Fiber optik Brillouin saçılımı nedir-INNO

Brillouin saçılması χ'nin neden olduğu bir etkidir. (3) ortamın doğrusal olmayışı, özellikle fononlarla ilişkili doğrusal olmayan kısım. Gelen fotonlar daha düşük enerjili saçılan fotonlara dönüştürülebilir (genellikle geriye doğru yayılır) ve fononlar. Optik alanın ve fononun birleşmesi elektrostriksiyon yoluyla gerçekleşir. Fonon alanı düşük optik güçte bile kendiliğinden ortaya çıkabilir ve üretilen ısıyı yansıtabilir.. Daha yüksek optik odaklar için, ışık alanının fonon sayısını önemli ölçüde arttırdığı bir uyarı etkisi ortaya çıkabilir. Ortamdaki ışının bazı eşik gücünün üzerinde, uyarılmış Brillouin saçılımı gelen ışının gücünün çoğunu yansıtabilir. Bu süreç, geriye doğru yansıyan dalganın güçlü bir doğrusal olmayan optik kazancını içerir.: Başlangıçta zayıf bir şekilde geri yayılan dalga, uygun bir optik frekansta güçlü bir şekilde güçlendirilebilir. Burada, geri yayılan iki dalga, hareketli bir kırılma indisi ızgarası üretir; yansıtılan güç ne kadar yüksek olursa, kırılma indisi ızgarası ne kadar güçlüyse ve etkili yansıma da o kadar yüksek olur.

Yansıyan ışının frekansı gelen ışının frekansından biraz daha düşüktür; frekans farkı ν 乙 yayılan fononun frekansına karşılık gelir. Brillouin frekans kayması olarak adlandırılan şey, faz eşleştirme gereksinimi tarafından belirlenir. Saf ters Brillouin saçılımı için, Brillouin kayması kırılma indisi n'den hesaplanabilir, ses hızı v a ve vakum dalga boyu λ

(Liflerdeki Brillouin saçılımı için, etkin kırılma indisi kullanılmalıdır.)

Optik fiberlerde, Brillouin saçılımı esas olarak yalnızca ters yönde meydana gelir. Fakat, akustik dalga kılavuzlarından dolayı ileri Brillouin saçılımı da zayıf olabilir.

Brillouin frekans kayması malzeme bileşimine ve bir dereceye kadar ortamın sıcaklığına ve basıncına bağlıdır.. Bu bağımlılık için kullanılır fiber optik Sensör.

Uyarılmış Brillouin saçılımının bir diğer önemli uygulaması optik faz konjugasyonudur.. Mesela, yüksek güçlü Q-anahtarlı lazerler için faz eşlenikli aynalar mevcuttur, lazer kristalinde ileri ve geri yönlerde meydana gelen termal sapmaların telafi edilmesini mümkün kılan.

Optik fiberlerde Brillouin saçılması

Uyarılmış Brillouin saçılımı (SBS) dar bantlı optik sinyaller kullanıldığında sıklıkla karşılaşılır (Örneğin;, tek frekanslı lazerlerden) fiber amplifikatörlerde güçlendirilir veya yalnızca pasif fiberler yoluyla yayılır. Her ne kadar maddi doğrusal olmama durumu, Örneğin;, silika aslında çok yüksek değil, tipik olarak daha küçük etkili mod alanı ve daha uzun yayılma uzunluğu, doğrusal olmayan etkiye güçlü bir şekilde katkıda bulunur.

Şekil 1 Tek renkli bir ışık dalgası bir ortama enjekte edildiğinde ne olacağını gösterir. 10 m uzun lif. Karşıt yayılan Brillouin kaydırmalı dalga, çok düşük bir optik güce sahip bir kuantum yükselişiyle başlar, ama hızla büyüyor. Yine de, hala çok daha az 1 Giriş gücünün W'si.

Şekil 1: Pompa gücü (soldan sağa yayılma, kırmızı eğri) ve Brillouin sinyal gücünü elde ettim (sağdan sola, turuncu eğri) bir 10 m uzun lif. Pompa giriş gücü 1 W.

Biraz artan pompa gücü için 1.8 W, Brillouin kazancı (dB cinsinden) neredeyse iki katına çıkar ve Brillouin dalgası güçlenir.

Şekil 2: Şekil ile aynı 1, ama ile 1.8 W pompa gücü.

Pompa gücünü daha da artırmak için, Brillouin dalgasının gücü pompa gücüyle karşılaştırılabilir hale gelecektir. Bu durumda, büyük miktarda pompa tükenmesi meydana gelir. Yüksek SBS kazanımları için, bu istikrarlı bir duruma değil, güçte kaotik dalgalanmalara yol açar.

Fiber birkaç kilometre uzunluğundaysa, miliwatt gücü önemli Brillouin saçılımına neden olmak için yeterlidir. Fakat, yayılma kayıpları daha sonra dikkate alınmalıdır, bu tür elyaf uzunlukları için önemli olan. Hem pompa dalgasını hem de Brillouin dalgasını etkiler..

Kuvars lifleri için, Brillouin frekans kayması yaklaşık 10-20 GHz ve Brillouin kazancının içsel bant genişliği tipik olarak 50-100 MHz, güçlü akustik emilimine bağlı olarak (yaklaşık kısa fonon ömrü 10) NS). Fakat, Brillouin kazanç spektrumu çeşitli etkilerden dolayı "lekelenmiş" olabilir, akustik faz hızının yanal değişimleri gibi [14, 19] veya uzunlamasına sıcaklık değişimleri. Sonuç olarak, tepe kazancı önemli ölçüde azaltılabilir, daha yüksek bir SBS eşiğine yol açar.

Dar bant sürekli dalga ışığı için fiber Brillouin eşiği tipik olarak aşağıdaki sıradaki bir Brillouin kazancına karşılık gelir: 90 dB. (Aktif fiberde ilave lazer kazanımı ile, eşik daha da düşük olabilir.) Bir dizi ultra kısa darbe için, SBS eşiği tepe gücü tarafından belirlenmez, ancak güç spektral yoğunluğuna göre, Spotlight makalesinde açıklandığı gibi.

SBS, optik fiberlerdeki dar bantlı optik sinyallerin amplifikasyonu ve pasif yayılımı için en katı güç sınırlarını getiriyor. Brillouin eşiğini artırmak için, ışığın bant genişliği Brillouin kazanç bant genişliğinin ötesinde artırılabilir, lif uzunluğunu azaltın, biraz farklı Brillouin yer değiştirmelerine sahip fiberleri bağlayın, veya (yüksek güçlü aktif fiber optik cihazlarda) uzunlamasına değişen sıcaklıklar kullanın [21]. Kılavuzlu ışık ve akustik dalgaların örtüşmesini azaltmak için de girişimlerde bulunulmuştur., veya akustik dalgaların önemli ölçüde yayılma kaybına neden olmak. Doping konsantrasyonu gibi SBS sorunları, Etkili mod alanı ve pompa yayılma yönü, temel amplifikatör tasarımı değişiklikleriyle bir dereceye kadar azaltılabilir.

Diğer taraftan, Brillouin kazancı Brillouin fiber lazerlerini çalıştırmak için kullanılabilir . Bu tür cihazlar genellikle fiber halka lazerler olarak yapılır.. Düşük rezonatör kayıpları nedeniyle nispeten düşük pompalama eşiklerine ve çok küçük hat genişliklerine sahip olabilirler..

Brillouin kaymasının sıcaklığa bağımlılığı sıcaklık ve basınç algılama için kullanılabilir.