طراحی و تحلیل لیزر فیبر رامان dfb با آثار غیرخطی
Abstract
لیزرهای dfb-rf نویدبخش دستیابی به چشمه های لیزری تک فرکانس با پهنای خط باریک و با خاصیت کوک پذیری طول موج از مادون قرمز دور تا طول موج دیدنی هستند. هدف اصلی این رساله تحلیل و ارزیابی عملکرد لیزرهای فیبر رامان با فیدبک توزیع شده (dfb- rf) با در نظر گرفتن اثرات نوری غیرخطی است. ساختار مورد بررسی در این پایان نامه یک ساختار با انتقال فاز ?/2 که در وسط توری فرض شده است می باشد. مدلسازی نظری لیزر برای شرایط آستانه و بالای آستانه انجام شده است. شبیه سازی لیزر نشان می دهد که پدید ه های غیرخطی نوری مانند اثر مدولاسیون فاز متقاطع، اثر مدولاسیون خودفازی و ترکیب چهار موج روی عملکرد لیزرهای dfb-rf تاثیر بسزایی دارند. دو اثر مدولاسیون فاز متقاطع و مدولاسیون خودفازی سبب افزایش توان خروجی لیزر می شود. ترکیب چهار موج نیز یکی از آثار غیرخطی مهم است که در لیزرهای فیبر رامان رخ می دهد. این پدیده در دو حالت مختلف بررسی شده است. در یک حالت دو فوتون موج دمش نابود و یک فوتون استوکس و یک فوتون آنتی استوکس ایجاد می شود. در حالت دیگر دو فوتون استوکس از بین رفته و یک فوتون با فرکانس موج دمش و یک فوتون با فرکانسی کوچکتر از فرکانس موج استوکس ایجاد می شود. بررسی عددی عملکرد لیزر dfb-rf نشان می دهد که ترکیب چهار موج روی عملکرد لیزر dfb-rf تاثیر زیادی دارد. مهمترین نتایج آن افزایش توان خروجی لیزر و توان دمش باقیمانده است. همچنین با درنظر گرفتن اثر ترکیب جهار موج، مد جدیدی با طول موج nm7/1158 در خروجی مشاهده می شود که در تطابق با نتایج تجربی گزارش شده، می باشد. عملکرد لیزر dfb-rf شدیدا به پارامترهای ساختاری لیزر مانند محل انتقال فاز، میزان انتقال فاز، طول فیبر و ضریب جفت شدگی توری بستگی دارد. در این پایان نامه اثر این پارامترها روی بهره مدی، توان دمش آستانه مد اصلی، اولین مد کناری، توان خروجی و طول موج نوسانی لیزر بصورت تئوری مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی بر اساس حل خودسازگار معادله های موج غیرخطی جفت شده که انتشار موج دمش، موج رفت و موج برگشت استوکس و آنتی استوکس را بیان می کنند انجام شده است. مدل ارائه شده شامل اثرات غیرخطی مدولاسیون فاز متقاطع، مدولاسیون خود فازی و ترکیب چهار موج می باشد. در شرایطی که از اثر غیرخطی ترکیب چهار موج صرفنظر شده، برای حل معادلات از روش ماتریس انتقال استفاده شده است. روش ماتریس انتقال روشی سودمند و سریع برای ارزیابی حالت پایدار ساختارهایی است که پارامترهای آن دارای تغییرات طولی هستند. بر عملکرد لیزر در حالتی که اثر غیرخطی ترکیب چهار موج در نظر گرفته شده است، شبیه سازی بر اساس حل خودسازگار دستگاه معادلات موج جفت شده و با استفاده از روش رانگ-کوتای مرتبه چهار انجام شده است.