین خروجی بالاتر را نتیجه می دهد. محفظه حلقهای در مقایسه با محفظه خطی به دلیل استفاده تنها یک پیوند و یک گرداننده نوری اتلاف پردشی دوسره کمتری دارد. یک محفظه خطی اساسا به دو آینه برای ورود و خروج و حصول میانه (فعال) نیاز دارد. در فیبرهای نوری، یک گرداننده نوری در پورت های 1و3 با یکدیگر ارتباط داده می شوند که می توانند محل آینه های مذکور به کار می روند و بنابراین یک فیبر نوری به عنوان میانه حصول شده بین هر دو پورت های 2 از دو گرداننده نوری پیوند زده میشود. در ترکیب خطی متداول، پیوند 2×2 بین پورتهای 2 از دو گرداننده نوری جهت تزریق لیزر اولیه و ایجاد طیف خروجی مورد استفاده قرار میگیرند. با این حال، همانطور که در این نطریهها نشان داده خواهد شد، ترکیب پیشنهادی ما می تواند کارائی بالاتر، خوش بینانه تر باشد. در ترکیب لیزرهای فیبر بریلوئین خطی دیگر، شبکه فیبر براگ17 به جای گرداننده نوری جهت مجبور کردن لیزر به عمل کردن در حالت طولی تکی، مورد استفاده قرار میگیرد.
1-4- هدف این فرضیهها
فرآیند فیزیکی پراکندگی برانگیخته بریلوئین به وسیله برهم کنش غیر خطی بین نور تابشی (موج پمپ) با نور پراکنده بریلوئین (موج استوکس) و موجی آکوستیکی است که در طی یک فرآیندی بنام الکترواستریکشن18 تولید میشود. همین که موج پراکنده بریلوئین بصورت خود به خودی تولید می شود با موج پمپ زنش ایجاد میکند و موج زنش با فرکانسی تولید میشود که دقیقا مساوی فرکانس موج آکوستیکی است. در نتیجه، این زنش به عنوان منبعی برای تقویت کردن دامنه موج آکوستیکی عمل می کند که بنوبه خود دامنه موج پراکنده بریلوئین را به عنوان یک پسخوراند مثبت تقویت می کند و پراکندگی برانگیخته بریلوئین شکل می گیرد. با قرار دادن فیبر نوری درون یک حفره، توان آستانه پراکندگی برانگیخته بریلوئین بطور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد و اگر بهره در فرآیند تقویت استوکس بریلوئین بیش از اتلاف کاواک باشد، نوسان استوکس بریلوئین درون کاواک پدید می‌آید که به نوبه خود سبب تولید لیزرهای فیبری بریلوئین می‌شودو پهنای استوکس بریلوئین بطور قابل توجهای باریکتر از پهنای پمپ شده به چندین هرتز کاهش مییابد. در این تحقیق از طریق شبیه سازی به کمک نرم افزار متلب19 روند تولید لیزر فیبری بریلوئین بررسی میشود. با تغییر پارامترهای کاواک، توان لیزر فیبری بریلوئین نسبت به توان لیزر فرودی بدست میآید.
1-5- تحقیقات انجام شده
لیزرهای فیبری بریلوئین توجه وسیعی را به دلیل آستانه کم و بهره بالا در انتقال توان پمپ به لیزر به خود جذب کرده‌اند. بین تمامی کاربردهای لیزرهای فیبری بریلوئین، لیزرهای فیبری بریلوئین چند طول موجی که به نام لیزرهای فیبری بریلوئین آبشاری هم شناخته می‌شوند از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند که بعنوان مثال در دستگاه‌های انتقال اطلاعات بوسیله فیبر نوری کاربردهای وسیعی دارند (Smith, Zarinetchi F and Ezekiel 1991, 393-395; Hill, Kawasaki and Johnson 1976, 608-60). در صورتیکه در گذشته، منابع لیزر نیمه هادی مجزایی برای ایجاد هر کانال بکار می‌رفت و لازمه هر کدام یک کنترل مجزا بود (Nosu et al 1993, 764-776).
مزیت لیزرهای فیبری بریلوئین چند طول موجی آن است که آنها را خود به خود از جابجائی فرکانسی بریلوئین که از طریق مشخصه و ویژگی‌های فیبر تعیین می‌شود، می‌توان ایجاد کرد. رفتار دینامیکی و پایایی اینگونه لیزرها بطرق مختلف بررسی شده است (Ogusu 2002, 947-949; Ogusu and Sakai 2002, 609-616 ). لیزرهای فیبری بریلوئین را هم به کمک تقویت کننده فیبر آلاییده با اربیم و تقویت کننده رآمان هم ایجاد می‌ کنند (Shirazi and Biglary 2012, 5; Shirazi et al 2008, 361-363).
فصل دوم:
لیزهای فیبری بریلوئین
2-1- انتشار موج الکترومغناطیس در محیطهای خطی و غیر خطی
توصیف ماکروسکوپی برهم کنش میدان های الکترومغناطیس با محیطی که مغناطش20 و جریان الکتریکی ناشی از بار های آزاد ندارد با استفاده از معادلات ماکسول بطور خلاصه توضیح داده می شود. ماکسول برای اولین بار رفتار یکپارچه میدان های الکتریکی و مغناطیسی را تهیه کرد. برای درک پدیده های غیر خطی در یک فیبر نوری لازم است انتشار موج الکترومغناطیس را در یک محیط غیر خطی در نظر بگیریم. معادله حاکم بر انتشار میدان الکتریکی موج الکترومغناطیس در یک محیط خطی و غیر خطی از رابطه زیر بدست میآید (Buck 2004, 87; Newell and Moloney 2004, 189):
(2-1)
معادله (2-1) انتشار میدان الکتریکی در محیط های خطی و غیر خطی را توصیف می کند. اما جهت استفاده از این معادله باید قطبش21 P را مشخص کنیم. این کار عملی نیست مگر با معادلات ماکسول، زیرا P یک خاصیت محیط مادی است که میدانE در آن انتشار می یابد. برای شروع، لازم است که بدانیم که چگونه قطبش P در یک محیط تولید می شود. به عبارت دیگر ما اطلاعاتی را در خصوص روابط بین E و P نیاز داریم. در یک محیط خطی، قطبش P و میدان E بوسیله تابع پذیرفتاری الکتریکی ? با یکدیگر در ارتباطند:
(2-2) P = ?0?E
که در این معادله ? یک ثابت است.
بنابراین معادله (2-1) به معادله زیر تبدیل می شود:
(2-3) ?2-= 0
پس در هر لحظه میدان الکتریکی (و به همین صورت میدان مغناطیسی) درحال انتشار در یک محیط خطی را میتوان بصورت امواج تخت بیان کرد:
(2-4) E = E0 {}
(2-5) H = H0 {} که E0و H0بزرگی و جهت میدان الکتریکی و مغناطیسی، فاز کل وc.c مختلط مزدوج جمله قبل از آن را مشخص می کند. فرکانس زاویه ای و ? ثابت انتشار موج در حال انتشار در جهت محورz است.
2-2- اثرات غیر خطی در فیبر های نوری
هنگامی که نور با شدت زیاد در طول فیبرهای نوری یا مواد حجیم عبور می کند، اثرات غیر خطی مختلفی ممکن است دیده شوند (Agrawal 2001, 177). اثرات غیر خطی معمولاً بصورت تولید هماهنگ دوم، تولید هماهنگ سوم،ترکیب چهار موج، پراکندگی برانگیخته رآمان و پراکندگی برانگیخته بریلوئین و بسیاری دیگر مشاهده می شوند. اثرات غیر خطی مربوط به حرکت ناهماهنگ الکترونهای مقید تحت تاثیر میدان الکترومغناطیس خارجی میباشند. پاسخ غیر خطی ضریب شکست یک فیبر نوری به یک میدان الکترومغناطیس با شدت زیاد قابل ملاحظه است. درعمل بزرگترین میدان های الکتریکی بکار رفته در محدوده v/m 106 قرار می گیرند که در آن بیشتر مواد دچار شکست الکتریکی میشود. علاوه بر این، در موقعیت یک الکترون مقید به یک اتم یا ملکول و یا در حال حرکت درون یک جامد یا مایعات چگال، میدان الکتریکی در محدوده1011 v/m وجود دارد زیرا در فواصلی در حد آنگستروم اطراف الکترون، تغییرات پتانسیل الکتروستاتیک می تواند چندین الکترون ولت باشد. بنابراین میدان های الکتریکی آزمایشگاهی خیلی کوچک ازمیدان های الکتریکی است که بطور طبیعی الکترونهای درون اتم و ساختارهای ملکولی مواد تجربه میکنند. در این شرایط می توان گشتاور الکتریکی دو قطبی در واحد حجم P(r,t) را، در یک سری تیلور برحسب توان های از میدان ماکروسکوپی E(r,t) در زمان و مکان یکسان بسط دهد:
P? (r,t) = P? (E=0,r,t) +++

دسته بندی : پایان نامه ها

پاسخ دهید