Вынужденное комбинационное рассеяние света в оптических волокнах, допированных германием и фосфором

• Автор: Гастон Мело Мельчор
• Шифр специальности: 01.04.04, 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 100 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы.

Оптическое волокно.

Кварцевое стекло.

Колебательные спектры кварцевого стекла

Комбинационное рассеяние света

Вынужденное комбинационное рассеяние света

Применение ВКР. ВКР усилители.

ВКР лазеры

Оптические логические элементы.

Применение ВКР для исследования свойств оптического волокна.
Глава 2.Эксперимснталы1ые результаты
Описание установки.
Тестовые измерения.
ВКР в волокне, содержащем германий
ВКР в волокне, содержащем фосфор
Источники экспериментальных погрешностей
Глава 3 . Теория ВКР и обсуждение результатов
Поляризация.
Нормальные колебания
Фазовый синхронизм
Вынужденное комбинационное рассеяние
Л. Механизм обратной связи
Б.Феноменологическое описание ВКР
В.Квантовое описание ВКР.
Интерпретация экспериментальных данных.
А. Происхождение наблюдаемых линий.
Б. Роль энгармонизма колебаний.
Заключение.
Положения, выносимые на защиту,
Апробация работы.
Литература


Была разработана экспериментальная установка и проведены исследования ВКР в оптических волокнах как номинально чистых, так и с примесями германия и фосфора. Полученные результаты позволили сделать достаточно однозначные выводы о природе микродефектов, ответственных за дополнительные линии в спектрах ВКР, и обнаружить энгармонизм колебаний молекулярных групп образующих силикатное волокно. Объем диссертации составляет 0 стр. Результаты работы неоднократно докладывались на международных конференциях и опубликованы в двух статьях в реферируемых журналах. Глава! Обзор литературы. Настоящая глава посвящена обзору литературы по теме диссертации и формулировке постановки задачи в диссертационной работе. Однако прежде, чем переходить непосредственно к обзору литературы, необходимо дать краткое описание объекта исследований (оптических волокон) и краткое описание явления вынужденного комбинационного рассеяния света (ВКР). Оптическое волокно В данном разделе будет дано краткое описание оптических волокон, которые используются в настоящее время в оптических системах связи и разнообразных оптических датчиках [ 1]. Оптическое волокно является диэлектрическим волноводом для электромагнитных волн оптического диапазона. Структура волокна в простейшем случае состоит из сердцевины, оболочки и защитной оболочки (рис. Для тс>го чтобы световая волна распространялась вдоль оси волокна должно быть выполнено условие, что показатель преломления сердцевины П| больше, чем показатель преломления оболочки пз, т. П|> т. При выполнении этого условия световая волна, падающая па границу раздела сердцевина - оболочка под углом меньше некоторого критического значения, будет испытывать полное внутреннее отражение от этой границы. Отраженная волна, достигнув противоположной границы, снова отразится от нее и таким образом происходит распространение волны путем многократного отражения от границ раздела. Поскольку полное внутреннее отражение в идеальном волокне происходит без потери энергии, то волна распространяется с относительно малыми потерями, обусловленными в основном пог лощением и рассеянием света в сердцевине. Однако одного условия, что угол падения волны меньше критического, еще недостаточно для распространения волны в волноводе. Рис. Схематическое изображение сердцевины (1) и оболочки (2) волокна. Защитная оболочка не показана. Если интерференция конструктивная (волны складываются в фазе), то волна будет распространяться. Если же интерференция деструктивная ( волны гасят друг друга), то волна не распространяется. Из условия, чтобы интерференция была конструктивной, следует, что распространяющимися будут только некоторые тины волн, падающие на границу иод определенными углами (но в любом случае меньше критического угла). Эти волны называются собственными модами данного волокна. При заданной длине волны, заданных показателях преломления и заданном диаметре сердцевины существует только конечное количество распространяющихся мод. Однако в круглом симметричном волноводе хотя бы одна мода будет существовать всегда. Эта мода называется фундаментальной. Обычные размеры для стандартных волокон: диаметр оболочки 5 мкм, диаметр сердцевины для одномодовых волокон 4- мкм, диаметр сердцевины многомодовых волокон - ЮОмкм, разность показателей преломления сердцевины и оболочки около 2%. Имеется ряд основных параметров, которыми характеризуется оптическое волокно. Первый- это потери. Источниками потерь являются поглощение света примесями ( в том числе гидроксильными группами ОН), а также молекулами, входящими в волокно, за счет возбуждения соответствующих молекулярных колебаний. Другой фундаментальный источник потерь - эго рассеяние света в волокне. Имеется в виду рэлсевское рассеяние па микронеоднородностях стекла, из которого изготавливается волокно. Эти два источника являются фундаментальными, их невозможно устранить полностью, и они определяют минимально достижимый уровень потерь, который для обычного кварцевого волокна лежит вблизи длины волны 1,5 мкм и составляет приблизительно 0, дБ/км.