بخشی از مقاله
چکیده-
شبیهسازی نشان داد که به کارگیری توریهای یکنواخت با توجه به سادگی پروسه ساخت باعث توان بازتابی مناسبی میشود اما توان بازتابی طول موجهای کناری براگ حدود 30 درصد توان بازتابی قلهی طول موج مرکزی هستند. برای حل این موضوع باید مصالحه ای بین توان بازتابی و دامنهی طول موجهای کناری براگ برقرارکرد که این موضوع با شبیهسازی توری اپودایز شدهی گوسی نشان داده شده است. نتایج به دست آمده نشان میدهد که به ازای کاهش حدود 40 درصد توان بازتابی میتوان حدود 30 درصد توان طول موج کناری را کاهش داد.
-1 مقدمه
توری براگ فیبر نقش مهمی در ارائه ساختارهای حسگری و فیلترهای نوری دارد 1]و[2 .از آن جایی که فیبرهای نوری به طور اساسی از تداخل های الکترو مغناطیسی ایمن هستند می توان از آن ها در محیط هایی که سیم کشی مسی نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد استفاده کرد. پژوهش های مختلفی در زمینه شبیه سازی توری براگ فیبر انجام شده است اما مدلی بر مبنای ماتریس انتشار موج ارائه نشده است.
در این مقاله با استفاده از معادلات جفت شده مد یک ماتریس انتقال برای هر سلول مکانی تعریف می شود. سپس با ضرب ماتریس ها انتشار موج محاسبه وشبیه سازی می شود. در ادامه اثر تغییر دما، فشار و کرنش بر طول موج خروجی با کاربرد حسگری محاسبه می شود. در بخش دوم حسگر توری براگ تعریف شده و در بخش سوم معادلات حاکم ارائه می شود. در پایان نتایج بدست آمده از این پژوهش ارائه می گردد.
-2 حسگر توری براگ
توری براگ فیبر با ایجاد یک آشفتگی متناوب در ضریب شکست هسته ی فیبر نوری درامتداد محور آن با دوره تناوبی معلوم ساخته می شود. توری باعث می شود که فاز یا شدت موج نور بازتابی یا انتقالی تغییر کند. هنگامی که طیف گسترده ای از پرتو نور به توری براگ تابانده می شود بخشی از انرژی آن انتقال می یابد و بخش دیگر بازتاب می شود.[4] شکل 1 نمایی از توری براگ فیبر را نشان می دهد.
سیگنال نوری بازتاب شده بسیار باریک و درحدود چند نانومتر خواهد بود و در طول موج مرکزی-براگ متمرکز خواهد شد که طبق رابطه ی شرط براگ تابعی از دوره تناوب تناوب - Λ - و ضریب شکست موثر هسته ی فیبر - - neff است. رابطه - 1 - طول موج براگ راتعیین می کند.
-2-2 نتایج شبیه سازی
شکل - - 2 طیف بازتابی و طیف انتقالی به دست آمده از شبیه سازی توری براگ یکنواخت را نشان می دهد. مقایسه دو بخش شکل - 2 - به درستی نشان می دهد که مجموع این دو طیف یک طیف کامل در بازه ی طول موج نشان داده شده است.
شکل1 .طرحی از یک توری براگ فیبر یکنواخت که تنها طول موج نورشرط براگ رابرآورده می کند و بازتاب می شود.
-1-2 شبیه سازی حسگر توری براگ
توزیع میدان الکتریکی - - - درون هسته ی فیبر نوری برحسب مؤلفه های مکانی [ و\ و] با رابطه - - 2 بیان می شود. نمایه ی M - الف - به مد M ام اشاره می کند.
A و B به ترتیب مدهای پیشرو و پسرو یا همان موج های تابشی و بازتابشی هستند که با روابط زیر تعریف می شوند.
شکل - : - 2 - الف - توان طیف بازتابی - [7]ب - توان طیف انتقالی توری براگ یکنواخت به ازای.O =15PP
شکل - 3 - وابستگی طول موج را به ضریب شکست مؤثر نشان می دهد. در این شکل دیده می شود که با افزایش ضریب شکست مؤثر توری طول موج براگ افزایش می یابد و قانون براگ آن را تایید می کند - به رابطه ی - - 1 مراجعه شود - .
شکل: 3 طیف بازتابی توری براگ به ازای سه ضریب شکست مؤثر متوسط مختلف.
شکل 4 وابستگی طول موج به دوره تناوب توری را نشان می دهد. با افزایش دوره تناوب توری طول موج براگ افزایش می یابد که باز هم شرط براگ آن را تایید می کند.
شکل4 :پاسخ طیف بازتابی توری براگ یکنواخت به طول O= 15PP بازای سه دوره تناوب مختلف.
شکل 5 پاسخ طیف بازتابی توری براگ یکنواخت را به ازای سه طول مختلف توری براگ نشان می دهد. شبیه سازی نشان می دهد که افزایش طول توری باعث بازتابش بیشتر طول موج براگ و افزایش تداخل های سازنده ی موج های رفت و برگشت شده و دامنه موج بازتابی را می افزاید.
شکل 6 طیف بازتابی توری براگ سیلیکنی را به ازای سه تغییر دمای مختلف نشان می دهد. همانطور که مشاهده می کنید با افزایش دما طول موج براگ افزایش یافته است. تغییر دماها نسبت به دمای 25 درجه-سانتیگراد در نظر گرفته شده است. دامنه ی قله ی جانبی حدود 30 درصد دامنه طول موج مرکزی است.
