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

9815. Экологический менеджмент в системе управления риском 30.5 KB
  Экологический менеджмент в системе управления риском В ресурсосбережении и охране среды обитания человека возрастающую роль играет экологический менеджмент, направленный на сохранение не только экономических, но и экологических издержек. В любом общ...
9816. Руководство по разработке, контролю и пересмотру программы управления рисками 26.5 KB
  Руководство по разработке, контролю и пересмотру программы управления рисками Для того чтобы принять обоснованные решения по управлению рисками, менеджер по управлению рисками должен иметь необходимую для принятия решения информацию, которая для пов...
9817. Информация по особенностям системы управления риском 26.5 KB
  Информация по особенностям системы управления риском Особенности системы управления риском реализуются в конкретных мероприятиях, большая часть которых фиксируется в программе управления рисками. Поэтому Руководство по разработке, контролю и пересмо...
9818. Информация по процедурам управления рисками и пороговым значения параметров, используемых при выборе процедур 90 KB
  Информация по процедурам управления рисками и пороговым значения параметров, используемых при выборе процедур Общая стратегия развития и управления фирмы, а также выбранный вариант управления рисками на уровне фирмы определяют возможные процедуры уп...
9819. Информация по рискам 27.5 KB
  Информация по рискам. В этом блоке Руководства по разработке, контролю и пересмотру ПУР может быть представлена самая разнообразная информация по рискам, являющаяся результатом процесса идентификации и анализа рисков. Прежде всего, к общей информаци...
9820. Информация по убыткам фирмы 31 KB
  Информация по убыткам фирмы. Убытки являются важным аспектом анализа рисков, так как ущерб представляет собой важную характеристику негативных последствий реализации соответствующих рисков. В данном разделе Руководства должна содержаться самая общая...
9821. Информация о методах управления рисками на уровне фирмы 34.5 KB
  Информация о методах управления рисками на уровне фирмы. В дополнение к информации по процедурам управления рисками, рассмотренным выше, на основе анализа особенностей рисков, с которыми сталкивается фирма, и величины ущерба, обусловленного этими ри...
9822. Информация по методам оценки финансовых возможностей фирмы 33 KB
  Информация по методам оценки финансовых возможностей фирмы Как отмечалось выше, на выбор стратегии, процедур управления рисками и пороговых значений параметров рисков, кроме общей стратегии управления и развития фирмы, существенное влияние оказывают...
9823. Информация по методам оценки эффективности использования методов управления рисками 35.5 KB
  Информация по методам оценки эффективности использования методов управления рисками Применение любого конкретного метода управления рисками можно считать экономически целесообразным, если его использование связано с экономическим эффектом, т.е. если...