14673

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫНУЖДЕННОГО РАССЕЯНИЯ МАНДЕЛЬШТАМА-БРИЛЛЮЭНА

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫНУЖДЕННОГО РАССЕЯНИЯ МАНДЕЛЬШТАМАБРИЛЛЮЭНА Рассмотрим показатель преломления сердцевины оптического волокна с учетом эффекта нелинейного преломления: 1 где n0w r – линейная часть показателя преломления завис

Русский

2013-06-09

85.5 KB

4 чел.

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫНУЖДЕННОГО РАССЕЯНИЯ

МАНДЕЛЬШТАМА-БРИЛЛЮЭНА

Рассмотрим показатель преломления сердцевины оптического волокна с учетом эффекта нелинейного преломления:

,     (1)

где n0(w, r) – линейная часть показателя преломления, зависящая от частоты w и радиуса направляющей структуры r (r меняется от 0 до наибольшего значения d/2 = 4,5 мкм). Для кварцевого одномодового световода со ступенчатым профилем показателя преломления будем считать n0 = 1,48.

Величина – нелинейная составляющая показателя преломления, в зависимости от свойств среды может быть как положительной, так и отрицательной величиной; для кварцевых стекол положительна и приблизительно равна 10-15 м22 и имеет слабую зависимость от частоты света w в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне; Еpump  – модуль напряжённости электрического поля распространяющейся световой волны.

Пусть на прозрачный кварцевый материал поступает достаточно мощная световая волна. В результате электрострикции (деформации вещества под действием электрического поля) накачка генерирует акустическую волну, приводящую к периодической модуляции показателя преломления в пространстве. Индуцированная пространственная решетка показателя преломления рассеивает излучение накачки в результате дифракции. Поскольку решетка движется со звуковой скоростью V, частота рассеянного излучения испытывает доплеровский сдвиг в длинноволновую область. В кванквантовой механике такое рассеяние описывается как уничтожение фотона накачки и одновременное появление стоксова фотона и акустического фонона.

После достижения порога возникновения акустической волны, ее интенсивность определяется как

,      (2)

где ξ – коэффициент электрострикции, для кварца ξ   10-11 Ф/м.

Частота акустической волны, распространяющейся в том же направлении, что и падающая световая волна, равна:

,     (3)

где n – показатель преломления; V – скорость звука, для кварцевого стекла V  5,96 км/с.

Наличие акустической волны приводит к появлению отражённой световой волны. Отражённая оптическая волна называется сателлитной волной, и обозначается sat. Так как отражение происходит от движущихся максимумов плотности вещества, образуемых  акустической волной, то частота отражённого света вследствие эффекта Доплера равна:

wsat =       (4)

При значительном увеличении интенсивности падающей световой волны интенсивность и число сателлитных гармоник резко возрастает, появляются компоненты вида wsat = , wsat = , wsat =  и т.п. Ширина спектральных линий рассеянного излучения определяется затуханием акустической волны: каждая компонента тем шире, чем больше затухание акустической волны (пропорциональное вязкости среды).

Кроме того, сигнал накачки, распространяющийся вдоль световода по направлению возрастания координаты x, будет терять свою интенсивность на возбуждение акустической и отражённой оптической волн. В общем виде этот процесс можно описать следующим образом:

    (5)

Здесь u – амплитуда акустической волны;

kpump и ksat – волновые вектора волны накачки и сателлитной волны, их модули соответственно равны:

,  (можно считать );

KV – волновой вектор акустической волны:

,

где L – длина акустической волны.

Нарастание (затухание) сателлитной волны характеризуется следующим уравнением:

     (6)

Здесь x – координата точки волокна, в которой ведется наблюдение,  - показатель нарастания:

,   (7)

где  - затухание акустической волны,

b – вязкость среды, для кварца b = 1,32.1010 кг/(м3.с);

h0 – среднее значение плотности среды, в данном случае h0 = 2,65.103 кг/м3; e0=8,85*10-12 Ф/м – значение абсолютной диэлектрической проницаемости;

a – коэффициент затухания оптических волн, для =1310 нм a = 0,35 дБ/км = 8,06.10-5  м-1, для =1550 нм a = 0,2 дБ/км = 4,6.10-5 м-1.

ЗАДАНИЕ НА ЛАБОРАТОРНУЮ РАБОТУ:

1. Задать длину волны падающего светового излучения = 1310 нм (вариант 1) или = 1550 нм (вариант 2). Подсчитать значения формул (3) и (4) при n = 1,48.

2. Построить график по выражению (2); Еpump = 105 В/м 107 В/м по логарифмической шкале.

3. Построить график для выражения (3), подставив выражение (1) для показателя преломления; Еpump от 105 В/м до 107 В/м по логарифмической шкале.

4. По формуле (7) найти пороговое значение напряженности электрического поля волны накачки , при котором сателлитная волна начнет нарастать при увеличении координаты x. Для усиления сателлитной волны должно выполняться условие AR>0, т.е. .

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ ДОЛЖЕН СОДЕРЖАТЬ:

1. Титульный лист в соответствии с установленной формой с фамилиями студентов.

2. Формулы и построенные графики.

3. Выводы по работе.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18864. Русское барокко. Окно в Европу 29.03 KB
  Русское барокко. Окно в Европу. Барокко стиль зародившийся в конце XVI в. в Италии в Европе был распространен до начала XVIII в. в Латинской Америке отчасти в Северной Америки и Азии в XVII XVIII вв. Основополагающая черта синтетичность. Искусство барокко отличается динами
18865. Немецкое Возрождение. А.Дюрер, Г.Гольбейн 24.43 KB
  Немецкое Возрождение. А.Дюрер Г.Гольбейн. Развитие немецких городов запаздывало даже по отношению к Нидерландам и немецкий Ренессанс сформировался в сравнении с итальянским на целое столетие позже. На примере творчества многих художников XV в. можно проследить как фор
18866. Скандинавская традиция Алвар Аалто 22.6 KB
  Скандинавская традиция Алвар Аалто. Годы жизни: 1898-1976 Основная информация: Выдающийся финский архитектор. Представитель функционализма близкого органической архитектуре. Его постройки общественные промышленные сооружения жилые дома церкви и выставочные павиль
18867. Русская архитектура Х-ХVII 23.49 KB
  Русская архитектура ХХVII. Крестовокупольный храм архитектурный тип христианского храма сформировавшийся в Византии и в странах христианского востока в V VIII вв. Стал господствующим в архитектуре Византии с IX века и был принят христианскими странами православно...
18868. Стиль барокко в живописи и скульптуре. Дж. Лоренцо Бернини, Питер Пауль Рубенс 30.3 KB
  Стиль барокко в живописи и скульптуре. Дж. Лоренцо Бернини Питер Пауль Рубенс. Лоренцо Бернини итальянский архитектор и скульптор. Его скульптурам присущи текучая стремительность движения сочетание религиозной аффектации с экзальтированной чувственностью €œЭк...
18869. Ле Корбюзье Шарль Эдуар (6.10.1887— 27.8. 1965) 20.12 KB
  Ле Корбюзье Шарль Эдуар 6.10.1887 27.8. 1965 Французский архитектор и теоретик архитектуры создатель архитектуры интернационального стиля а так же живописец в живописи разработал теорию пуризма и писатель публицист. Учился и работал у архитекторов: Йозефа Хофмана Огюс...
18870. Сюрреализм. Манифест 1924г. Происхождение значения термина. С.Дали 28.46 KB
  Сюрреализм. Манифест 1924г. Происхождение значения термина. С.Дали. Сюрреали́зм фр. surréalisme сверхреализм направление в искусстве сформировавшееся к началу 1920х во Франции. Отличается использованием аллюзий и парадоксальных сочетаний форм. Основателем и идеологом
18872. Русский конструктивизм. Веснины. Леонидов. Мельников 75.5 KB
  Русский конструктивизм. Веснины. Леонидов. Мельников. Конструктиви́зм советский авангардистский метод стиль направление в изобразительном искусстве архитектуре фотографии и декоративно-прикладном искусстве получивший развитие в 1920 первой половине 1930 годов. Х...