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

24151. Экономическое развитие России в XVII в. XVII в 21.87 KB
  XVII в время массового заселения Волги Предуралья начало освоения Сибири. Новым было в XVII в. Всего в XVII в.
24152. Внутренняя политика России в XVII в 20.78 KB
  За малолетних правителей власть осуществляла царевна Софья пытавшаяся отдалить Петра от престола. Софья не желая расставаться с властью подняла против Петра стрелков но восстание было жестоко подавлено а Софья заточена в монастырь.
24153. Внешняя политика России в 17 веке 31.17 KB
  Западнорусские земли стали ареной борьбы населения против угнетения польской шляхтой. начался почти непрерывный ряд казацких восстаний против Польши. В Киевской области было образовано войско реестровых внесенных в списки казаков которые однако переходили на сторону мятежных запорожцев и обращали свое оружие против поляков. Под его командованием русская армия предприняла два неудачных похода против Крымского ханства 1687 1689 находившегося в вассальной зависимости от Турции.
24154. Культура России. 17 век 34 KB
  17 век XVII в. Мы часто говорим: древнерусская культура IXXVII веков но никогда не продлим это определение на следующий XVIII в. Такая переходность культуры в XVII в. В русской архитектуре XVII в.
24155. Россия на рубеже XVII -XVIII веков 30.86 KB
  Разрешение этих задач до Петра было только начато. Точно так же и первая задача национальнополитическая состоявшая в необходимости государственного объединения русского народа еще задолго до Петра вызвала ряд упорных войн с третьим врагом и ближайшим соседом Речью Посполитой. Но еще до Петра московским правительством была сознана невозможность одновременного разрешения обеих задач. Так еще до Петра покинута была на неопределенное время мысль о национальнополитическом объединении русского народа: чтобы поддержать добрые отношения с...
24156. Преобразования Петра I. Северная война 31.8 KB
  2011 Рубрика: История России 08 Петр I После смерти Федора на престол должен был взойти его брат Иван однако он был слаб здоровьем и патриарх с боярами предложили объявить царем Петра. По их требованию Софья была назначена регентом при малолетних Иване и Петре. Детство Петра прошло в селе Преображенском и в Немецкой слободе среди иностранных авантюристов ученых военных.
24157. Эпоха дворцовых переворотов 28.27 KB
  В первые годы прошедшие со смерти Петра Великого судьбу русского престола нельзя назвать благополучной: с 1725 г. Причинами дворцовых переворотов по мнению большинства историков стали: ü указ Петра 1 от 1722 года о наследии престола; ü большое количество прямых и косвенных наследников дома Романовых; ü противоречия между самодержавной властью правящей верхушкой и господствующим сословием. К концу правления Петра I напряженность отношений в этом треугольнике достигла критической отметки что было вызвано крайне невыгодным для...
24159. Основные задачи внешней политики России во второй половине XVIII в 30.7 KB
  Однако нерешенным оставались две внешнеполитические задачи: 1 овладение выходом в Азовское и Черное моря; 2 воссоединение Правобережной Украины с Левобережной и включение Белоруссии в состав России. Крым был включен в состав России. Георгиевске по которому Грузия переходила под покровительство России.