مقاله روشی برای اندازه گیری هم زمان پارامترهای فیبرهای آلاییده

بخشی از مقاله

چکیده

تعیین همزمان پارامترهاي یک افزاره نوري از دیدگاه کارخانههاي سازنده آن اهمیت زیادي دارد، زیرا در وقت و هزینه تولید صرفهجویی میشود. در این مقاله براي اولین بار روشی براي اندازهگیري همزمان سطح مقطعهاي جذب و گسیل، تلفات زمینه و چگالی آلاینده در فیبرهاي آلاییده ارائه شده و آن را روش سهبرشی نامیدیم. این روش را بر روي نمونهاي از فیبر آلاییده به اربیوم آزمودیم. نتیجههاي بهدست آمده سطح مقطعهاي جذب و گسیل با استفاده از این روش تطابق خوبی با گزارشهاي منتشر شده دیگران دارد.

مقدمه

فیبرهاي آلاییده کاربرد فراوانی در طراحی لیزرها، تقویت کنندهها و حسگرهاي نوري دارند. پارامترهاي اصلی یک فیبر آلاییده شامل قطر مغزي، سطح مقطعهاي جذب و گسیل، چگالی آلاینده و تلفات زمینه و طول عمر تراز پایدار است. بر اساس این پارامترهاي اصلی سایر پارامترهاي یک لیزر یا تقویت کننده مانند،  بهره، بهره اشباع، عدد نوفه، طول بهینه و غیره قابل دستیابی است. روشهاي تئوري و تجربی مختلفی براي تعیین پارامترهاي اصلی در فیبر وجود دارد. براي تعیین سطح مقطعهاي جذب و گسیل، تا کنون از روشهاي تئوري جودساختار-آفلت - مبتنی بر ترازهاي اتمی - ، معادلههاي فوچبوئر-لادنبرگ - وابسته به تعیین دقیق طول عمر تراز پایدار - [1] و روش متداول تک برشی و اصلاحیه آن روش دو برشی - مبتنی بر فرض محیط بدون تلفات - استفاده شده است. براي تعیین تلفات زمینه در یک فیبر آلاییده آزمون مجزاي تک برشی یا روشهاي دیگر [2] اعمال میشود.

روشهاي اندازهگیري پارامترهاي یک محصول از دیدگاه کارخانههاي تولید داراي اهمیت است، زیرا در زمان و هزینه صرفهجویی میشود. در این مقاله روش جدیدي که آن را روش سهبرشی نامیدیم براي اندازهگیري همزمان تلفات، سطح مقطع جذب و گسیل و چگالی آلاینده ارائه کردهایم. این روش را بر روي نمونهاي از فیبر اربیومی تک مد آزموده و نتایج آن را در این مقاله ارائه کردهایم.  این روش بهدلیل اندازهگیري چند پارامتر بهطور همزمان براي تولید این نوع فیبرها کم هزینه و مقرون بهصرفه است.

تئوري روش سه برشی

نتیجههاي روش پیشنهادي

چیدمان روش پیشنهادي در شکل - 3 - نمایش داده شده که شامل یک منبع نوري کوكپذیرترجیحاٌ - نور سفید - ، توان سنج نوري و نمونه تحت آزمون است. در حالت استفاده از نور سفید،
یک گزینشگر طول موج در خروجی چشمه نور سفید به چیدمان اضافه میشود. براي حذف مدهاي غلاف یک حلقه کوچک به قطر استاندارد در مسیر اندازهگیري ایجاد میشود. در ابتدا جفت توان-
طول ZP11  را از انتهاي خروجی فیبر در نقطه A1 اندازهگیري می کنیم. این اندازهگیري براي تعیین ثابت C در معادله - 3 - استفاده میشود. پس از آن سه جفت توان-- طول دیگر بهترتیب در نقاط A2، A3 و A4 با مقادیر ZP22  - ، ZP33  و ZP44  اندازهگیري شده و معادلههاي - 7-5 - ایجاد میشود. با حل این معادلهها میتوان بهطور همزمان به مقدارهاي سطح مقطعهاي جذب و گسیل و تلفات زمینه دست یافت.

براي افزایش دقت آزمون، از رویکرد تکرار آزمون بدون استفاده از نمونه مجزا از فیبر تحت آزمون استفاده کردیم که توسط آن متوسطگیري با اندازهگیريهاي پیاپی جفت توان-- طول نتایج متفاوتی بهدست خواهد آمد که میتوان بهعنوان دستههاي مجزا در معادلهها استفاده کرد. بهعنوان مثال، با یک برش اضافه بر روي نمونه تحت آزمون و اندازهگیري جفت توان- طول مربوطه می- توانیم پنج مجموعه پاسخ آزمون براي تعیین مقادیر مجهول بهدست آورد. همانطور که در شکل - 2 - مشاهده میشود مجموعه D1 شامل سه جفت توان-- طول ZP22  - ، ZP33  - و ZP44  - ، مجموعه D2 شامل ZP22  - ، ZP44  و ZP55  - ، مجموعه D3 شامل -     ZP33 - ، ZP44  و ZP55  -

، مجموعه D4 شامل ZP22  - ، ZP33  و ZP55     و مجموعه D5 شامل ZP33  - ، ZP44  و ZP55  - هستند در کلیه این مجموعهها نقطه اول آزمون که براي تعیین ثابت C مورد استفاده قرار گرفته جفت توان- طول ZP11  و براي مجموعه D5، جفت توان- طول ZP22  است. بهعنوان مقادیر معلوم این معادله مورد استفاده قرارمقدارگرفتهاند. توان خروجی از نمونه فیبر اربیومی تحت آزمون در شکل - 3 - نمایش داده شده است. نتایج پاسخ سطح مقطعهاي جذب و گسیل براي نمونه تحت آزمون با استفاده از روش پیشنهادي و حل عددي معادله - 7 - و استفاده از رابطههاي - 8 - در شکل - 4 - نمایش داده شده است. با مقایسه نتایج خروجی سطح مقطعها مشاهده میشودهاينتیجه این آزمون تطابق خوبی با مرجع [6] دارند. مقداري اختلاف که در نتیجههاي این آزمون وجود دارد ناشی از متفاوت بودن چگالی