بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله، به شبیه سازی بازده تبدیل در نوسانگرهای پارامتری تار نوری - FOPO - میپردازیم. تاثیر پارامترهای مهم این نوع نوسانگرها از قبیل طول موج پمپ و سیگنال، طول تار و نیز جفتگر ورودی بر بازده تبدیل بررسی می شود. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی با داده های تجربی موجود مقایسه و توافق بسیار خوبی حاصل می گردد. نتایج نشان میدهد که با افزایش طول موج پمپ و مرتبه جفتگر ورودی بازده تبدیل کاهش و توان آستانه افزایش مییابد و بالعکس با افزایش طول موج سیگنال بازده تبدیل زیاد و توان آستانه کم می شود.
-1 مقدمه
از زمان اختراع لیزر، محققان به توسعه منابع تابشی همدوس به منظور تغییرات طیفی گسترده در طول موج توجه داشتهاند.[1] تقویت کنندههای پارامتری منشا پیشرفت مخابرات تار نوری راه دور با ظرفیت بالا می باشند. از نمونه های اولیه تقویت کنندهها، تقویت کنندههای تار اربیوم آلاییده و تقویت کننده نوری نیمه هادیبودند که اساس کار آنها کاملاً شبیه به ساختار لیزر است با این تفاوت که قسمت پسخوران را ندارد2]،.[3 با ایجاد یک سازوکار پسخوران، یک تقویتکننده پارامتری تار نوری را میتوان به یک نوسانگر تبدیل کرد.
نوسانگرهای پارامتری نوری - OPOs1 - در سالهای اخیر به خاطر زمان سریع بازیابی بهرهشان و تنظیمپذیری پهنای باندشان مورد توجه بودهاند.[4] یک نوسانگر پارامتری نوری - OPO - یک منبع نوری شبیه به لیزر است با این تفاوت که ترازهای حقیقی در گذار دخالت ندارند5]،.[6 نوسانگرهای پارامتری نوری در محیطهای توده ای مانند بلور KTP2، BBO3، LBO4 و... بطور گسترده مورد بررسی قرار گرفته اند و کارهای معدودی در زمینه نوسانگرهای پارامتری نوری در تار - FOPOs5 - انجام شده است.[8,7]
خصوصا، اکثر کارهای انجام شده بصورت تجربی است و توجه کمی به شبیهسازی و مدلسازی آنها معطوف شده است.[6] از طریق FOPO میتوان به سیگنالهایی با پهنای طول موجی بسیار کم شامل یک تک مد طولی دست یافت. چنین سیگنالهایی کاربردهای وسیعی درزمینههای پژوهشی مختلف از قبیل ارتباطات همدوس، طیف سنجی با کیفیت بالا و فوتونیک ریزموج دارند.[10,9] نوسانگرهای پارامتری نوری بازده تبدیل بالا، جابجایی فرکانسی بزرگ و تنظیمپذیری طول موجی را تضمین میکنند.[4] در این مقاله به شبیه سازی بازده تبدیل در نوسانگرهای پارامتری تار نوری - FOPO - میپردازیم و از این طریق میزان بازده تبدیل در FOPO و عوامل موثر بر آن مشخص میشود.
-2 مبانی نظری
شکل 1 طرحوارهای از یک نوسانگر پارامتری تار نوری با کاواک حلقوی و تار با ضریب غیرخطی بزرگ - HNLF6 - به طول 340m را نشان میدهد که در آن یک منبع پمپ لیزری کوک پذیر - TLS7 - ، توان ورودی 29 dBm در طول موج پمپ 1565nm را فراهم میکند. در این مدل از یک منبع پمپ لیزری در ورودی، یک آشکارساز در خروجی، دو جفت کننده تار در ورودی و خروجی تار و یک فیلتر تنظیمپذیر میان گذر - - TBPF8 استفاده شده است.
یک جفت کننده تار 10dB در ابتدای کاواک برای تنظیم توان موج ورودی با نسبت 10/90 و یک جفت کننده تار 3dB در انتهای کاواک با نسبت 50/50 درصدی قرار گرفته است. یک فیلتر تنظیمپذیر میان گذر نیز برای مسدود کردن موج پمپ و آیدلر9 و عبور دادن موج سیگنال در قسمت پسخوران کاواک تعبیه شده است.[10] بر اثر عبور از جفتگر ورودی، نود درصد از توان پمپ وارد HNLF با طول 340m میشود و در خروجی علاوه بر موج پمپ، دو موج سیگنال و آیدلر بر اثر تقویت پارامتری تولید میشوند.
-3 نتایج شبیه سازی و بحثهای مربوطه
معادلات جفت شده - 3 - - - 1 - را می توان با کد نویسی در نرم افزار متلب به روش رانگ کوتا حل و بازده تبدیل را که به صورت نسبت توان خروجی سیگنال تبدیل یافته به پمپ ورودی تعریف می شود، شبیهسازی کرد. در شبیهسازیها از یک HNLF با ضریب غیرخطی 15W 1 km 1 ، افت 1 dBkm 1 ، شیب پاشندگی S0 =0/023 ps / nm2 km و طول موج صفر پاشندگی λ0 =1560nm استفاده شده است. همچنین طول موج پمپ و سیگنال به ترتیب p = 1565 nm و λs = 1549 nm است.[10]
لازم به ذکر است پارامترهای فوق مشابه با مرجع [10] انتخاب می شود تا نتایج تجربی مرجع مذکور تایید شود. شکل 2 بازده تبدیل برحسب تغییرات طول موج پمپ را نشان میدهد. این شکل بازده تبدیل را به ازای طول موج های مختلف پمپ ازλp =1563 nm تا λp =1566 nm با تغییرات 1 nm نشان میدهد. پارامترهای L=340m، s =1549 nm و λ0 =1560 nm مقادیر ثابت هستند. بازده تبدیل و آستانه تاثیر گذار باشد. شکل 4 بازده تبدیل به ازای طول تار های مختلف و مقادیر ثابت λs = 1549nm، 0 =1560 nm و p = 1565 nm را نشان میدهد.
همانطور که در شکل 2 مشاهده میشود با افزایش طول موج پمپ بازده تبدیل کم میشود و آستانه توان پمپ - جاییکه نمودار از مقدار صفر شروع به رشد می کند - افزایش مییابد. در واقع با فاصله گرفتن طول موج پمپ نسبت به طول موج پاشندگی صفر تار - 0 - شرط جورشدگی فاز از بین می رود و از بازده تبدیل کاسته میشود.
شکل 3 بازده تبدیل را به ازای طول موجهای مختلف سیگنال و مقادیر ثابت L=340m، 0 =1560nm و p =1565 nm را نشان میدهد. با افزایش طول موج سیگنال بازده تبدیل افزایش و آستانه کم میشود. این امر نیز به دلیل برآورده شدن بهتر شرط جورشدگی فاز در طول موج های بزرگتر سیگنال می باشد. شکل :3 بازده تبدیل به ازای طول موجهای سیگنال مختلف و مقادیر ثابت L=340m، 0 =1560nm و . p = 1565 nm طول تار همچنین از پارامترهایی است که میتواند در میزان شکل :4 بازده تبدیل به ازای طول تارهای مختلف و مقادیر ثابت λs =1549nm، 0 =1560nm و . p = 1565 nm در شکل 4 با افزایش طول تار از 150m تا 450m بازده تبدیل را به دست آورده و تغییرات آن را بررسی میکنیم.
مشاهده میشود که با افزایش طول تار از میزان بازده تبدیل کاسته شده و توان آستانه نیز کاهش می یابد . شکل 5 بازده تبدیل را به ازای جفت گرهای ورودی مختلف و مقادیر ثابت L=340m، 0 =1560nm و p =1565 nm نشان میدهد. شکل :5 بازده تبدیل به ازای جفتگرهای ورودی مختلف و مقادیر ثابت L=340m، 0 =1560nm و . p = 1565 nm در شکل 5 مشاهده میکنیم که با افزایش مرتبه جفتگر ورودی از بازده تبدیل کاسته شده و آستانه توان ورودی به مدار افزایش پیدا کرده است.
