1-1- معرفی

پراکندگی بریلوئن به افتخار فیزیکدان فرانسوی لئون بریلیون نامگذاری شد، او واکنش بین موج نور و صوتی را در قرن نوزدهم- بیستم بررسی کرد. پراكندگی بریلوین براساس برهم كنش تابش یك موج نور به اندازه كافی قوی (پمپ) با یك محیط نوری (مثل فیبر نوری) بوجود می‌آید. تغییرات چگالی داخل فیبر نوری بواسطه حركات گرمایی ملكول های فیبر باعث می‌شود كه یك قسمت از موج تابشی در جهت خلاف باز تابش بشود. موج باز تابش شده را موج استوكس[1] می گویند. موج استوكس تداخلی، توسط پدیده Electrostriction منجر به مدولاسیون چگالی محیط به صورت پریودیك می شود. این مدولاسیون چگالی را می‌توان به عنوان مدولاسیون ضریب شكست در نظر گرفت

 كه مانند یك Bragg grating عمل می‌كند. این فرایند ادامه پیدا می‌كند و توان بیشتر از پمپ باز تابش شده و به موج استوكس انتقال می یابد. اگر دلیل مدولاسیون چگالی فیبر خود پمپ باشد به آن پراكندگی بریلوین برانگیخته[2] (SBS)  می‌گویند. مدولاسیون چگالی محیط را می‌توان سبب ایجاد موج آكوستیك یا فونون‌های آكوستیك نامید، چونكه این تغییرات چگالی با سرعت صوت در جهت پمپ منتشر می‌شوند. از طرفی دیگر، بخاطر سرعت نسبی بین پمپ و موج آكوستیك، با توجه به اثر دوپلر فركانس موج استوكس نسبت به فركانس پمپ تغییر می‌كند، كه به مقدار این تغییر فركانس، تغییر فركانس بریلوین[3] می‌گویند. اگر موج آکوستیک توسط حرکت گرمایی ملکولهای ماده بوجود آمده باشد به آن پرکندگی بریلوئن خود بر انگیخته می گویند.

مکانیسم پراکندگی نور در هر دو حالت پراکندگی بریلوئن خود بر انگیخته  و پراکندگی بریلوئن برانگیخته در شکل(1-1) نشان داده شده است.

شکل (1- 1) پراکندگی خود بر انگیخته و پراکندگی بر انگیخته شده ]1[ .

SBS یک فرآیند غیر خطی است که نیاز به تابش نور با شدت زیاد دارد که از طریق توسعه منابع لیزر و تکنولوژی فیبر در دسترس می باشد. به همین خاطر SBS در فیبر نوری تا قبل از سال 1960 عملی نشده بود.

پراکندگی نور یکی از جنبه های مهم تحقیقاتی در سالهای 1920 تا سالهای 1930 بوده است. جورج استوکس، جابجایی فرکانسی را در فرآیند لومینانس در قرن19 کشف کرد]1[-]2[

در طول چند دهه اخیر کاربردهای زیادی که در آنها از خواص SBS استفاده شده است مورد بررسی قرار گرفته اند مانند: کاهش سرعت نور در فیبر نوری با استفاده از SBS ]2 [ ، تاخیر دهنده نوری]3 [،  ساخت لیزر با فیبر ]4[ -]7[، تقویت کننده های فیبری ]8[ ]9[ ، سنسورهای های فیبر نوری]10[-]12[  و فیلترهای نوری قابل تنظیم ]13[ ]14[.

در این پایان نامه به بررسی پراکندگی بریلوئن برانگیخته آبشاری[4] در فیبر نوری می پردازیم. در پراکندگی بریلوئن آبشاری SBS های مرتبه بالاتر ایجاد می گردد و موجهای استوکس با شدت زیاد و طول موجهای متفاوت ( با فاصله فرکانسی ثابت) در طول فیبر ایجاد می گردد. که این پدیده در طراحی و ساخت لیزر های فیبر نوری کاربردهای فراوانی دارد. برای ایجاد SBS آبشاری در فیبر نوری باید تغییری در ساختار آن ایجاد کنیم. در این پایان نامه با استفاده از توری براگ[5] در ورودی فیبر، SBS های مرتبه بالاتر ایجاد شده اند و با بررسی و تحلیل معادلات مربوطه، SBS های مرتبه بالاتر و شدت آنها برای فیبر نوری محاسبه و شبیه سازی شده اند.