الانكسار الثنائي النمطي المتسبب عن الانحناء وتاثيراته على انتشار السوليتون في الليف البصري احادي النمط
Author name:
نجلة بيرسي سليم موسى توما
Supervisor name:
حسن احمد حسن | قيس عبد الستار النعيمي
General topic:
Physics
Specific topic:
Physics
Degree:
Doctorate
University:
Mustansiriyah University - College Of Science
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
26T1954 - p.pdf
Abstract:
ان تقنية الاتصالات في الالياف البصرية اصبحت تحدي ثنائي معلومات - ارسال, مع ارتفاع تدفق النبضات واتساعها. ان السوليتون يوفر ارسال اشارة تحمل هذه المواصفات. مع ذلك فان الالياف البصرية تلاقي انحناءات في مسارها.ان هذا البحث يتعامل مع تاثيرات هذه الانحناء على ارسال نبضات من هذا النوع. فالانحناءات تحور مسار الانتشار, وتسبب الانكسار الثنائي النمطي وتنتج زحف في فرق الطور النسبي. لذلك فان هذا العمل سوف يتطور على مرحلتين : - المرحلة الاولى هي التحريات التجريبية عن بعض العوامل الاساسية مثل التوهين نتيجة انحناء الليف بانصاف اقطار انحناءات مختلفة وتاثير ذلك على شدة النبضة الخارجة اولا. كذلك تمت دراسة مقارنة بين ليفين بصريين من ذات المواصفات ولكن بطولين مختلفين : 75 سم و10 متر للانكسار الثنائي النمطي وتاثير انحناء الليف عليه.ونظرا لخفوت الشدة في نهاية الليف البصري الاطول فلذلك كانت الحاجة ماسة الى دوائر تحسس دقيقة. ان هذه الدوائر اللاكترونية قد اتممنا بنائها ومن ثم طورت وعيرت ليتم استخدامها لهذا الغرض.حيث ان الشدة الناتجة عند الانحناءات الى انصاف اقطار 3 ملم تصبح ضحلة جدا.لذلك فبواسطة التكبير الحاصل على مرحلتين تمت دراسة التوهين والانكسار الثنائي النمطي وانشطار النمط اولا. ان التاثير الظاهر هو نتيجة الجهد الذي يتوزع على معامل الانكسار الضوئي لقلب الليف نتيجة الانحناء. ولذلك يتم احتساب معامل الانكسار الفعلي لبعض الانحناءات المهمة.ان بعض القراءات الاساسية ثم بواسطة الحاسوب بعد شد نظام الطور الواحد اليه وبرمجته لاحتساب الشدة الادنى والاقصى ودرجة الاستقطاب. كما ان التغيرات التي تحصل تحت تاثير الانحناء يتم احتسابها تباعا.ولقد تم استخدام المجهر البصري والكاميرا الحرارية لتصوير تطور شكل الحزمة الضوئية الناتجة تحت تاثير الانحناءات المختلفة. - اما المرحلة الثانية لهذا العمل فهو يتعامل مع التحليل العددي لمعادلة شرودنجر اللاخطية NLSE وبطريقة فصل المتغيرات يتم تحويلها الى مصفوفة . وباستخدام طريقة رينج - كوتا العددية, فان هذه المعادلة تم برمجتها بلغة الMATLAB حيث يتم الاستفادة من مواصفات المصفوفة اعلاه. ان غاية العمل يتم بالاستفادة من العوامل التي تم احتسابها انفا.فلقد تم استخدامها كشروط اولية في انتشار السوليتون في ليف بصري احادى النمط في برنامج الحاسوب للتحليل العددي لنمط انتشار السوليتون. فان الطور النسبي لانطلاق النبضة وتاثير الزحف في الطور النسبي نتيجة الانحناء هما من الشروط التي يمكن التحكم بها. اما التغير المحتسب في معامل الانكسار الفعلي فانه يؤثر على المعامل اللاخطي الذي يتسبب في تشويه قطار نبضات السوليتون .لقد تمت دراسة ثاثير العوامل المذكورة اعلاه على كل من الشدة الناتجة مع المسافة المقطوعة وتاثير تواجد اكثر من سوليتون والحالة التي تنتج عن تفاعلها مع بعضها البعض. اظهرت النتائج التي حصلنا عليها ان السوليتون المتالق يعاني من انحلال في غطاء الشدة للمجموعة.كذلك فهو يتفاعل اسرع مع السوليتونات المتجاورة تحت تاثير الانحناءات الشديدة والتي قد تصل الى انصاف اقطار اقل من .003 متر.بينما لاتتاثر السوليتونات المعتمة بذلك.ومع ذلك فلا ينصح بها للارسال في الاتصالات, بسبب امكانية تحولها الى سوليتونات متالقة. كما هو الحال للسوليتونات من المراتب العليا وذلك بسبب انشطارها وانحلالها الى سوليتونات من مراتب اوطا. ان النتائج التي ظهرت تشجع الابحاث المستقبلية والعمل نحو قدرة الاستيعاب للانماط و(او) مزج اطوال موجية مختلفة في الارسال البصري بما يدعى الليف البصري احادى النمط.خلال الجزاين, فان العملي والنتائج العددية كانت متلائمة.كذلك يمكن مقارنتها بنتائج البحوث الحديثة. | Telecommunication based on optical fiber technology has become a major information - transmission duel, with high - bit rates and capacity. Soliton provides such signal transmission properties. Meanwhile, optical fibers encounter curved paths.This work deals with the bending effects on the transmission of such pulses. Bends deform the propagating path, induce birefringence, and produce relative phase shift. Consequently, they degenerate the envelope of the propagating pulse train shape. Therefore, this work is developed in two steps : - The first one is the experimental investigations for some relevant parameters as the attenuation resultant from the different bending curvatures of the fiber, and the resultant effects on the intensity of the received pulse. A comparative study between two fibers, identical in properties but of lengths 75 cm and 10 meters has been undertaken first. The birefringence is found at different curvatures.Because of the faint received intensity at the end of the curved long fiber, so sensitive electronic circuits were needed.Therefore electronic circuits are built, adapted and calibrated for this purpose. Attenuation, induced modal birefringence and modes splitting are treated first. The effect of the stress of bending on the optical refractive index distribution is numerically found for different bending radii of curvatures.Using a single interface stage, the related readings of the maximum, minimum and the degree of polarization is found for each curvature and recorded. Also an optical microscope and a CCd camera follow the changes produced by these curvatures. The intensity distribution of the received train of pulses at different bending is photographed. - The second step of this work deals with the numerical analysis of the nonlinear Schrodinger equation (NLSE). The equation is treated first by means of separation of variables. Then, using Runge - Kutta numerical method, NLSE is developed in MATLAB program. Where the matrix properties of the solution is mainly appropriate.The ultimate work makes benefit of the previous calculated parameters. They are used in the initial conditions of soliton propagation in the single mode optical fiber in computing program for the numerical analysis of the propagating soliton mode.The relative initial phase of the launched pulse and the effect of the relative phase shift induced by bending are the main governing factors here. Where the effective refractive index value is used to calculate the nonlinear damping coefficient that deform the soliton intensity envelope.This study is developed to treat also some effects of the propagating distance and the nonlinear coefficient on the neighboring interacting pulses.Results obtained in this work, showed that bright soliton experiences degeneracy in its packet intensity envelope. Also, it interacts faster with the neighboring solitons under severe bends of curvature radii less than .003m. Dark solitons don’t. Meanwhile they are not advised for optical communication transmission, for their possible transformation into bright ones. As well as higher order solitons because of their splitting into branches and disintegration to lower order solitons.These new results encourage the future researches and work toward mode capacity and/or mixing different wavelengths in optical transmission by so called single - mode optical fibers.Throughout all the two parts, the experimental and numerical results are in a good agreement. Also they are comparable with recent researches
