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

5 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

31687. Поняття про пам’ять 22.5 KB
  Закріплення зберігання та наступне відтворення людиною її попереднього досвіду називається памяттю. Память є підґрунтям психічного життя людини. Завдяки памяті людина може здобувати необхідні для діяльності знання вміння та навички.
31688. Функції і причини уваги 36 KB
  Загальна характеристика уваги. Функції і причини уваги. Види уваги. Успішне ж виконання цього завдання потребує правильного розуміння природи уваги її видів характерних особливостей і шляхів розвитку у дітей.
31690. Форми переживання емоцій і почуттів 29.5 KB
  Настрій це загальний емоційний стан який своєрідно забарвлює на певний час діяльність людини характеризує її життєвий тонус. Афект як і настрій залежить певною мірою від індивідуальних особливостей людини: її темпераменту характеру вихованості. Афекти викликають глибокі зміни у психічному житті людини виснажують її.
31691. Мотиваційна сфера особистості. Потяги і бажання. Прагнення особистості. Ризик як вияв активності особистості 81.5 KB
  Здійснюючи цілеспрямовані дії людина зустрічається з різноманітними перешкодами. Тут і оцінка ситуації і вибір шляху для майбутньої дії відбір засобів потрібних для досягнення мети прийняття рішень і т.Якщо в людини відсутня актуальна потреба виконувати дію але при цьому необхідність виконання її вона усвідомлює то воля створює допоміжне спонукання змінюючи смисл дії робить його більш значущим. Довільні та вольові дії включаються в зміст вольової поведінки людини.
31692. Самоосвіта та самовиховання як умова успішної діяльності вчителя 31 KB
  Кількість часу й сил які вчитель витрачає на самоосвіту залежить від його мотивації. Ніхто не сперечатиметься з тезою що якщо вчитель хороший то й рівень знань учнів високий. Працювати над собою вчитель починає ще зі студентської лави. Якщо вчитель не вдосконалює себе не експериментує то перетворюється на ремісника який стоїть за верстатом і робить кожного дня одну й ту ж роботу.
31693. Розвиток і виховання дитини в сім'ї потребує безлічі діяльнісних ситуацій, в яких відбувається формування особистості заданої орієнтації 47 KB
  Головне навантаження щодо забезпечення реального звязку з сімєю лягає на плечі класного керівника. Свою діяльність він організовує через класний батьківський комітет, батьківські збори, а також через вчителів, які працюють в даному класі. Важливою частиною практичної діяльності класного керівника з підтримання контактів
31695. Тактики виховання дітей у сім’ї 27.5 KB
  Вдаючись до такої тактики, батьки намагаються відгородити дитину від життєвих реалій, випробувань, намагаються все вирішувати за неї, задовольняти її потреби і примхи. За таких умов дитина позбавлена змоги формувати в собі необхідні для подальшого життя психологічні, вольові якості, об'єктивно оцінювати себе, свої можливості й інших людей, цілеспрямовано працювати над собою. Усе це деформує її внутрішній світ, систему цінностей, різко занижує або завищує її вимоги до оточення, спонукає до девіантних форм задоволення своїх потреб