بخشی از مقاله
چکیده -
با استفاده از رهیافت تزریق سیال نوری درون حفرههای منتخب فیبر بلور فوتونی، پاشندگی فیبر مهندسی میشود. با استفاده از پارامترهای فیبر بلور فوتونی مهندسی شده و اعمال پالسهای ورودی، طیف ابر پیوستار در خروجی فیبر تولید خواهد شد. نتایج شبیه سازی عددی نشان میدهند تزریق سیال نوری درون حفرههای حلقه اول فیبر بلور فوتونی منجر به جابجایی طول موج پاشندگی صفر میشود. این امر خود مهندسی پاشندگی بر حسب طول موج و در نهایت تولید یک طیف ابر پیوستار مطلوب را میسر میسازد.
کلید واژه- تولید طیف ابر پیوستار، سیال نوری، فیبر بلور فوتونی کد 270:0250 ,130:0130 ,- OCIS
-1 مقدمه
تولید یک پالس کوتاه با توان نسبتا بالا توسط یک لیزر و عبور آن از یک محیط انتشار با ظاهر شدن اثرات غیر خطی، طیف ابر پیوستار تولید خواهد کرد .[1] طیف ابر پیوستار مشابه نور سفید دارای پهنای باند وسیع است با این تفاوت که خاصیت همدوسی مشابه یک لیزر را دارا و از شدت زیادی برخوردار است. برای دستیابی به طیف ابر پیوستار، فیبر بلور فوتونی در [2] پیشنهاد شده است. دلیل پیشنهاد این ساختار ظاهر شدن اثرات غیر خطی در توان آستانه کوچک سیگنال ورودی ناشی از کاهش سطح مقطع موثر و سادگی مهندسی پاشندگی است. طیف ابر پیوستار کاربردهای زیادی در حوزههای مخابرات، اندازه-گیری و پزشکی دارد. با توجه به این مهم که لیزر برای طول موجهای مختلف وجود ندارد، بنابراین رهیافت طیف ابر پیوستار میتواند منجر به تولید محدوده وسیعی از طول موجها شود. استفاده از طیف ابر پیوستار کاربردهای زیادی در مخابرات طیف گسترده بر اساس دستیابی چندگانه با تخصیص کد CDMA - نوری - خواهد داشت.
از دیگر کاربردهای طیف ابر پیوستار اندازهگیری دقیق فرکانسهای نوری است که در سال 2005 جایزه نوبل فیزیک را به خود اختصاص داد .[3] همچنین در تصویر برداری برای سطوح حساس به صورت غیر نافذ در پزشکی نیز کاربردهای زیادی دارد. روشهای مختلفی برای تولید بهتر طیف ابر پیوستار پیشنهاد شده است. یکی از آنها کاهش سطح مقطع فیبر بلور فوتونی - فیبر بلور فوتونی تیپرد شده - است. روش دیگر استفاده از مواد با ضریب غیر خطی بالا است. این دو روش منجر به افزایش ضریب غیر خطی خواهند شد، اما پیاده سازی دو روش پیشنهادی به دلیل وابستگی به تکنولوژی ساخت کار سادهای نیست. روش نسبتا سادهای که اساس این مقاله را تشکیل میدهد، استفاده از تکنیک اپتوفلویدیک است که توسط دکتر مونات در نیچر فوتونیک در سال 2007 به صورت عملی در بلورهای فوتونی نشان داده شده است.[4] در این مقاله با استفاده از تکنیک اپتوفلویدیک در فیبر بلور فوتونی، طیف ابر پیوستار تولید میشود. مقاله به صورت زیر سازماندهی میشود. در قسمت دوم مدل ریاضی انتشار امواج درون فیبر و ضرایب آن معرفی می-شوند. رهیافت تزریق سیال نوری و نتایج شبیه سازی عددی در قسمت سوم ارائه میشوند، قسمت چهارم از مقاله نتیجهگیری میکند.
-2 مدل ریاضی انتشار موج در فیبر نوری
انتشار پالس در طول فیبر نوری توسط معادله شرودینگر غیر خطی - NLSE - مطابق رابطهی - 1 - بیان میشود :[5] مطابق رابطهی - 1 - بر انتشار پالس در طول فیبر، ضرایب خطی و غیر خطی تاثیر گذارند که ضرایب خطی شامل تلفات و پاشندگی سرعت گروه هستند و به ترتیب منجر به کاهش شدت پالس و پهن شدگی زمانی آن خواهند شد. ضرایب غیر خطی شامل مدولاسیون فاز خودی - SPM - و اثر پراکندگی رامان هستند. که به ترتیب منجر به گسترش نسبتا متقارن طیف فرکانسی و انتقال طیف به سمت طول موجهای بزرگتر خواهند شد. در ابتدای تولید طیف ابر پیوستار در طول فیبر، طیف فرکانسی به صورت نسبتا متقارن پهن میشود و در حوزه زمان تقریبا بدون تغییر باقی میماند. این پدیده ناشی از اثر مدولاسیون فاز خودی است و طول رخداد این اثر
مطابق برابر با 1 LNL است. که در آن P0 قله توان و ضریب غیر خطی است. برای تولید طیف ابر پیوستار LNL باید از طول فیبر کوچکتر و از طول پاشندگی LD خیلی کوچکتر باشد.
-3 ساختار پیشنهادی و نتایج شبیه سازی
ساختار فیبر بلور فوتونی استفاده شده در این مقاله مطابق شکل 1 است. شبکه مثلثی و ثابت شبکه Λ 2 m و قطر حفرهها d 1.2 m است. شکل :1 سطح مقطع فیبر بلور فوتونی سیلیکا، حفرههای زرد رنگ نشان دهنده سیال نوری با ضریب شکست 35ر1 و حفرههای سفید رنگ نشان دهنده نشان دهنده هوا با ضریب شکست 1 است. مطابق شکل 2 یک پالس سکانت هایپربولیک وارد فیبر بلور فوتونی میشود و در خروجی از لحاظ طیفی به مقدار قابل ملاحظهای پهن میشود. شکل :2 ساختار فیبر بلور فوتونی با تزیق سیال نوری برای تولید طیف ابر پیوستار، پالس سمت چپ موج ورودی به فیبر و پالس سمت راست موج خروجی را نشان میدهد.
برای مهندسی پاشندگی در فیبر بلور فوتونی در حلقه اول نزدیک به هسته، سیالی با ضریب شکست 35ر1 تزریق میشود.[6] منحنی ضرایب پاشندگی 2 و 3 و 4 برای حالت بدون تزریق سیال و با تزریق سیال در شکلهای 3و4و5 نشان داده شده است. شکل :3 منحنی ضریب پاشندگی مرتبه 2 2 فیبر بلور فوتونی، منحنی آبی رنگ - نقطهچین - حالت بدون تزریق سیال نوری و منحنی قرمز رنگ - پیوسته - حالت با تزریق سیال نوری را نشان میدهد. شکل :4 منحنی ضریب پاشندگی مرتبه 3 3 فیبر بلور فوتونی، منحنی آبی رنگ - نقطهچین - حالت بدون تزریق سیال نوری و منحنی قرمز رنگ - پیوسته - حالت با تزریق سیال نوری را نشان میدهدشکل :5 منحنی ضریب پاشندگی مرتبه 4 4 فیبر بلور فوتونی، منحنی آبی رنگ - نقطهچین - حالت بدون تزریق سیال نوری و منحنی قرمز رنگ - پیوسته - حالت با تزریق سیال نوری را نشان میدهد. مشاهده میشود که مقدار تغییرات پاشندگی در مدل پیشنهادی با تزریق سیال نوری نسبت به فیبر بلور فوتونی معمولی بسیار کمتر است. همچنین طول موج پاشندگی صفر از 99 m ر1 به 13 mر1 تغییر کرده و به طول موج لیزرهای پر توان موجود نزدیک شده است. برای این
