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

36166. Защита от ошибок в формате CD 52 KB
  Из теории помехоустойчивого кодирования известно что для коррекции t ошибок код должен иметь не менее 2t проверочных символов граница Синглтона. Значит каждый из них может исправить не более двух ошибок. Известно также что максимальное число гарантированно обнаруживаемых ошибок равно числу проверочных символов кода.
36167. SSD (Solid State Drive). Преимущества и недостатки 20.06 KB
  SSD логически эмулирует обычный жёсткий диск HDD и теоретически везде может применяться вместо него. SSD использующие динамическую память DRAM а не флэшпамять часто называются RAMdrive и имеют ограниченное применение например в качестве выделенного диска для файла подкачки ОС. Сердцем SSD является микросхема контроллера которая в первую очередь определяет такие ключевые характеристики SSD как внешний интерфейс быстродействие и энергопотребление. Преимущества и недостатки Преимущества SSD над HDD.
36168. Магнитные головки для записи информации на жесткий диск 112 KB
  Вначале это были монолитные головки. Композитные головки выполнены из феррита на подложке из стекла или твердой керамики и имеют меньшие размеры в сравнении с монолитными. Дальнейшим развитием технологии композитных головок стали так называемые головки MIGтипа MIG Metal In Gap.
36169. Технологии записи на магнитные диски 206 KB
  Домены магнитных материалов используемых в продольной записи располагаются параллельно поверхности носителя. Этот эффект и используется при записи цифровых данных магнитным полем головки изменяющимся в соответствии с сигналом информации. Попытки увеличить поверхностную плотность записи путем уменьшения размеров частиц будут увеличивать отношение размера зоны неопределенности к размеру полезной зоны не в пользу последней и в конце концов неизбежно приведут к так называемому суперпарамагнитному эффекту когда частицы перейдут в однодоменное...
36170. ОПТИЧЕСКИЕ ГОЛОВКИ 260 KB
  Задача эта непростая поскольку большинство оптических элементов адаптировано как правило для работы с излучением только одной длины волны. Вопервых необходимо было обеспечить приемлемое рабочее расстояние объектива при любой длине волны излучения. Вовторых обеспечить компенсацию сферических аберраций также при любой длине волны излучения. Втретьих обеспечить изменение числовой апертуры объектива в зависимости от длины волны проходящего через него света.
36171. SuperAudioCD 87 KB
  Следует заметить что технология одноразрядного квантования используется сейчас и для преобразования звука в других форматах однако там полученный одноразрядный поток в конце концов всетаки приводится к последовательности многоразрядных отсчетов 16 20 24разрядных и в дальнейшем все операции по формированию потока данных перед записью на носитель производятся уже с ними. Этот слой является носителем данных DSD и считывается оптической головкой с числовой апертурой 06 лучом лазера с длиной волны излучения 650 нм. В процессе...
36172. Варианты формата CD 133 KB
  Такая версия компактдиска появилась в 1985 году и получила название CDROM Read Only Memory память только для чтения. Поскольку диск CDROM предстояло использовать в составе вычислительных комплексов различной сложности то для него был разработан специальный дисковод легко вписывающийся в архитектуру компьютера. Дополнительное кодирование в CDROM производится до того как данные поступают на кодер CIRC точно такой же как в системе защиты от ошибок формата CDAudio. В формате CDROM эти 24 символа являются обезличенными и могут нести...
36173. ИЗГОТОВЛЕНИЕ BD-ДИСКОВ 401 KB
  Мастеринг BDдисков Существует три основные технологии мастеринга BDдисков: метод PTM иммерсионный метод и метод записи пучком электронов. Системы EBR Electron Beam Recorder использующие для записи пучок электронов наиболее дороги но позволяют получить очень высокое разрешение.1 иллюстрирует процесс формирования дорожки записи. Такая длина волны близка к длине волны излучения газовых лазеров которые применяются для записи оптических дисков в форматах CD и DVD.
36174. Структура минидиска 56.5 KB
  Частота сигнала вобуляции равна 2205 кГц. Эту частоту легко получить путем деления пополам частоты дискретизации звукового сигнала fд = 441 кГц. Кодирование данных DIP производится перед изготовлением диска путем частотной модуляции несущей fн = 2205 кГц бифазным кодом. Модуляция осуществляется с помощью тактовой частоты fт = 6300 Гц которая получается путем деления частоты дискретизации 441 кГц на 7 см.