بخشی از مقاله
چکیده: در این مقاله، طیف خروجی لیزر تار نوری با پسخوراند توزیعشدهی تصادفی که امروزه یکی از لیزرهای جدید و مورد توجه به شمار میرود، شبیهسازی شده است. ابتدا معادلات تعادل توان برای توان ورودی پیوسته و ضریب بهرهی ثابت حل می شود و تحول توان پمپ به دست می آید. سپس با وارد کردن طیف بهرهی رامان در معادلات تعادل توان وابسته به طولموج، طیف خروجی محاسبه و تغییرات اندازهی پهنای طیف خروجی بهازای توانهای ورودی مختلف نشان داده میشود. در پایان وابستگی توان خروجی کل رو به عقب به توان ورودی، مورد بررسی قرار میگیرد. نتایج نشان میدهد که هرچه توان پمپ ورودی افزایش یابد، پهنای طیف خروجی کاهش مییابد.
-1 مقدمه
مفهوم تولید نور لیزر در محیط فعال تصادفی بدون کاواک ابتدا در سال 1966 توسط لتوخوو در حین مطالعات تابش بین ستارهای معرفی شد .[1] مفهوم کلی لیزرهای تصادفی، استفاده از پراکندگی چندگانهی فوتونها در یک محیط مختل شده همراه با تقویت به منظور تولید نور همدوس بدون کمک گرفتن از مشدد لیزری است که باعث شده است این نوع لیزرها در سالهای اخیر مورد توجه قرار گیرند.
در سال 1971 لیزرهای پسخوراند توزیعشده توسط کوگلنیک و شانک اختراع شد .[2] در سال 1998 انواع مختلف عمل لیزری تصادفی توسط کائو نشان داده شد 3]و .[4 همچنین کائوو همکارانش لیزرهای تصادفی را از نظر همدوس و یا غیر همدوس بودن نوع پسخوراند تقسیمبندی کردند . [5 ] لیزر تصادفی در محیطهای فعال مختلفی از جمله پودرهای فعال 3]و [4، محلولهای رنگی همراه با نانوذرات معلق در آن [6]، فیلمهای پلیمری که با رنگ و ذرات آلاییده شدهاند [7] میتواند اتفاق افتد.
به تازگی، نوع جدید و جذابی از لیزر تصادفی یک بعدی تار نوری معمولی بدون هیچ آینهی مشدد از پیش طراحی شدهای موسوم به لیزر تار نوری با پسخوراند توزیع شدهی تصادفی نشان داده شده است .[8] اولین لیزر تار نوری با پسخوراند توزیع شدهی تصادفی در سال 2010 ارائه شد و به سرعت جزء گروهی از منابع نوری توسعه یافت که به عنوان اختلال تار نوری ذاتی به شکل پراکندگی ریلی و بهرهی رامان توزیع شده مورد استفاده قرار گرفت .[5]
لیزر تار نوری تصادفی نمونهای جالب و کاربردی مهم از یک وسیلهی فوتونیکی است که اساس آن بهرهبرداری از اختلال محیط نوری است .[9] از لحاظ مفهومی در لیزر ارائه شده، نور پس پراکندهشدهی تصادفی - در اثر پراکندگی ریلی - ، توسط اثر رامان تقویت میشود که باعث ایجاد بهرهای در مسافت بیش از 100کیلومتر میشود. هرچند بازتاب موثر به دلیل پراکندگی ریلی بسیار کوچک - حدود - %0/1 است، زمانی که بهرهی رامان توزیعشده به اندازهی کافی بزرگ باشد آستانهی عمل لیزر ممکن است بیش از حد افزایش یابد. چنین لیزر تار نوری با پسخوراند توزیع شدهی تصادفی دارای خواص جالب و جذابی میباشد .[8]
از جمله کاربردهای این نوع لیزرها میتوان به ارتباطات از راه دور و همچنین حسگرها اشاره کرد. در این مقاله به کمک معادلات توان وابسته به طول موج و وارد کردن طیف بهرهی رامان در این معادلات تغییرات طیف توان خروجی را مورد مطالعه قرار میدهیم و در نهایت تغییرات پهنای طیف خروجی بهازای توانهای ورودی مختلف را بررسی میکنیم.
-2 مدلسازی با روش تعادل توان
از جمله مدلهای ریاضیای که عملکرد لیزرهای تار نوری - distributed feedback - DFB تصادفی را توصیف میکنند، روش تعادل توان میباشد. روش تعادل توان بر پایهی تحلیل معادلاتی است که تحول توان میانگین را توصیف میکنند. این مدل در تمام اثرات فیزیکی مهم از جمله افتهای تار نوری، بهرهی رامان، تخلیهی پمپ، گسیل خود به خودی تقویتشده، پراکندگی روبه عقب ریلی و انتشار از طریق تار به کار میرود. این روش برای توصیف ویژگیهای کلیدی لیزرهای تار نوری DFB تصادفی عملکرد نسبتا خوبی دارد و همچنین به طور گسترده برای طراحی و بهینه کردن لیزرهای تار نوری رامان و تقویتکنندهها مورد استفاده قرار میگیرد.
