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

23703. Программирование на языке Паскаль 67 KB
  На каждый теоретический слайд не более трёх минут. На слайды с заданиями от пяти до семи минут. Рассказываю слайд и отмечаю что язык низшего уровня состоит из нулей и единиц. Обсуждаем слайд и немного конспектируем.
23704. Линейные программы и арифметические действия 56.5 KB
  Развитие мышления фантазии памяти внимания и познавательных интересов; Оборудование урока: Компьютерный класс Интерактивная доска Ход урока: 1. Повторение материала предыдущего урока. Организационный момент Приветствие учеников Объявление темы целей и плана урока.
23705. Решение задач на сложные линейные программы 75.5 KB
  program my; var xyy1: integer; begin x:=3; y:=absxsqrsqrx; x:=3; y1:=absxsqrsqrx; writeln y; writeln y1; end. program my; var abc: integer; begin reada; b:=2012; c:=ba; writeln 'ваш примерный возраст 'c; end. program...
23706. Основы языка SQL 75.97 KB
  Баумана Кафедра САПР Основы языка SQL Федорук В.ru 2636526 АННОТАЦИЯ Данное учебное пособие предназначено для изучения основ языка SQL стандартного языка манипулирования данными в СУБД реализующих реляционную модель данных. Описывается синтаксис наиболее употребимых операторов языка SQL приводятся примеры. Учебная база данных реализована в среде СУБД mySQL средства доступа к ней встроены в учебное пособие.
23707. История Советского государства 1900-1991 3.37 MB
  Изменения и кризис в партии [4. XVII съезд партии. XVIII съезд партии. Полная трансформация партии [9.
23708. Перевод условия задачи на математический язык 51 KB
  Составьте выражения для ответа на вопрос задачи: 1 Автомобиль проходит расстояние х км за 2 ч а автобус − за 3 ч. Свой результат группы вывешивают на доску: 1 x : 2 – x : 3; 2 x : 2 – x : 3; 3 x : 2 – x : 3; 4 x : 2 – x : 3; – Что интересного вы замечаете Задачи все разные а выражения одинаковые. – Какое задание стояло перед вами Надо было составить выражение по условию задачи.
23709. Работа с математическими моделями 61 KB
  Количество в м Стоимость в руб. Шерсть d 3 420 000 Шёлк с Сначала надо найти стоимость шерсти: 3d затем стоимость шёлка: 420 000 – 3d что бы найти цену шёлка6 надо его стоимость разделить на количество купленного шёлка: 420000 – 3d : c Если d = 80 000 c = 2 420000 – 380 000 : 2 = 90 000 Ответ: цена шёлка 90 000 руб. Количество Стоимость в руб. Хлеб а 3 батона Яблоки b 2 кг Что бы найти стоимость всей покупки надо знать стоимость хлеба и стоимость яблок.
23710. Работа с математическими моделями 57.5 KB
  При решении последнего примера учащиеся вспоминают свойство 1 при умножении: а 1 = 1 а = а − Расположите полученные результаты в порядке возрастания. – Какие свойства умножения вы использовали Распределительное свойство умножения относительно сложения и вычитания: аb c = аb ac аb – c = аb – ac свойство 1 при умножении: а  1 = а. – Какое свойство умножения вы использовали Свойство 1 при умножении. – Како теперь свойство можно применить Распределительное свойство умножения относительно сложения.
23711. Математические выражения и математические модели 76.5 KB
  а Графическая модель: Не известно количество девочек x – одна часть и мальчиков но сказано что мальчиков в 3 раза больше x3 или 3x – вторая часть всего целое 48 человек. x 3x = 48 x x3 = 48 Используем свойство 1 при умножении: a1 = 1a: 1x 3x = 48 x1 x3 = 48 Используем распределительное свойство умножения: ab c = ab ac: x1 3 = 48 Найдём сумму стоящую в скобках: 4x = 48 x4 = 48 Что бы найти неизвестный множитель надо произведение разделить на известный множитель: x = 48 : 4 x = 12 x –...