پراکندگی فیبر نوری چیست

پراکندگی بریلوین یک اثر ناشی از χ است (3) غیر خطی بودن رسانه, به خصوص بخش غیر خطی مرتبط با فونون ها. فوتون های رخدادی را می توان به فوتون های پراکنده با انرژی پایین تر تبدیل کرد (معمولاً در جهت عقب منتشر می شود) و فونون ها. جفت شدن میدان نوری و فونون از طریق برق گرفتگی اتفاق می افتد. میدان فونون می تواند به طور خود به خود حتی در قدرت نوری کم ظاهر شود و سپس گرمای تولید شده را منعکس کند.. برای کانون های نوری بالاتر, یک اثر تحریکی ممکن است رخ دهد که در آن میدان نوری به طور قابل توجهی تعداد فونون ها را افزایش می دهد. بالاتر از مقداری توان آستانه تیر در محیط, پراکندگی بریلوین تحریک شده می تواند بیشتر قدرت پرتو فرودی را منعکس کند. این فرآیند شامل یک بهره نوری غیرخطی قوی از موج منعکس شده به عقب است: موج با انتشار ضعیف در ابتدا می تواند به شدت در فرکانس نوری مناسب تقویت شود. اینجا, دو موج با انتشار معکوس یک توری ضریب شکست در حال حرکت تولید می کنند; قدرت بازتابش بیشتر است, هرچه توری ضریب شکست قوی تر باشد و بازتاب موثر بالاتری دارد.

فرکانس پرتو منعکس شده کمی کمتر از فرکانس پرتو فرودی است; اختلاف فرکانس ν 乙 مربوط به فرکانس فونون ساطع شده است. به اصطلاح تغییر فرکانس Brillouin توسط نیاز تطبیق فاز تنظیم می شود. برای پراکندگی بریلوین معکوس خالص, شیفت بریلو را می توان از روی ضریب شکست n محاسبه کرد, سرعت صوت v a و طول موج خلاء λ

(برای پراکندگی بریلوین در الیاف, باید از ضریب شکست موثر استفاده شود.)

در فیبرهای نوری, پراکندگی بریلوین اساساً فقط در جهت معکوس رخ می دهد. اما, پراکندگی بریلوین رو به جلو نیز ممکن است به دلیل موجبرهای صوتی ضعیف باشد.

تغییر فرکانس بریلوین به ترکیب مواد و تا حدی به دما و فشار محیط بستگی دارد. این وابستگی برای فیبر نوری حسگرها.

یکی دیگر از کاربردهای مهم پراکندگی بریلوین برانگیخته، مزدوج فاز نوری است. مثلا, آینه های فاز مزدوج برای لیزرهای پرقدرت سوئیچ Q وجود دارد, که جبران انحرافات حرارتی رخ داده در جهت جلو و عقب در کریستال لیزر را ممکن می سازد..

پراکندگی بریلوین در فیبرهای نوری

پراکندگی بریلوین را تحریک کرد (SBS) اغلب هنگام سیگنال های نوری باند باریک مواجه می شود (به عنوان مثال, از لیزرهای تک فرکانس) در تقویت کننده های فیبر تقویت می شوند یا فقط از طریق فیبرهای غیر فعال منتشر می شوند. اگرچه غیرخطی بودن مواد از, به عنوان مثال, سیلیس در واقع خیلی بالا نیست, معمولاً منطقه حالت مؤثر کوچکتر و طول انتشار بیشتر به شدت به اثر غیرخطی کمک می کند.

شکل 1 نشان می دهد که چه اتفاقی می افتد وقتی یک موج نوری تک رنگ به a تزریق می شود 10 فیبر متر طول. موج جابجا شده بریلوئن ضد انتشار با یک خیز کوانتومی با قدرت نوری بسیار کم شروع می شود., اما به سرعت رشد می کند. با این وجود, هنوز هم بسیار کمتر از 1 W توان ورودی.

شکل 1: قدرت پمپ (انتشار از چپ به راست, منحنی قرمز) و قدرت سیگنال Brillouin را بدست آورد (راست به چپ, منحنی نارنجی) در یک 10 فیبر متر طول. توان ورودی پمپ می باشد 1 حرف.

برای کمی افزایش قدرت پمپ از 1.8 حرف, سود بریلوین (در دسی بل) تقریباً دو برابر می شود و موج بریلوین قوی تر می شود.

شکل 2: همانند شکل 1, اما با 1.8 قدرت پمپ W.

 

به منظور افزایش بیشتر قدرت پمپ, قدرت موج بریلوین با قدرت پمپ قابل مقایسه خواهد بود. در این مورد, مقدار زیادی تخلیه پمپ رخ می دهد. برای سود SBS بالا, این منجر به یک وضعیت باثبات نمی شود، بلکه منجر به نوسانات پر هرج و مرج در قدرت می شود.

اگر فیبر چندین کیلومتر طول داشته باشد, توان میلی وات برای ایجاد پراکندگی قابل توجه بریلوین کافی است. اما, تلفات انتشار باید در نظر گرفته شود, که برای چنین طول الیافی قابل توجه هستند. هم بر موج پمپ و هم بر موج بریلوین تأثیر می گذارد.

برای الیاف کوارتز, تغییر فرکانس Brillouin در حدود است 10-20 گیگاهرتز و پهنای باند ذاتی بهره بریلوین معمولاً است 50-100 MHz, بسته به جذب صوتی قوی (طول عمر فونون کوتاه در حدود 10) NS). اما, طیف بهره بریلوین ممکن است به دلیل اثرات مختلف "لکه دار" شود, مانند تغییرات جانبی سرعت فاز صوتی [14, 19] یا تغییرات طولی دما. در نتیجه, اوج بهره ممکن است به طور قابل توجهی کاهش یابد, منجر به یک آستانه SBS بالاتر.

آستانه بریلوین فیبر برای نور موج پیوسته باند باریک معمولاً با بهره بریلوین در مرتبه 90 دسی بل. (با بهره لیزر اضافی در یک فیبر فعال, آستانه ممکن است حتی پایین تر باشد.) برای یک سری پالس های فوق کوتاه, آستانه SBS توسط توان اوج تعیین نمی شود, اما با چگالی طیفی توان, همانطور که در مقاله Spotlight توضیح داده شده است.

SBS سخت ترین محدودیت های توان را برای تقویت و انتشار غیرفعال سیگنال های نوری باند باریک در فیبرهای نوری معرفی می کند.. برای افزایش آستانه بریلوین, می توان پهنای باند نور را فراتر از پهنای باند افزایش Brillouin افزایش داد, طول فیبر را کاهش دهید, الیاف را با جابجایی های بریلوین کمی متفاوت به هم وصل کنید, یا (در دستگاه های فیبر نوری فعال پرقدرت) از دماهای متغیر به صورت طولی استفاده کنید [21]. همچنین تلاش هایی برای کاهش همپوشانی نور هدایت شده و امواج صوتی صورت گرفته است, یا برای معرفی از دست دادن قابل توجه انتشار امواج صوتی. مسائل SBS مانند تمرکز دوپینگ, مساحت حالت موثر و جهت انتشار پمپ را می توان تا حدودی با اصلاحات اولیه طراحی تقویت کننده کاهش داد.

از طرفی دیگر, بهره بریلوین را می توان برای کار با لیزرهای فیبر بریلوین استفاده کرد . چنین دستگاه هایی معمولاً به عنوان لیزرهای حلقه فیبر ساخته می شوند. آنها ممکن است آستانه پمپاژ نسبتاً کم و عرض خط بسیار کوچک به دلیل تلفات کم تشدید کننده داشته باشند..

وابستگی دمایی شیفت Brillouin را می توان برای سنجش دما و فشار استفاده کرد.

سنسور دمای فیبر نوری, سیستم مانیتورینگ هوشمند, تولید کننده فیبر نوری توزیع شده در چین