چکیده

این مقاله به نتایج مقدماتی به دست آمده در یک آنالیز شبیه سازی از حساسیت خمش فیبر نوری می پردازد که هدف آن بهبود طراحی لیزرهای فیبری است. روش شبیه سازی عددی ارائه شده بر آنالیز انتشار مد اصلی در طولیک فیبر نوری و نیز بر آنالیز نحوه تاثیر خمش این فیبر بر اتلاف تابشی اپتیکی استوار است. موارد فیبرهای نوری ساده، بدون ناخالصی و با ناخالصی یون Er+3  در نظر گرفته شدند. نتایج ارائه شده بر اساس شبیه سازی عددی ویژه مدهای توزیع شدت یک لیزر بااستفاده از روش المان محدود هستند که در چارچوب بسته نرم افزاری COMSOL انجام شده است. شبیه سازی های عددی با در نظر گرفتن موارد فیبر نوری عادی و تغییرشکل نیافته و فیبر نوری با تغییرشکل متقارن که شبیه میکروخمش آن است، انجام می شود. هر دو نوع اتلاف خمشی فیبر نوری تحلیل می شوند، یعنی اتلاف گذاری که با تغییر سریع یا ناگهانی انحنای آغاز و پایان یک خمش مرتبط است و اتلاف خمشی خالص که با اتلاف ناشی از خمش انحنای ثابت بینابین مربوط می شود.

1-مقدمه

لیزرهای فیبری به دلیل سازگارپذیری فیبری ذاتی شان، مد طولی منفرد پایدار و عملکرد قطبشی منفردشان، دستگاه های جالبی برای کاربردهای فراوان در پردازش ماده، تحقیقات آزمایشگاهی و حوزه ارتباطات از راه دور هستند. آنها ذاتا با فیبر سازگار هستند. بعلاوه آنها نویز فازی اندک و نیز نویز شدت نسبی (RIN) کم هستند. تعدادی از آلاینده های فعال گوناگون نظیر اربیوم، ایتربیوم، نئودیمیوم و تالیوم را می توان برای پوشش پنجره های مختلف طیف اپتیکی و ارائه پوشش دهی وسیع به کار برد.

یک مدل دقیق از این نوع لیزرها بسیار مطلوب است چون شبیه سازی ها می توانند طراحی و زمان ساخت و نیز هزینه را کاهش دهند. همچنین یک مدل می تواند به بهبود دیدگاه فیزیکی نسبت به دستگاه یا سیستم مورد تحقیق کمک نماید و این کار را با فراهم نمودن امکان محاسبه و آزمایشات فرضی انجام می دهند که در بسیاری از موارد می تواند در شرایط آزمایشگاهی بسیار دشوار باشد. توصیف کامل یک لیزر فیبری که پدیده های ایجاد شده در محیط فعال را در نظر می گیرد، شامل بسیاری از معادلات خطی و غیرخطی می شود. دومین دشواری، اندازه گیری مقادیر واقعی پارامترها و ضرایب موجود در این معادلات است. حل مدل ایده آل با همه گذارهای ممکن غیرعملی است. بنابراین عملا حل معادلات محیط فعال (چه حل تحلیلی یا عددی) ناگزیر نیازمند ساده سازی و تقریب هاست. چشم پوشی از چند گذار کم اهمیت تر در محیط فعال، یک مجموعه از معادلات گزارش شده است که ناحیه تقویت کننده را با موفقیت مدلسازی کرده و کارهای تئوری درباره دلایل این ساده سازی ها را توضیح می دهد.

بخش مهمی از این مدل شبیه سازی عددی دقیق به تحقیق درباره دمش و انتشار پرتوهای خروجی در راستای فیبر نوری اختصاص دارد که حجم محیط فعال را تعریف می کند. یک دلیلی که لیزرهای فیبری به دیگر انواع لیزرها ارجحیت دارند، نسبت بالای توان خروجی به دمش آنهاست. یک حجم کوچک از محیط فعال لیزر فیبری را می توان با استفاده از سیم پیچ های فیبر نوری با ناخالصی به دست آورد. اتلاف خمشی توان لیزر در فیبر نوری دارای اهمیت است تا یک شبیه سازی و طراحی مناسب لیزرهای فیبری محقق شود. در نتایج مقدماتی به دست آمده در این مقاله درباره انتشار میدان لیزری از فیبر نوری تغییرشکل یافته و تغییرشکل نیافته ارائه می شوند. تغییرشکل متقارن فیبر نوری در نظر گرفته می شود تا خمش آن در مقیاس میکروسکوپیک شبیه سازی گردد (میکرو خمش)...