فهرست مطالب

چکیده…………………………………………………………………………………… 1

فصل اول: کلیات تحقیق

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 برانگيخته بريلوئین در فيبرهای نوری

هنگام انتشار نور در محيط ممکن است دو نوع پراکندگی برای آن رخ دهد،پراکندگی کشسان که همان پراکندگی ريلی (Hill, Kawasaki and Johnson 1976, 608-609) است و پراکندگی‌های نا کشسان ازجمله پراکندگی بريلوئن و پراکندگی رامان.در پراکندگی ريلی در واقع يک اتلاف بنيادی در انتشار نور رخ می‌دهد و برای آن فرکانس نور منتشرشده بدون تغيير باقی می‌ماند.از طرف ديگر، فرکانس نور پراکنده‌شده در طول پراکندگی برای پراکندگی‌های غير کشسان بريلوئن و رامان کاهش می‌يابد.

اولين مطالعه نظری پراکندگی بريلوئن نور به وسيله فونون های گرمايی(که با ارتعاشات مولکول‌های محيط به وسيله 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 بريلوئن به صورت مستقل در سال1922پراکندگی نور را از امواج آکوستيکی برانگيخته گرمايی پیش‌بینی کرد. پس از آن،پیش‌بینی بريلوئن توسط ای.گروس در مايعات و بلورها به صورت تجربی در سال 1930مورد تأیید قرار گرفت (Agrawal 2005, 12-19; Kaminow and Eds 2002, 4A and 4B).پراکندگی برانگيخته بريلوئن(SBS)[3] زمانی رخ می‌دهد که تداخل بين پمپ و نور پراکنده‌شده به عقب با فرکانسی کاهش‌یافته(امواج استوکس) امواج آکوستيکی درون محيط را تقويت کند (Ramaswami and Sivarjan 2000, 166).پراکندگی برانگيخته بريلوئن در سيستم‌های مخابرات نوری همدوس می‌تواند زیان‌آور هم باشد،به طوری که مجبوريم توان سيگنال را به کمتر از توان آستانه پراکندگی، که نوعاً چند ميلی وات است،محدود کنيم (Hill et al 1987, 647-649). اما در بعضی از کاربردهای عملی نظير ويژگی‌های فيبر نوری (Kashyap 1999,147)، اندازه‌گیری‌های توزيع دما (Knight et al 1996, 1547-1549: 21 )، اندازه‌گیری‌های توزيع کرنش (Broeng et al 1999, 305-330: 5)، اندازه‌گیری‌های توزيع تضعيف (Monro 1999, 1093-1102: 17)، تقويت پهنای 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) پراکندگی برانگيخته بريلوئن مورد استفاده قرار می‌گيرد.علاوه بر اين بزرگ‌ترین استفاده پراکندگی برانگيخته بريلوئن در زمينه ليزر فيبری بريلوئن است (Born and Wolf 1999, 126; Jenkins and White 2001, 189). در ضمن ليزر فيبری بريلوئن که نوعاً پهنای باريک چند هرتز دارد، به عنوان يک منبع نوری بسيار همدوس، کاربردهايی نظير حسگرهای نوری و ژيروسکوپ نيز دارد (Boyd 2008, 122).آنچه که ما معمولاً به آن به عنوان بازگشت نور مراجعه کنیم دقیقا به دلیل انتشار رایلی[4] 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 ماندلستام[5]  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 بریلوئین[6] انتشار نور از موج­های آکوستیک برانگیخته گرمایی را در سال 1922 پیش بینی کرد. بعدا، پیش بینی های بریلوئین توسط گرووس[7] 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).

طرح پیکربندی کاواک خطی (a)  و کاواک حلقوی (b)  را نشان می دهد.

طرح پیکربندی کاواک خطی (a) و کاواک حلقوی (b) را نشان می دهد.طرح پیکربندی کاواک خطی (a) و کاواک حلقوی (b) را نشان می دهد.

1-1- توضیحات مقدماتی…………………………………………………………….. 3

1-2- پراکندگی برانگيخته بريلوئین در فيبرهای نوری…………………………….. 3

1-3- لیزر فیبر بریلوئین – بررسی اجمالی………………………………………… 6

1-4- هدف این فرضیه ها…………………………………………………………… 8

1-5- تحقیقات انجام شده………………………………………………………….. 8

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم: لیزهای فیبری بریلوئین

توصیف ماکروسکوپی برهم کنش میدان های الكترومغناطيس با محیطی که مغناطش[1] 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 ميدان الكتريكي موج الکترومغناطیس در یک محيط خطي و غير خطي از رابطه زير بدست مي­آيد (Buck 2004, 87; Newell  and Moloney 2004, 189):معادله (2-1) انتشار میدان الکتریکی در محیط های خطی و غیر خطی را توصیف می کند. اما جهت استفاده از این معادله باید قطبش[2] 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 χ با یکدیگر در ارتباطند:

(2-2)     P = ε0χE

که در این معادله χ  یک ثابت است.

بنابراین معادله  (2-1) به معادله زیر تبدیل می شود:

 (2-3) Ñ2 – = 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 β 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 موقعيت 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:

حجم Pα(r,t) ، تابعي از سه مولفه های دکارتی میدان الکتریکی خارجی است. در شرایط این طرح، اولین جمله یعنی Pα (E=0,r,t) که گشتاور دو قطبی الکتریکی در واحد حجم در شرايط عدم وجودمیدان الکتریکی خارجی است از بین می رود. به عبارت دیگر، در این شرایط هرگشتاور دو قطبی الکتریکی  به دلیل وجود میدان الکتریکی خارجی می­باشد. مرسوم است که نتیجه اخیر را بصورت زیر را نشان دهیم:

(2-7) P= ε0 [ χ(1). E + χ(2) : EE + χ(3) M EEE +… ]                                                                        که در اين رابطه ε0 گذر دهی خلا و χ(i) (i=1,2,….) تانسور پذیرفتاری ازمرتبه (i+1)th می باشد. عملیات ارائه شده بوسیله نمادهای .,:,M تلفیق هایی هستند که مجموع را بر روی اندیس­های تکراری نشان می­دهند. پذیرفتاری خطی χ(1) ، ارتباط خطی E به P را نشان می­دهد، در حالی که پذیرفتاری مرتبه دوم χ(2) کمترین پذیرفتاری غیر خطی برای اثرات غیر خطی مرتبه دوم از قبیل خلق هماهنگ دوم و خلق فرکانس مجموع می باشد. بدلیل آنکه P و  Eبردار می­باشند و درنتیجه تحت  وارونی دستگاه، فرد می باشند، مقدار χ(2)  در هرماده ایزوتوپ[1] با تقارن مرکزی که تحت عمل وارونی ناورداست باید صفر باشد. بنابراین χ(2)  در شیشه­های سیلیکا جایی که ملکول­های متقارن SiO2 وجود دارند کاهش می­یابد. بدین معنی که اثرات غیر خطی ازمرتبه دوم نمی توانند در فیبر های سیلیکنی نمایش داده شوند. سپس اثرات غیر خطی با کمترین مرتبه (و با بزرگترین تاثیر) از سومین تانسور پذیرفتاری χ(3)  سرچشمه می گیرند که سبب پدیده هایی از قبیل تولید هماهنگ سوم، ترکیب چهار موج و انعکاس غیر خطی است. این پدیده ها که در اثر تانسور پذیرفتاری χ(3)  ایجاد می­شوند، پدیدهای الاستیک گفته می­شوند بدین دلیل که تبادل انرژی میان میدان­های الکترومغناطیس و ماده وجود ندارد. این پدیده­ها از وابستگی ضریب شکست با توان نور ورودی ایجاد می­شوند. اما پدیده­های مرتبه سومی هم وجود دارند که در اثر پراکندگی غیر الاستیک رخ می­دهند.

در این دسته از اثرات غیر خطی نظیر پراکندگی برانگیخته بریلوئین و پراکندگی برانگیخته رآمان، میدان پرتو فرودی قسمتی از انرژی خود را به محیط غیر خطی انتقال می­دهد. از نقطه نظر مکانیک کوانتومی، درپراکندگی یک فوتون پمپ به فوتونی با انرژی کمتر بنام فوتون  استوکس،  فونونی با انرژی برابر با کاهش انرژی فوتون اولیه خلق می شود. پراکندگی برانگیخته رآمان، شامل مجموعه مد های غیر انتشاری بصورت فونون های نوری مقيد در محیط است در حالی که در پراکندگی برانگیخته بریلوئین، فونون ها فرکانس پایین امواج آکوستیکی که در حال انتشار درون محیط می باشند را شامل می شوند. تفاوت اساسی دیگر در این است که پراکندگی برانگیخته بریلوئین فقط در جهت  عکس نور تابشی یا رو به عقب درون یک فیبر رخ می دهد. اما پراکندگی برانگیخته رآمان می تواند در هر دو جهت جلو و عقب رخ دهد اگرچه در جهت جلو یعنی در جهت انتشار نور تابشی، غالب است. تفاوت دیگر این که نور پراکنده شده در پراکندگی برانگیخته بریلوئین در حدود 10 گیگا هرتزو در پراکندگی برانگیخته رآمان در حدود 13 ترا هرتز پائین تر ازفرکانس نور تابشی درون فیبرتک مد سیلیکونی می باشد. سرانجام پهنای طیف بهره بریلوئین کمتر از 100 مگا هرتز است که در مقایسه با پهنای بهره رآمان که بیش از 20 ترا هرتز تا 30 ترا هرتز است خیلی باریک است. پراکندگی برانگیخته بریلوئین به دلیل توان آستانه پایین، اثرات مخربی در دستگاههای مخابراتی  فیبر نوری ایجاد می کنند هرچند که در ایجاد تقویت کننده های بریلوئین، لیزرهای فیبری بریلوئین/ اربیوم و لیزر فیبرهای بریلوئین هم بکارميرود.

2-1- انتشار موج الکترومغناطیس در محیط های خطی و غیر خطی………….. 11

2-2- اثرات غیر خطی در فیبر های نوری…………………………………………. 12

2-3- اصول پراکندگی برانگیخته بریلوئین…………………………………………. 14

2-4- نظریه پایه……………………………………………………………………… 15

2-5- فرایند فیزیکی. ………………………………………………………………..19

2-6- بهره طیف بریلوئین………………………………………………………….. 23

فصل سوم: تولید لیزرهای فیبری بریلوئین

به دليل شدت پايين ميدان­هايي كه قبلاً در دسترس بودند بر هم كنش نور و ماده تنها به بر هم كنشي خطي آنها محدود مي‌شد اما با تولید ليزرها و ايجاد ميدان‌هايي با شدت زياد، پديده‌هاي جالبي كه قبل از آن به دليل شدت كم ميدان قابل اغماض بودند، ديده شدند. اين پديدها به دليل وابستگي غيرخطي آنها با شدت ميدان تابشي، اثرات نور غيرخطي ناميده مي‌شوند.پديده­هاي نور غيرخطي بخصوص در فيبرهاي نوري بدليل كوچكي سطح مقطع و در نتيجه شدت زياد ميدان­هاي در حال انتشار درون آنها به راحتي قابل مشاهده‌اند. در نتيجه، پديده‌هاي غيرخطي مي‌توانند بطور چشمگيري در فيبرهاي نوري رخ دهند هر چند كه اين فيبرهاي ضرايب غيرخطي كوچكي داشته باشند. علي رغم اين حقيقت، فواصل بر هم كنش زيادي غالباً نياز است تا بر هم كنش غيرخطي مؤثري روي دهد بطوري كه فرآيندهاي غيرخطي هم فاز شوند و سيگنالي كه بوسيله اثرات غيرخطي توليد مي‌شوند به اندازه قابل ملاحظه‌اي برسند. در سال 1979، پيشرفت در تكنولوژي ساخت فيبر نوري باعث ايجاد فيبرهايي با اتلاف پايين شد كه در آنها مقدار اتلاف بطور چشمگيري به اتلاف بنيادي حاصل از پراكندگي رالي كه در حدود dB/km 2/0 در ناحيه 1550 نانومتر است. مي‌رسيد (Miya et al1979, 106-108). اين امر تحولي در ارتباطات فيبر نوري و نورشناخت غيرخطي ايجاد كرد كه البته قبلاً با مطالعاتي در زمينه پراكندگي برانگيخته رآمان و پراكندگي برانگيخته بريلوئين آغاز شده بود (Smith 1972, 2489- 2494; Stolen, Ippen and Tynes 1972, 62-64; Ippen and Stolen 1972, 539-541  ).از آن به بعد هر دو اين پديده‌ها به ترتيب براي توليد تقويت كننده رآمان و بريلوئين و همچنين ليزرهاي فيبري رآمان و بريلوئين استفاده شدند (Lin and Stolen 1976, 428-431; Olsson and Van Der Ziel 1986, 1329-1330; Hill, Kawasaki and Johnson 1976, 608-609; Hill, Johnson and Kawasaki 1976, 181-183 ).اکنون جهت پیدا کردن میدان‌های الکتريکی رايج است که از فرضی بنام تقريب پوششی تغييرات به صورت آهسته (SVEA)[1] استفاده کنيم، که میدان‌های الکتريکی Ep و Ep  تغييرات آهسته بر روی طول محيط به عنوان مثال مشتق دوم نسبت به راستای انتشار Z ناچيز هستند،را نشان می‌دهد؛ به عبارت ديگر:

جستجوی خروجی لیزر فیبر بریلوئین در نسبت های متصل کننده خروجی مختلف. پیوست آن شکل بزرگ شده ناحیه قله خروجی است.

جستجوی خروجی لیزر فیبر بریلوئین در نسبت های متصل کننده خروجی مختلف. پیوست آن شکل بزرگ شده ناحیه قله خروجی است.

3-1- مقدمه…………………………………………………………………………. 27

3-2- آستانه بریلوئین……………………………………………………………….. 31

3-3- لیزر………………………………………………………………………………. 33

3-4- توليد ليزرهاي فيبري بريلوئين………………………………………………… 36

3-5- توليد ليزرهاي فيبري بريلوئين چند طول موجي……………………………. 39

3-5-1 توليد ليزر فيبري بريلوئين چند طول موجي در كاواكهاي حلقوي………   40

3-5-2 توليد ليزر فيبري بريلوئين چند طول موجي در كاواك‌هاي خطي ………  42

فصل چهارم: بررسی پراکندگی بریلوئین و کاربرد آن در تولید لیزر فیبری بریلوئین

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 (3-2) 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[1] 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 99 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).

4-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………… 45

4-2- مرحله اول: بررسی پارامتر ضریب انعکاس در عملکرد لیزر فیبری بریلوئین در طول ثابت. 48

4-3- مرحله دوم: بررسی تاثیر تغییر طول در بازده و محاسبه  ضریب انعکاس بهینه در لیزر فیبری بریلوئین…………………………………………………………………………………………………. 50

4-4- مرحله سوم: محاسبه بازده برای ضریب انعکاس بهینه در طول های مختلف…………… 51

4-5- پیکربندی لیزر فیبری بریلوئین جدید با توان خروجی بالا   ……………………………………52

4-5-1 چکیده مطلب. ………………………………………………………………………………….52

4-5-2 مقدمه…………………………………………………………………………………………. 52

4-5-3 تنظیمات آزمایشی……………………………………………………………………………. 53

4-5-4 نتیجه و بررسی……………………………………………………………………………….. 54

4-5-5 نتیجه گیری………………………………………………………………………………….. 57

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل پنجم: نتیجه گیری

5-1- نتیجه و پیشنهادات………………………………………………………………………. 59

منابع و ماخذ…………………………………………………………………………………… 61

فهرست منابع انگلیسی………………………………………………………………………. 61

پیوست ها………………………………………………………………………………………. 65

پیوست الف……………………………………………………………………………………… 65

چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………….. 66

Abstract

The purpose of this thesis is solving the intensity Stokes and the pump equation for a Brillion linear- fiber laser to optimization the laser output. Physical process of scattering stimulated is created by nonlinear interaction between the incident light (Pump wave) with Brillion light scattering (Stocks wave) and acoustic wave which is produced through a process called electrostriction. A Brillion linear- fiber laser has attracted wide attention due to low threshold and high efficiency in power transmission pump laser. Brillion scattering as a nonlinear optic Phenomenon, has many usages in the form of laser amplifier, sensors and …..in telecommunications and medicine industry. The fiber Brillion lasers have particular importance.In chapters 1, 2, 3 we explained Brillion scattering principles and also its use in the production of fiber lasers in details .The main objective of this thesis is maintained in chapter 4 , in this chapter we optimize the fiber  linear Brillion lasers . So we will start solving Brillion laser equations that these equations are written to first Brillion order and higher order Stokes written has ignored. There are many factors affecting the use of Brillion laser. For example, Mirror reflection coefficient, Input pump intensity and Length of the laser. In chapter 4, we have considered five hypotheses that the first one is simulation of first order Brillion laser that is a single wavelength laser. The second hypothesis is that No other nonlinear phenomena in fiber will not produce. The third theory is the shape of cavity, common cavity of fiber laser are linear or circular that here it has used of linear fiber with certain length. The fourth hypothesis, for simplicity and solving equations we assume that two ends of fiber has a little distance from mirrors and we neglected these losses. The fifth hypothesis is, the boundary conditions.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان