بخشی از مقاله
چکیده -
دراین مقاله آثار پارامترهای غیرخطی شامل جذب دوفوتون، جذب و پراکندگی حامل های آزاد و اثر کر را در آشکارسازهای حلقویUTC-PD1 مدلسازی و آثار این پارامترهای غیرخطی در روی مشخصه بازده خروجی و میدان چرخشی درون حلقه این آشکارساز بررسی شده است. مشاهده شد که درنظرگرفتن تمامی این آثار غیرخطی با همدیگر، باعث شیفت آبی در روی طول موج های تشدید و نیز کاهش بازده به میزان بسیار کم می باشد.
مقدمه
آشکارسازهای حلقوی UTC برای آشکارسازی در محدوده فرو سرخ - IR - ، استفاده میشوند .[2,3] آثار غیرخطی جذب دوفوتون [1]، کر، جذب و پراکندگی حامل آزاد، برخی از مشخصههای خروجی را بهطور واضح تغییر میدهند . با درنظرگرفتن این آثار، روی مشخصههای بازده و پهنای باند، نسبت به حالت خطی این مشخصه ها تغییر میکنند.
این آثار در توانهای ورودی بالا بیشتر خود را نشان میدهند. بهدلیل افزایش شدت میدان در درون حلقه در توانهای ورودی بالاتر، این آثار خود را نشان میدهند. اثر کر باعث تغییر ضریب شکست شده و جابهجایی آبی را موجب میشود. اثر جذب دوفوتون باعث افزایش ضریب جذب شده و دامنه را کاهش میدهد. آثار جذب و پراکندگی حامل آزاد نیز باعث افزایش چگالی حاملهای آزاد میشوند. در این مقاله برای اولین بار، آثار این پارامترها روی مشخصههای آشکارساز حلقوی UTC بررسی شده است.
معادلات آشکارساز حلقوی UTC و آثار غیرخطی:
میدان درون حلقه در آشکارسازهای حلقوی و با درنظر گرفتن آثار غیرخطی از معادله غیرخطی شرودینگر تعمیم یافته5 محاسبه میشود. این معادله بهصورت زیر میباشد:
با حل این معادله به روش حل عددی، میدان درون حلقه بهدست میآید. با بهدست آوردن میدان چرخشی، میتوان میدان خروجی را نیز بهدست آورد.
شکل زیر آشکارساز حلقوی را بهصورت شماتیک نشان میدهد:
شکل :1 الگوی تحلیلی ساختار نوری آشکارساز حلقوی MR-.[4]UTC-PD
ارتباط بین معادلات ورودی، چرخشی و خروجی بهصورت زیر میباشد:
شکل زیر، ساختار حلقوی آشکارساز نوری UTC-PD را بهصورت شماتیک نشان میدهد:
شکل:2 ساختار شماتیک آشکارساز نوری حلقوی .[6] PD UTC-
بررسی و تحلیل نتایج:
با محاسبه معادلات و روابط ذکرشده در بخش قبل، به روش حل عددی EFDM6، میدان چرخشی درون حلقه برحسب زمان بهصورت شکل 3 بهدست آمد. برای تمامی این شکلها، میدان ورودی بهصورت پالس سالیتونی به آشکارساز اعمال شده است. ثابتهای استفاده شده در این مقاله بهصورت آورده شده در زیر میباشند:
شعاع حلقه R=5ʽm، توان ورودی 1 وات - جز در حالتهایی که توان متغیر بهجهت بررسی تاثیر توان ورودی، اعمال شدهاست - ، طول موج میدان نوری ورودی 1.56 ʽm، و ضخامت ناحیه جاذب نیز 0.2 ʽm در نظر گرفته شده است.
در شکل 3، آثار غیرخطی جذب دوفوتون، کر و نیز مجموع 4 اثر غیرخطی، مقایسه شده است:
شکل:3 میدانهای ورودی و چرخشی درون حلقه برای توان ورودی 1 وات. آثار غیرخطی جذب دوفوتون و کر و نیز مجموع 4 اثر غیرخطی بهصورت مجزا اعمال شده است.
همانطوری که در شکل 3 مشاهده میشود، برای توان ورودی 1 وات، آثار غیرخطی اثر کرده و در اینجا شیفت آبی - blue shift - ، اتفاق میافتد. با افزایش توان ورودی، به دلیل حالت حلقوی آشکارساز، پارامترهای غیرخطی بیشتر خود را نشان میدهند. تغییر شکل موج در لبه پایین رونده موج چرخشی، بهعلت افزایش حاملهای آزاد میباشد. همچنین در این شکل، مشاهده میشود که با درنظر گرفتن دو اثر جذب دوفوتون و کر، فقط پهنای پالس تغییر میکند، که این مساله به دلیل وابستگی خطی ضریب شکست به شدت میدان ورودی و درنتیجه مدولاسیون خود بهخودی فاز7 است که این نیز باعث پهنشدگی پالس میشود. ولی با درنظر گرفتن تمامی چهار اثر غیرخطی، تغییر شکل موج به همراه شیفت آبی مشاهده میشود.
