НЕСТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ ГЕНЕРАЦИИ АНТИСТОКСОВОЙ КОМПОНЕНТЫ ПРИ КОГЕРЕНТНОМ АНТИСТОКСОВОМ РАССЕЯНИИ СВЕТА Текст научной статьи по специальности «Физика»

Impact Factor: SJIF 2021 - 5.81 2022 - 5.94

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ PHYSICAL AND MATHEMATICAL SCIENCES

НЕСТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ ГЕНЕРАЦИИ АНТИСТОКСОВОЙ КОМПОНЕНТЫ ПРИ КОГЕРЕНТНОМ АНТИСТОКСОВОМ РАССЕЯНИИ СВЕТА

МЕНЯЕВА А.Р.

Бакинский Государственный Университет, Физический факультет

Волоконно-оптическими датчикам используются в различных областях производства. Это и коммуникация, и геолого разведочные работы, и при добыче и разведке нефти. Принцип их работы основан на распространении лазерного луча по волокну. Здесь используются нелинейно оптические эффекты. В качестве нелинейной среды выступает сердцевина волокна [1]. Множество методов применяется для измерения сигнала. Есть датчики, работающие с применением эффектов Рэлея, комбинационного рассеяния и вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюэна. Каждый из них имеет свойственный им рабочий диапазон частот.

Целью нашего исследования является метод когерентного антистоксового рассеяния света (КАРС). Данный эффект позволяет регистрировать молекулярные колебания среды. По сравнению спонтанным излучением выходной сигнал при КАРС на 106 раз выше. Здесь также наблюдается низкая расходимость по сравнению со спонтанным излучением и отсутствие в области регистрируемых антистоксовых частот люминесценции исследуемых веществ [2].

Как известно, на эффективность процесса генерации компонент рассеяния в случае нестационарного режима генерации антистоксовой компоненты КАРС будет оказывать влияние ряд факторов. Это - эффект фазовой расстройки взаимодействующих волн, а также эффекты групповой расстройки и дисперсионного расплывания. Определяющим являются дисперсионные свойства среды [2].

Ранее изучение комбинационное рассеяние и КАРС проводилось в приближении заданного поля (ПЗП), в котором не учитывается изменения фаз волн [2-3]. Однако в данной работе исследования проведены в более корректном приближении заданной интенсивности (ПЗИ).

В ПЗИ были исследованы спонтанное комбинационное рассеяние [4], нестационарная генерация антистоксовой компоненты в нелинейных материалах при КАРС, также изучено влияние параметров импульсного режима [4-5]. Учитывая расстройку групповых скоростей, можно прийти к выводу о том, что спектральная зависимость симметрична. Причем увеличение расстройки групповых скоростей приводит к сужению спектра возбуждаемого импульса. Подробное описание нестационарного случая генерации компонент рассеяния дано

в [2].

Получим аналитическое выражение для комплексной амплитуды Фурье-спектра антистоксовой компоненты рассеяния. Затем исследуем спектр излучения антистоксовой компоненты рассеяния. Для начала необходимо перейти к новой переменной г = г, ц = t — -.

Как известно, при исследовании нестационарной генерации удобно работать со спектрами. Поэтому переходим от амплитуд поля к Фурье составляющим импульсов. После математических преобразований для амплитуды спектра получим следующее выражение:

Aa(z, ш) = —iYaaApoA*soz s^nc A-z exp [- ■

85+8а+Цуд-гР1ро+(уш-A)

где Y™ =

2пшп

3 ]

= 2шр — ш5) — коэффициенты нелинейной связит, А

Z + шц

po,so,ao

начальные значения комплексных амплитуд накачки, стоксовой и антистоксовой компонент,

Sp s a, - линейные потери волн, Л =

-fa (vsa )* 12 -

/ a V/ s / po

$a -Ss + i(ra + У* к + + A)_

4

a

2

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ Impact Factor: SJIF 2021 - 5.81 PHYSICAL AND MATHEMATICAL SCIENCES

2022 - 5.94

!po = APoKo , V= 17 us - 1/Ua .

На основе полученного аналитиченного выражения для Аа (z, ш) проанализировали какие параметры вляют на выходной спектр антистоксового сигнала. Как видно из выражения, в первую очередь надо отметить влияние дисперсии групповых скоростей (параметр v) на ширину спектра выходного лазерного сигнала. Это позволит просчитать уровень выходного сигнала для конкретных оптоволоконных разработок.

ЛИТЕРАТУРА

1. Agrawal. G. Nonlinear Fiber Optics. Acad., San-Diego, CA, 1995.

2. Shen Y.R. Principles of Nonlinear Optics, Wiley, New York, 1984.

3. Tolles W.M., Nibler J.W., McDonald J.R., Harvey A.B. A review of the theory and application of coherent anti-Stokes Raman Spectroscopy (CARS). Appl. Spectr., 31(4) 1977 253-271.

4. Kasumova R.J. Raman scattering at the intracavity parametric interaction. Applied Optics, 2001, 40(28), p.5517-5521.

5. Касумова Р.Дж., Керимова Н.В., Сафарова Г.А.. Фазовые эффекты при когерентном антистоксовом рассеянии света. ЖПС, 2021, 88(1), 17-24.