بخشی از مقاله
چکیده - در این پژوهش با حل معادلات نرخ، اثر پراکندگی بریلوئن القایی - SBS - در لیزر فیبری پیوسته پرتوان دوغلافی آلائیده با ایتربیوم با پهنای طیفی باریک بررسی شده است. در این لیزرها اثر SBS بیشترین تاثیر را در کاهش توان خروجی دارد. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که کاهش طولموج دمش و بازتابندگی آینه ورودی و همچنین انتخاب دمش پسرو، موجب افزایش آستانه بریلوئن می گردد. آستانه بریلوئن وابستگی زیادی به طول فیبر، قطر هسته فیبر و پهنای باند فرکانسی سیگنال لیزری دارد.
-1 مقدمه
طیف خروجی لیزرهای فیبری پیوسته پرتوان را میتوان به دو دسته پهن و باریک تقسیم کرد. در لیزرهای فیبری با پهنای طیفی باریک، اثرات غیرخطی محدودیت مهمی است که باید در نظر گرفته شوند. مهمترین اثر غیرخطی در لیزرهای فیبری با پهنای طیفی باریک، پراکندگی بریلوئن القایی - SBS - استSBS .[2 ,1] حاصل برهمکنش بین پرتو انتشار یافته شده در فیبر با فونونهای صوتی درون ماده است.
این فونون-های صوتی با انتشار در فیبر مانند یک توری پراش عمل کرده و پرتو فرودی را در جهت عکس بازتاب میکنند.[3] در این مقاله با حل عددی معادلات دیفرانسیل جفت شده برای توان های دمش، سیگنال، بریلوئن و همچنین معادله وارونگی جمعیت، آستانهی توان دمش لازم برای تولید SBS و تاثیر پارامترهای فیبر بر آن بررسی شده است.
-2 مدل تئوری
در فرایند پراکندگی بریلوئن خودبخودی، یک فوتون از تابش فرودی به یک فوتون پراکنده شده و یک فونون تبدیل می شود. تابش پراکنده شده فرکانسی کمتر از تابش فرودی دارد که موج استوکس نامیده میشود. وقتی توان دمش به مقدار مشخصی میرسد، بریلوئن شروع به تقویت یافتن میکند. سرانجام، تابش منتشر شده یک توری چگالی متحرک تولید کرده و تابش فرودی را در جهت عکس پراکنده میکند.
فرکانس بریلوئن به میزان 16GHz کمتر از فرکانس سیگنال است. پارامتر A نیز مساحت آلائیده شده با ایتربیوم و - p s ، - B ضریب همپوشانی بین دمش - سیگنال، بریلوئن - و ناحیهی آلائیده شده است. Aeff مساحت مدی مؤثر وابسته به سیگنال و بریلوئن است که به قطر هسته و دهانهی عددی فیبر وابسته است. پارامتر gB بهره بریلوئن است که به پهنای باند فرکانسی سیگنال و بریلوئن بستگی دارد.[3]
اگرچه کاهش طولموج دمش، موجب افزایش SBST شده است، اما بازده اپتیکی را به دلیل کاهش سطح مقطع جذب دمش، % 20 کاهش میدهد. تغییرات SBST و بازده لیزر نسبت به طولموج سیگنال خروجی در شکل - 3 - نشان داده شده است. مقادیر سطح مقاطع جذب و گسیل در طولموجهای مختلف از نمودار تجربی شکل - 1 - استفاده شده است. با افزایش طولموج سیگنال خروجی از 1064nm تا 1100nm، که متناظر است با تغییر طولموج استوکس از 1064/06nm تا 1100/06nm، SBST فقط 20W افزایش یافته و از طرفی بازده لیزر تقریبا %1 کاهش مییابد.
بنابراین طولموج سیگنال تاثیر زیادی در کاهش آستانه SBS ندارد. پهنای باند فرکانسی سیگنال لیزری تاثیر زیادی بر بهره SBS دارد، بنابراین میتواند SBST را به شکل قابل توجهی تغییر دهد. این تغییرات در شکل - 4 - دیده میشود. با افزایش پهنای باند فرکانسی سیگنال از 10GHz به 40GHz، طبق جملهی آخر رابطه 4، SBST به صورت خطی از 600W به 2250W افزایش مییابد. همچنین میتوان گفت بازده لیزر تقریبا ثابت و برابر با %78 است. به منظور بررسی تاثیر نحوهی دمش بر SBST، پارامتر Rp را به صورت نسبت توان دمش پیشرو - z=0 - به توان دمش پسرو - z=L - تعریف میکنیم. نمودار تغییرات SBST و بازده لیزر بر حسب Rp در شکل - 5 - نشان داده شده است.
