فصل دوم: ليزهاي فيبري بريلوئين
2-1- انتشار موج الکترومغناطيس در محيط هاي خطي و غير خطي11
2-2- اثرات غير خطي در فيبر هاي نوري12
2-3- اصول پراکندگي برانگيخته بريلوئين14
2-4- نظريه پايه15
2-5- فرايند فيزيکي19
2-6- بهره طيف بريلوئين22
فصل سوم: توليد ليزرهاي فيبري بريلوئين
3-1- مقدمه27
3-2- آستانه بريلوئين30
3-3- ليزر31
3-4- توليد ليزرهاي فيبري بريلوئين35
3-5- توليد ليزرهاي فيبري بريلوئين چند طول موجي38
3-5-1 توليد ليزر فيبري بريلوئين چند طول موجي در كاواكهاي حلقوي38
3-5-2 توليد ليزر فيبري بريلوئين چند طول موجي در كاواك‌هاي خطي41
فصل چهارم: بررسي پراکندگي بريلوئين و کاربرد آن در توليد ليزر فيبري بريلوئين
4-1- مقدمه44
4-2- مرحله اول: بررسي پارامتر ضريب انعکاس در عملکرد ليزر فيبري بريلوئين در طول ثابت46
4-3- مرحله دوم: بررسي تاثير تغيير طول در بازده و محاسبه ضريب انعکاس بهينه در ليزر فيبري بريلوئين48
4-4- مرحله سوم: محاسبه بازده براي ضريب انعکاس بهينه در طول هاي مختلف49
4-5- پيکربندي ليزر فيبري بريلوئين جديد با توان خروجي بالا50
4-5-1 چکيده مطلب50
4-5-2 مقدمه50
4-5-3 تنظيمات آزمايشي51
4-5-4 نتيجه و بررسي52
4-5-5 نتيجه گيري54
فصل پنجم: نتيجه گيري
5-1- نتيجه و پيشنهادات57
منابع و ماخذ59
فهرست منابع انگليسي59
پيوست ها63
پيوست الف63
چکيده انگليسي66

فهرست جداول
عنوان شماره صفحه
جدول(4-1): داده هاي مورد استفاده براي شبيه سازي45
جدول (4-2): شدت آستانه ليزر براي طول هاي مختلف50
فهرست اشکال
عنوان شماره صفحه
شکل(2-1): نمودار فرکانس بر حسب عددموج براي دو شاخه فونون نوري و صوتي.18
شکل(2-2): شمايي از مقايسه امواج استوکس و آنتي استوکس از نظر طول موج.19
شکل (2-3) طيف بهره بريلوئين از 3 فيبر در : (a) فيبر هسته سيليکا. (b) فيبر روکش فشرده و (c) فيبر تغيير پراکندگي23
شکل (3-1): اختلاف شدت در پمپ و استوکس31
شکل (3-2): طرح پيکربندي کاواک خطي (a) و کاواک حلقوي (b) را نشان مي دهد.37
شکل(3-3): يک کاواک حلقوي براي توليد ليزر فيبري بريلوئين را نمايش مي دهد.37
شكل(3-4): مجموعه پيشنهادي تجربي براي توليد ليزر چند طول موجي با جدائي GHz 10 و GHz 2039
شكل(3-5): توليد ليزر چند طول موجي با فاصله جدائي nm 16/0 (20 گيگاهرتز) بين خطوط متوالي در جهت‌هاي مستقيم و معكوس را نشان مي‌دهد40
شكل(3-6): توليد يك ليزر چند طول موجي با تعداد 8 خط و جدايي بين خطوط nm 08/0 كه از تركيب موجهاي در شكل قبل حاصل شده است40
شكل (3-7): كاواك خطي پيشنهادي براي توليد ليزر فيبري چند طول موجي بريلوئين را نشان مي‌دهد41
شكل (3-8): ليزر چند طول موجي حاصل در طيف خروجي كاواك خطي را با تغييرات نسبتهاي متفاوت پايه B از گرداننده اپتيكي OC2 را نشان مي‌دهد42
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 ضريب هاي انعکاس هاي مختلف48
شکل(4-4): شدت استوکس بر حسب شدت پمپ در ضريب انعکاس بهينه 0.5 در چهار طول 0.3 ، 0.5، 1 و 1.5 متر(به ترتيب از بالا به پايين).49
شکل(4-5): در اين نمودار بازده در ضريب انعکاس بهينه و در طولهاي0.3، 0.5، 1 و 1.5 رسم شده است.49
شکل(4-6): تنظيمات آزمايشي براي (a) ليزر فيبر بريلوئين معمولي و (b) پيکربندي جديد فيبر بريلوئين ارائه شده52
شکل (4-7): مقايسه طيف خروجي ليزر فيبربريلوئين بين پيکربندي معمولي (پيکربندي a) و پيکربندي جديد ليزر فيبر بريلوئين ارائه شده (پيکربندي b)53
شکل (4-8): جستجوي خروجي ليزر فيبر بريلوئين در نسبت هاي متصل کننده خروجي مختلف. پيوست آن شکل بزرگ شده ناحيه قله خروجي است.54
چکيده
هدف در اين پايان نامه حل معادله شدت استوکس و پمپ براي يک ليزر خطي فيبري بريلوئين بهينه سازي بازده ليزر مي باشد. فرايند فيزيکي براکندگي برانگيخته بريلوئين به وسيله برهمکنش غيرخطي بين نور تابشي (موج پمپ) با نور پراکندگي بريلوئين (موج استوکس) و موج آکوستيکي است که در طي يک فرايندي به نام الکترواستيرکشن توليد مي شود ليزرهاي فيبري بريلوئين توجه وسيعي را به دليل آستانه کم و بهره بالا در انتقال توان پمپ به ليزر به خود جذب کردند. پراکندگي بريلوئين به عنوان يک پديده اپتيک غير خطي، کاربردهاي زيادي به شکل تقويت کننده ليزر، سنسور و … در صنعت مخابرات يا پزشکي دارند. در اين ميان ليزرهاي فيبري بريلوئبن از جايگاه ويژه اي برخوردارند. در فصل هاي 1 ، 2 و 3 اصول پراکندگي بريلوئين وهمچنين کاربرد آن را در توليد ليزرهاي فيبري به تفصيل توضيح داده ايم. هدف اصلي اين پايان نامه در فصل 4 آمده که در اين فصل کار ما بهينه سازي ليزر خطي فيبري بريلوئين است. بنابراين از حل معادلات ليزر بريلوئين شروع ميکنيم که اين معادلات تا مرتبه اول بريلوئين نوشته شده است و از مراتب بالاتر استوکس صرف نظر شده است. عوامل زيادي برکارکرد ليزر بريلوئين اثرگذار هستند. از اين ميان مي توان به ضريب انعکاس آيينه ، شدت پمپ ورودي و طول ليزر اشاره کرد. در فصل چهارم پنج فرضيه در نظر گرفته ايم که فرضيه اول شبيه سازي ليزر فيبري مرتبه اول بريلوئين است يعني يک ليزر تک طول موج. فرضيه دوم اين است که هيچ پديده غير خطي ديگري در محيط فيبر توليد نمي شود. فرضيه سوم شکل کاواک است، کاواک هاي معمول ليزر فيبري يه صورت خطي و يا حلقوي است که در اينجا از فيبر خطي با طول معين استفاده شده است. فرضيه چهارم براي سادگي و حل معادلات فرض کرديم دو انتهاي فيبر از آيينه ها فاصله کمي دارد و از اين اتلاف صرفنظر ميکنيم. فرضيه پنجم شرايط مرزي است.
کلمات کليدي: فيبر، پراکندگي برانگيخته بريلوئين، پراکندگي برانگيخته رامان، ليزر فيبري بريلوئن، تقويت کننده نوري

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

فصل اول:
کليات تحقيق
1-1- توضيحات مقدماتي
اختراع ليزرها باعث تغيير جهت فيزيک نوري و اتمي به سمت ديناميک و پيگيري بيشتر بعد از حوزه تحقيقات شده است؛ محدوديت نيرو با زمينه پايين از بين رفته است، بنابراين بعضي مواد جالب که به غيرخطي بودن بر روي استحکام ناحيه وقوع بستگي دارند اجازه تاثيرگذاري ميدهد. يکي از خصوصيات بسيار جالب فيبرهاي نوري غيرخطي ظهور ليزرهاي فيبر نوري است که ليزرهايي هستند که در آنها حد وسط بدست آمده فعاليت مي تواند توسط فيبر نوري بدست آمده از عناصر کمياب زميني مانند اربيوم، ايتربيوم و توليم ساخته شود. با اين وجود، با استفاده از تاثيرات غير خطي، مانند پراکندگي بريلوئين تحريک شده و پراکندگي رامان تحريک شده، مي توانيم بهره وري در فيبر نوري را براي توليد به ترتيب ليزرهاي فيبر بريلوئين(BFLs)1 و ليزرهاي فيبررامان(RFLs)2 مهيا کنيم. نويز با شدت و فرکانس پايين و کانون متحرک به عنوان يکي از مزاياي ليزرهاي فيبري از تنوع کاربردها نتيجه مي شود مانند ميکروويوهاي فتوني (Geng, Staines and Jiang 2008, 16-18: 33 )، طيف نمايي (Walsh and Barnes 2004, 325-333: 74)، ارتباطات نوري همسان (Polynkin et al 2007, 1328-1330)، آشکارسازي ليدار همسان (Koroshetz 2005, 3: 5-6)، پردازش مواد احساس اينترفرومتري (Hack 2003, 18) و نيز براي اهداف پزشکي. ليزرهاي فيبر بريلوئين همچنين علاقهمنديهايي براي تعداد ديگري از کاربردها به وجود آورده اند مانند ژيروسکوپها که به دليل پهناي باند بسيار نازک انهاست که مي تواند با Hz بسيار کم باشد. در اين مکالمه، قصد بحث کردن درباره توليد ليزرهاي فيبر بريلوئين و اندازه گيري پهناي باند ليزرهاي فيبر بريلوئين را داريم؛ بنابراين خلاصه اي از مباحث مربوطه به ليزرهاي فيبر بريلوئين به عنوان مقدمه مابقي در بخش هاي بعدي ارائه خواهد شد.
1-2- پراکندگي برانگيخته بريلوئين در فيبرهاي نوري

هنگام انتشار نور در محيط ممکن است دو نوع پراکندگي براي آن رخ دهد،پراکندگي کشسان که همان پراکندگي ريلي (Hill, Kawasaki and Johnson 1976, 608-609) است و پراکندگي‌هاي نا کشسان ازجمله پراکندگي بريلوئن و پراکندگي رامان.در پراکندگي ريلي در واقع يک اتلاف بنيادي در انتشار نور رخ مي‌دهد و براي آن فرکانس نور منتشرشده بدون تغيير باقي مي‌ماند.از طرف ديگر، فرکانس نور پراکنده‌شده در طول پراکندگي براي پراکندگي‌هاي غير کشسان بريلوئن و رامان کاهش مي‌يابد.
اولين مطالعه نظري پراکندگي بريلوئن نور به وسيله فونون هاي گرمايي(که با ارتعاشات مولکول‌هاي محيط به وسيله امواج آکوستيک 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 بريلوئن به صورت مستقل در سال1922پراکندگي نور را از امواج آکوستيکي برانگيخته گرمايي پيش‌بيني کرد. پس از آن،پيش‌بيني بريلوئن توسط اي.گروس در مايعات و بلورها به صورت تجربي در سال 1930مورد تأييد قرار گرفت (Agrawal 2005, 12-19; Kaminow and Eds 2002, 4A and 4B).
پراکندگي برانگيخته بريلوئن(SBS)3 زماني رخ مي‌دهد که تداخل بين پمپ و نور پراکنده‌شده به عقب با فرکانسي کاهش‌يافته(امواج استوکس) امواج آکوستيکي درون محيط را تقويت کند (Ramaswami and Sivarjan 2000, 166).
پراکندگي برانگيخته بريلوئن در سيستم‌هاي مخابرات نوري همدوس مي‌تواند زيان‌آور هم باشد،به طوري که مجبوريم توان سيگنال را به کمتر از توان آستانه پراکندگي، که نوعاً چند ميلي وات است،محدود کنيم (Hill et al 1987, 647-649). اما در بعضي از کاربردهاي عملي نظير ويژگي‌هاي فيبر نوري (Kashyap 1999,147)، اندازه‌گيري‌هاي توزيع دما (Knight et al 1996, 1547-1549: 21 )، اندازه‌گيري‌هاي توزيع کرنش (Broeng et al 1999, 305-330: 5)، اندازه‌گيري‌هاي توزيع تضعيف (Monro 1999, 1093-1102: 17)، تقويت پهناي باند کم(Koyamada 2004, 631-639: 24)، جا بجا کننده فرکانس (Headly and Agrawal 2005, 136 ) و توليد فرکانس ميکرو موج (Yaman, Lin and Agrawal 2006, 7) پراکندگي برانگيخته بريلوئن مورد استفاده قرار مي‌گيرد.علاوه بر اين بزرگ‌ترين استفاده پراکندگي برانگيخته بريلوئن در زمينه ليزر فيبري بريلوئن است (Born and Wolf 1999, 126; Jenkins and White 2001, 189). در ضمن ليزر فيبري بريلوئن که نوعاً پهناي باريک چند هرتز دارد، به عنوان يک منبع نوري بسيار همدوس، کاربردهايي نظير حسگرهاي نوري و ژيروسکوپ نيز دارد (Boyd 2008, 122).
آنچه که ما معمولاً به آن به عنوان بازگشت نور مراجعه کنيم دقيقا به دليل انتشار رايلي4 است؛ انتشار نور در ميانه جايي که شاخص انکسار تصادفي است تنها براساس مقياسي کمتر از طول موج نوري انتشار رايلي ناميده ميشود (Born and Wolf 1999, 185). اين انتشار همچنين به انتشار الاستيک معروف است و کاهش اساسي انتشار نور براي فرکانس نور انتشار يافته ثابت مي باشد. به علاوه، فرکانس نور انتشار يافته به سمت پايين در طول انتشار نور غيرالاستيکي تغيير پيدا مي کند مانند انتشار بريلوئين يا انتشار رامان در پديده انتشار نور بريلوئين، يک ناحيه موج نوري فرعي توسط موجهاي آکوستيک برانگيخته گرمايي در ميانه انتشار داده ميشود (Boyd 1992, 84). اولين تحقيقات تئوريکي انتشار نور بريلوئين توسط فونون هاي گرمايي (در رابطه با ارتعاش مولکولهاي ميانه توسط موج هاي آکوستيک) به وسيله 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 بريلوئين6 انتشار نور از موجهاي آکوستيک برانگيخته گرمايي را در سال 1922 پيش بيني کرد. بعدا، پيش بيني هاي بريلوئين توسط گرووس7 در مايعات و کريستال ها در سال 1930 مورد آزمايش قرار گرفت (Gross 1930, 400; Gross 1930, 685).
پراکندگي برانگيخته بريلوئين هنگامي رخ مي دهد که تداخل بين نور پمپ و نور تغيير جهت داده به سمت پايين منتشر شده به سمت عقب (موج استوکس) موج هاي آکوستيک را تقويت کند (Jenkins and White 2001, 139). پراکندگي برانگيخته بريلوئين در سيستم هاي ارتباط نوري همسان مي تواند مضر باشد به طوري که مجبوريم قدرت سيگنال را کمتر از آستانه پراکندگي برانگيخته بريلوئين نگه داريم که معمولا با ميلي وات بسيار کم است (Boyd 1999, 128). با اين وجود، براي چندين کاربرد عملي به طور سودمند مورد استفاده قرار گرفته اند مانند مشخص کردن فيبر نوري (Born and Wolf 1999, 132)، اندازه گيري هاي دماي توزيع شده (Boyd 1992, 89)، اندازه گيري هاي تغيير شکل توزيع شده (Fabelinskii 1968, 85-89)، اندازه گيريهاي افت قدرت موج توزيع شده (Landau, Lifshits and Pitaevskii 1984, 84-89)، تغيير جهت دهنده فرکانس، آمپلي فاير پهناي باند ظريف(Mandelstam 1926, 381) و توليد فرکانس ميکروو (Brillouin 1992, 88).
به علاوه، بيشترين علاقه به استفاده از پراکندگي برانگيخته بريلوئين در ليزرهاي فيبر بريلوئين است (Gross 1930, 685; Agrawal 2001, 165 ). به دليل منبع نور همسان در سطح بالا، ليزرهاي فيبر بريلوئين براي کاربردهايي مانند سنسورهاي نوري و ژريسکوپ ها به دليل پهناي باند بسيار نازک آنها که مي تواند با هرتز بسيار 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- ليزر فيبر بريلوئين – بررسي اجمالي
ليزر فيبر معمولاً به ليزري با فيبر نوري به عنوان ميانه بدست آمده برميگردد. در اکثر نمونهها، ميانه بدست آمده يک فيبر ناخالص شده با يون هاي زميني کمياب مانند اربيوم8 ()، نئوديميوم9 ()، ايتربيوم10 ()، توليوم11 ()، يا پراسديميوم12 () پمپ شده ديودهاي ليزر است که جهت توليد واسطه بدست آمده در اين فيبرها به وجود مي آيد. اگرچه انواع مختلف ناخالصي ها مواد ميزبان مختلف مانند سيليکا و فلورا به خصوصيات مختلف سيستمهاي ليزر را موجب ميشوند، اربيوم در ميزبان سيليکا به طور وسيع مخصوصا در ليزرهاي فيبر ناخالص شده با اربيوم مورد استفاده قرار مي گيرد زيرا چنين ليزرهايي در نوار طول موج 1.55 ميکرومتر براي بعضي کاربردها مفيد هستند مانند ارتباط نوري، پديده مافوق سريع و سنسورهاي براساس فيبر.با اين حال، ليزرهاي فيبر بريلوئين ميتوانند در هر طول موجي توليد شوند به همين دليل آنها از بريلوئين غير خطي بدست آمده در فيبر نوري مورد استفاده قرار مي گيرند.
ليزرهاي فيبر بريلوئين خصوصيات ويژهي بسياري دارند که آنها را از ليزرهاي استاندارد متفاوت مي سازد . اول از همه، همساني آن بايد اساسا احتياجات مختلف را در برداشته باشد بنابراين ليزرهاي فيبر بريلوئين توسط ديگر ليزرها پمپ ميشود که پمپهاي بريلوئين13 با انتخاب طيفي پرتوافکني ناميده مي شود که در اينجا، مقدار کمي مهم تفاوت در ليزرهاي فيبر بريلوئين و فرکانس هاي پمپ بيشتر از مقدار دقيق کامل آنها ميباشد. به محض اينکه قدرت پمپ از قدرت آستانه پراکندگي برانگيخته بريلوئين تجاوز ميکند، نوسان ليزرهاي فيبر بريلوئين، توسط اضافه کردن بازخورد مناسب به سمت سيستم پراکندگي برانگيخته بريلوئين در شکل محفظه (خطي) يا محفظه حلقهاي ايجاد مي شود، که در فرکانس جدا شده از فرکانس پمپ هاي بريلوئين توسط به دليل تاثير دوپلر14 بر انتشار غيرالاستيک بازگشت به سمت عقب پمپ هاي بريلوئين به وسيله شبکه متحرک توليد شده از طريق پديده الکتروستريکسيون، آغاز خواهد شد. در اين نظريه، فيبر با حالت 25 کيلومتر تکي به عنوان ميانه بدست آمده غيرخطي در دو ترکيب مورد استفاده قرار ميگيرد که محفظه (خطي) و محفظه حلقهاي هستند. فيبر طويل نسبي معمولاً جهت توليد ليزرهاي فيبر بريلوئين به کار ميرود که به حصول بريلوئين در رابطه با غيرخطي بودن فيبر استفاده مي کند. به علاوه، فواصل اثر متقابل طولاني انتشار نور معمولاً نياز به دست يابي ترکيب غيرخطي هرگونه فيبر طولاني مفيد دارد بنابراين فرايند پراکندگي برانگيخته بريلوئين مي تواند با مرحله (فاز) هماهنگ شود يا سيگنال پراکندگي برانگيخته بريلوئين به سطوح محسوس (قابل قبول) افزايش دهد.
محفظههاي حلقهاي معمولاً جهت دست يابي به ليزرهاي فيبر بريلوئين به کار ميروند. در محفظه حلقهاي متداول در فيبرهاي نوري، يک فيبر بين دو پورت متضاد پيوندي 2×2 ارتباط برقرار مي کند و 3 پورت گرداننده نوري15 به پيوند در پورت 2 از گرداننده نوري اتصال داده مي شود. سپس پمپ بريلوئين از طريق پورت هاي 1و2 از گرداننده نوري به سمت فيبر خارج مي شوند. ايزوليترها شامل فعاليت گرداننده نوري جهت اطمينان از فعاليت يک سويه مي باشند. به دليل طبيعت پراکندگي برانگيخته بريلوئين ، نوسان ليزرهاي فيبر بريلوئين در جهت مخالف نوسان پمپ بريلوئين در فيبر است. قسمتي از ليزرهاي فيبر بريلوئين توسط پيوند به وجود آمده است و از طريق پورتهاي 2و3 از گرداننده نوري به آناليز کننده طيفي نوري16 ارسال مي شود. با وجود اين، محفظه حلقهاي نيز مي تواند بدون استفاده از پيوند ساخته شود و محفظه تمام فيبر با قدرت ليزرهاي فيبر بريلوئين خروجي بالاتر را نتيجه مي دهد. محفظه حلقهاي در مقايسه با محفظه خطي به دليل استفاده تنها يک پيوند و يک گرداننده نوري اتلاف پردشي دوسره کمتري دارد. يک محفظه خطي اساسا به دو آينه براي ورود و خروج و حصول ميانه (فعال) نياز دارد. در فيبرهاي نوري، يک گرداننده نوري در پورت هاي 1و3 با يکديگر ارتباط داده مي شوند که مي توانند محل آينه هاي مذکور به کار مي روند و بنابراين يک فيبر نوري به عنوان ميانه حصول شده بين هر دو پورت هاي 2 از دو گرداننده نوري پيوند زده ميشود. در ترکيب خطي متداول، پيوند 2×2 بين پورتهاي 2 از دو گرداننده نوري جهت تزريق ليزر اوليه و ايجاد طيف خروجي مورد استفاده قرار ميگيرند. با اين حال، همانطور که در اين نطريهها نشان داده خواهد شد، ترکيب پيشنهادي ما مي تواند کارائي بالاتر، خوش بينانه تر باشد. در ترکيب ليزرهاي فيبر بريلوئين خطي ديگر، شبکه فيبر براگ17 به جاي گرداننده نوري جهت مجبور کردن ليزر به عمل کردن در حالت طولي تکي، مورد استفاده قرار ميگيرد.
1-4- هدف اين فرضيهها
فرآيند فيزيکي پراکندگي برانگيخته بريلوئين به وسيله برهم کنش غير خطي بين نور تابشي (موج پمپ) با نور پراکنده بريلوئين (موج استوکس) و موجي آکوستيکي است که در طي يک فرآيندي بنام الکترواستريکشن18 توليد ميشود. همين که موج پراکنده بريلوئين بصورت خود به خودي توليد مي شود با موج پمپ زنش ايجاد ميکند و موج زنش با فرکانسي توليد ميشود که دقيقا مساوي فرکانس موج آکوستيکي است. در نتيجه، اين زنش به عنوان منبعي براي تقويت کردن دامنه موج آکوستيکي عمل مي کند که بنوبه خود دامنه موج پراکنده بريلوئين را به عنوان يک پسخوراند مثبت تقويت مي کند و پراكندگي برانگيخته بريلوئين شکل مي گيرد. با قرار دادن فيبر نوري درون يک حفره، توان آستانه پراكندگي برانگيخته بريلوئين بطور قابل ملاحظه اي کاهش مي يابد و اگر بهره در فرآيند تقويت استوكس بريلوئين بيش از اتلاف كاواك باشد، نوسان استوكس بريلوئين درون كاواك پديد مي‌آيد كه به نوبه خود سبب توليد ليزرهاي فيبري بريلوئين مي‌شودو پهناي استوکس بريلوئين بطور قابل توجهاي باريکتر از پهناي پمپ شده به چندين هرتز کاهش مييابد. در اين تحقيق از طريق شبيه سازي به کمک نرم افزار متلب19 روند توليد ليزر فيبري بريلوئين بررسي ميشود. با تغيير پارامترهاي کاواک، توان ليزر فيبري بريلوئين نسبت به توان ليزر فرودي بدست ميآيد.
1-5- تحقيقات انجام شده
ليزرهاي فيبري بريلوئين توجه وسيعي را به دليل آستانه كم و بهره بالا در انتقال توان پمپ به ليزر به خود جذب كرده‌اند. بين تمامي كاربردهاي ليزرهاي فيبري بريلوئين، ليزرهاي فيبري بريلوئين چند طول موجي كه به نام ليزرهاي فيبري بريلوئين آبشاري هم شناخته مي‌شوند از اهميت ويژه‌اي برخوردارند كه بعنوان مثال در دستگاه‌هاي انتقال اطلاعات بوسيله فيبر نوري كاربردهاي وسيعي دارند (Smith, Zarinetchi F and Ezekiel 1991, 393-395; Hill, Kawasaki and Johnson 1976, 608-60). در صورتيکه در گذشته، منابع ليزر نيمه هادي مجزايي براي ايجاد هر كانال بكار مي‌رفت و لازمه هر كدام يك كنترل مجزا بود (Nosu et al 1993, 764-776).
مزيت ليزرهاي فيبري بريلوئين چند طول موجي آن است كه آنها را خود به خود از جابجائي فركانسي بريلوئين كه از طريق مشخصه و ويژگي‌هاي فيبر تعيين مي‌شود، مي‌توان ايجاد كرد. رفتار ديناميكي و پايايي اينگونه ليزرها بطرق مختلف بررسي شده است (Ogusu 2002, 947-949; Ogusu and Sakai 2002, 609-616 ). ليزرهاي فيبري بريلوئين را هم به كمك تقويت كننده فيبر آلاييده با اربيم و تقويت كننده رآمان هم ايجاد مي‌ کنند (Shirazi and Biglary 2012, 5; Shirazi et al 2008, 361-363).
فصل دوم:
ليزهاي فيبري بريلوئين
2-1- انتشار موج الکترومغناطيس در محيطهاي خطي و غير خطي
توصيف ماکروسکوپي برهم کنش ميدان هاي الكترومغناطيس با محيطي که مغناطش20 و جريان الکتريکي ناشي از بار هاي آزاد ندارد با استفاده از معادلات ماکسول بطور خلاصه توضيح داده مي شود. ماکسول براي اولين بار رفتار يکپارچه ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي را تهيه کرد. براي درک پديده هاي غير خطي در يک فيبر نوري لازم است انتشار موج الکترومغناطيس را در يک محيط غير خطي در نظر بگيريم. معادله حاکم بر انتشار ميدان الكتريكي موج الکترومغناطيس در يک محيط خطي و غير خطي از رابطه زير بدست ميآيد (Buck 2004, 87; Newell and Moloney 2004, 189):
(2-1)
معادله (2-1) انتشار ميدان الکتريکي در محيط هاي خطي و غير خطي را توصيف مي کند. اما جهت استفاده از اين معادله بايد قطبش21 P را مشخص کنيم. اين کار عملي نيست مگر با معادلات ماکسول، زيرا P يک خاصيت محيط مادي است که ميدانE در آن انتشار مي يابد. براي شروع، لازم است که بدانيم که چگونه قطبش P در يک محيط توليد مي شود. به عبارت ديگر ما اطلاعاتي را در خصوص روابط بين E و P نياز داريم. در يک محيط خطي، قطبش P و ميدان E بوسيله تابع پذيرفتاري الکتريکي ? با يکديگر در ارتباطند:
(2-2) P = ?0?E
که در اين معادله ? يک ثابت است.
بنابراين معادله (2-1) به معادله زير تبديل مي شود:
(2-3) ?2-= 0
پس در هر لحظه ميدان الکتريکي (و به همين صورت ميدان مغناطيسي) درحال انتشار در يک محيط خطي را ميتوان بصورت امواج تخت بيان کرد:
(2-4) E = E0 {}
(2-5) H = H0 {} که E0و H0بزرگي و جهت ميدان الکتريکي و مغناطيسي، فاز کل وc.c مختلط مزدوج جمله قبل از آن را مشخص مي کند. فرکانس زاويه اي و ? ثابت انتشار موج در حال انتشار در جهت محورz است.
2-2- اثرات غير خطي در فيبر هاي نوري
هنگامي که نور با شدت زياد در طول فيبرهاي نوري يا مواد حجيم عبور مي کند، اثرات غير خطي مختلفي ممکن است ديده شوند (Agrawal 2001, 177). اثرات غير خطي معمولاً بصورت توليد هماهنگ دوم، توليد هماهنگ سوم،ترکيب چهار موج، پراکندگي برانگيخته رآمان و پراکندگي برانگيخته بريلوئين و بسياري ديگر مشاهده مي شوند. اثرات غير خطي مربوط به حرکت ناهماهنگ الکترونهاي مقيد تحت تاثير ميدان الکترومغناطيس خارجي ميباشند. پاسخ غير خطي ضريب شکست يک فيبر نوري به يک ميدان الکترومغناطيس با شدت زياد قابل ملاحظه است. درعمل بزرگترين ميدان هاي الکتريکي بکار رفته در محدوده v/m 106 قرار مي گيرند که در آن بيشتر مواد دچار شکست الکتريکي ميشود. علاوه بر اين، در موقعيت يک الکترون مقيد به يک اتم يا ملکول و يا در حال حرکت درون يک جامد يا مايعات چگال، ميدان الکتريکي در محدوده1011 v/m وجود دارد زيرا در فواصلي در حد آنگستروم اطراف الکترون، تغييرات پتانسيل الکتروستاتيک مي تواند چندين الکترون ولت باشد. بنابراين ميدان هاي الکتريکي آزمايشگاهي خيلي کوچک ازميدان هاي الکتريکي است که بطور طبيعي الکترونهاي درون اتم و ساختارهاي ملکولي مواد تجربه ميکنند. در اين شرايط مي توان گشتاور الکتريکي دو قطبي در واحد حجم P(r,t) را، در يک سري تيلور برحسب توان هاي از ميدان ماکروسکوپي E(r,t) در زمان و مکان يکسان بسط دهد:
P? (r,t) = P? (E=0,r,t) +++
(2-6) …
که ?, ?, ?, ? ميتوانند يکي از متغيرهاي دکارتي (x,y,z) قرار داده شوند. پس مولفه دکارتي ? از گشتاور دوقطبي درواحد حجم P?(r,t) ، تابعي از سه مولفه هاي دکارتي ميدان الکتريکي خارجي است. در شرايط اين طرح، اولين جمله يعني P? (E=0,r,t) که گشتاور دو قطبي الکتريکي در واحد حجم در شرايط عدم وجودميدان الکتريکي خارجي است از بين مي رود. به عبارت ديگر، در اين شرايط هرگشتاور دو قطبي الکتريکي به دليل وجود ميدان الکتريکي خارجي ميباشد. مرسوم است که نتيجه اخير را بصورت زير را نشان دهيم:


پاسخ دهید