سامانه پژوهشی – بررسی پراکندگی بریلوئین و کاربرد آن در تولید لیزر فیبری بریلوئین- قسمت ۷

شکل(۳-۶): تولید یک لیزر چند طول موجی با تعداد ۸ خط و جدایی بین خطوط nm 08/0 که از ترکیب موجهای در شکل قبل حاصل شده است (Shirazi 2008, 3)

۳-۵-۲ تولید لیزر فیبری بریلوئین چند طول موجی در کاواک‌های خطی

در این قسمت با استفاده از یک کاواک خطی و یک فیبر تک مد که بعنوان یک ناحیه بهره پراکندگی بریلوئین برانگیخته عمل می‌کند، لیزر فیبری بریلوئین چند طول موجی نمایش داده می‌شود. با بهینه سازی نسبت تطبیق دهنده خروجی و بکارگیری گرداننده اپتیکی بعنوان بازتابنده، لیزر چند طول موجی بهینه در خروجی ظاهر می‌شود.
مجموعه قطعات و پیکربندی که برای تولید این لیزر بکار رفته است در شکل (۳-۷) نشان داده شده‌اند. ناحیه بهره همان فیبرتک مد به طول ۲۵ کیلومتر است. در اینجا پمپ بریلوئین با حداکثر توان بیشینه dBm 12 با پهنای ۲۰ مگاهرتز است. هر دو گرداننده اپتیکی OC1 و OC2 به همراه تطبیق دهنده‌های C1 و C2 بعنوان بازتابنده در دو سوی کاواک خطی همچنانکه در شکل (۳-۷) نمایش داده شده عمل می‌کنند. بازتابنده طرف چپ دارای یک تطبیق دهنده (C1) با نسبت ثابت ۵۰/۵۰ است که در یک پایه آن پمپ بریلوئین BP نصب شده است و بازتابنده طرف راست دارای یک تطبیق دهنده (C2) با نسبت متغیر است که خروجی با درصد کمترآن به تحلیل گر طیف سنج اپتیکی (OSA) متصل شده است.

شکل (۳-۷): کاواک خطی پیشنهادی برای تولید لیزر فیبری چند طول موجی بریلوئین را نشان می‌دهد (Shirazi 2008, 361-363)

اثر نسبت تطبیق دهنده C2 در طیف بریلوئین حاصل در شکل(۳-۸) آمده است. در اینجا توان پمپ بریلوئین به مقدار ثابت dBm 7/11 و طول موج آن ۱۵۵۰ نانو متر است. همچنان که در این شکل پیداست، بیش از ۹ خط همزمان بوجود آمده‌اند که جدایی خطوط در آنها ۰۸/۰ نانو متر (۱۰ گیگا هرتز) است اگر چه تنها ۵ خط توان بیشینه تقریباً یکسانی دارند. پهنای ‌۳ دسی بل هر خط از ۰۲/۰ نانو متر کمتر است که در محدودیت توان تفکیک طیف سنج اپتیکی[۳۷] (OSA) مورد استفاده قرار می‌گیرد. نسبت تطبیق دهنده C2 مقدار پرتوئی که از OC2 بازتابش می‌شود را کنترل می‌کند. نسبت بالاتر پایه B به بازتابش بالاتر OC2 منجر می‌شود.
 

شکل (۳-۸): لیزر چند طول موجی حاصل در طیف خروجی کاواک خطی را با تغییرات نسبتهای متفاوت پایه B از گرداننده اپتیکی OC2 را نشان می‌دهد (Shirazi 2008, 361-363)

در نسبت ۹۵% پایه B، ۱۱ خط همزمان که بیشترین تعداد خط است بطوریکه ۵ عدد از آنها توان بیشینه در حدود dBm 20 دارند و بیشترین مقدار نسبت سیگنال به نویز حاصل می‌شود. این امر به دلیل بازتابش زیاد OC2 است که بازتابش بالاتری دارد و بنابراین اتلاف درون کاواک را کم کرده و فرآیند آبشاری بیشتری را ایجاد می‌کند.

فصل چهارم:

بررسی پراکندگی بریلوئین و کاربرد آن در تولید لیزر فیبری بریلوئین

۴-۱- مقدمه

در فصل های قبل اصول و تئوری پراکندگی بریلوئین و همچنین کاربرد آن را در تولید لیزرهای فیبری به تفصیل توضیح دادیم. اکنون به هدف اصلی این پایان نامه می پردازیم. هدف در این فصل بهینه سازی لیزر خطی فیبری بریلوئین است بنابراین از حل معادلات لیزر بریلوئین شروع میکنیم که در فصل قبل معرفی شده است:
 
 
این معادلات تا مرتبه اول بریلوئین نوشته شده است واز مراتب بالاتر استوکس صرفنظر شده است. بنابراین فرضیه اول، شبیهسازی لیزر فیبری مرتبه اول بریلوئین است یعنی یک لیزر تک طول موج. پراکندگی بریلوئین به عنوان یک پدیده غیر خطی معمولاً به همراه دیگر پدیدههای غیر خطی مثل اثر برانگیخته رامان، اثر غیرخطی کر و.. در لیزر تولید میشود. اما میتوان با کنترل شرایط محیطی اثر دیگر پدیدهها را به حداقل رساند و بنابراین مانع از رقابت دیگر پدیدههای غیرخطی با اثر بریلوئین شد. این پدیدهها باعث پایین کشیدن بهره بریلوئین میشود. بنابراین فرضیه دوم کار این است که هیچ پدیده غیرخطی دیگری در محیط فیبر تولید نمیشود. فرضیه سوم شکل کاواک است. کاواکهای معمول لیزر فیبری به صورت خطی و یا حلقوی است. در اینجا مطابق شکل (۳-۲) فیبر خطی با طول معین است.
طرح پیکربندی کاواک خطی
معمولاً دو انتهای فیبر از آینه های لیزر فاصله دارند و اگر بخواهیم خیلی دقیق کار کنیم بایستی اتلاف ناشی از این فاصله را لحاظ کرد. اما در فرضیه چهارم برای سادگی و راحتی حل معادلات فرض کردهایم دو انتهای فیبر از آینه ها فاصله کمی دارد و از این اتلاف صرفنظر میکنیم. فرضیه پنجم شرایط مرزی است. در زیر شرایط مرزی آورده شده است:
نور پمپ از آینه ورودی و در z=0 وارد میشود. فرض میکنیم نور در ابتدا کاملاً از آینه عبور کرده و وارد کاواک میشود. سپس وارد فیبر به عنوان محیط فعال در لیزر شده و بنابراین پرتو استوکس شکل میگیرد. پراکندگی بریلوئین به صورت حرکت رو به عقب[۳۸] ایجاد میشود . این معنی فیزیکی علامت منفی در معادله استوکس است. بنابراین در حالی که پرتو پمپ رو به جلو در کاواک منتشر و در عین حال پراکنده میشود پرتو استوکس بریلوئین رو به عقب منتشر میشود. بنابراین در انتهای کاواک پرتو پمپ به آینه دوم میرسد و فرض میکنیم با انعکاس بالا (در حدود ۹۹ درصد) به داخل کاواک برمیگردد تا دوباره با گذشت از فیبر سرانجام بهره از اتلاف در محیط کاواک بیشتر شده و لیزر تولید گردد (این همان معنی پراکندگی برانگیخته بریلوئین است). اما در مقابل پرتو استوکس به آینه اول (ورودی) برخورد میکند فرض میکنیم با درصد بالایی منعکس میشود. بعد از انعکاس و انتشار در کاواک به آینه دوم میرسد. اگر بخواهیم از آینه دوم خروجی بگیریم بنابراین ضریب انعکاس آینه دوم برای استوکس مهم است.
با توجه به این فرضیات، به کمک برنامه متلب و با استفاده از روش رانگ کوتای مرتبه چهارم(RK4) و با توجه به شرایط مرزی معادلات را حل میکنیم (کد برنامه نویسی در پیوست الف آمده است). طبق معادلات، پارامترهای اصلی شامل ضریب بهره و ضریب اتلاف است (Agrawal 2005, 176).
داده های مورد استفاده برای شبیه سازی در جدول (۴-۱) آمده است.

جدول(۴-۱): داده های مورد استفاده برای شبیه سازی

مقادیر داده ها
 (ضریب اتلاف)
 (ضریب بهره بریلوئن)
دانلود کامل پایان نامه در سایت pifo.ir موجود است.