دراسة بعض التاثيرات اللاخطية في ليزرات الالياف == Studying Some of the Nonlinear Effects in Fiber Laser
Author name:
يونس محمد عطية الزاهي
Supervisor name:
قيس عبد الستار النعيمي | علي عبد داود الزكي
General topic:
Physics
Specific topic:
Laser Physics and Electro-optics
Degree:
Doctorate
University:
Mustansiriyah University - College Of Science
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
26T1991 - p.pdf
Abstract:
وضع نموذج رياضي لوصف تفاعل المجال الكهرومغناطيسي مع الايونات المشوبة لقلب الليف البصري باستخدام ميكانيك الكم. الموجات السلتونية(soliton wave ) الناتجة عن هذا التفاعل تكون ضمن مدى النبضات عالية القصر (ps )والليف المستخدم في دراستنا هو ليف الايربيوم( ( Er+3. الموجات السوليتونية تتشكل نتيجة التفاعل بين تشتت سرع المجموعة (GVD)واللاخطية .اشتقت معادلة شرودنكر اللاخطية لانتقال النبضة الليزرية داخل ليزرات الالياف ذي النمط المنفرد وعملية التكبير للنبضة الليزرية يمكن وصفها بواسطة معادلة شرودنكر اللاخطية والتي تضم تشبع الكسب والتشتت الليفي واللاخطية لليف كما وضع الباحث توضيح لعملية قفل النمط باستخدام تقنية التشبع بالامتصاص (SA mode - locking technique) وباستعمال هذه التقنية وضعت دراسة نظرية لتوليد السلتون باستعمال المرنان الحلقي.ثم استعمل حل يضم ( (Chirpingللحصول على الشروط اللازمة لتوليد السلتون الليزري داخل ليزرات الالياف مع تغير الطور الذاتي وقد تبين ان السلتون يستقر بعد 30 دورة بالنسبة الى قيم التشتت( (dispersion واللاخطية ((nonlinearity والكسب المستخدمة في هذه الدراسة. ومن التاثيرات اللاخطية التي درست هي تغير الطور الناتج عن تفاعل مجال نبضتين خلال انتقالهم في ليزرات الالياف (,(XPMاجرينا حلا لمعادلتين مرتبطة لا خطية تضم تغير الطور الذاتي وتشتت سرع المجموعةوتشتت الكسب والفرق الزمني بين السلتونين الذي يعد مهما جدا لمعرفة مسافة التفاعل بين السلتونين. قمنا بدرا سة تحليليه للتفاعل بين السلتونين حيث بينت النتائج عدم حصول تفاعل عندما تكون الفاصلة الزمنية بين السلتونين =4ps J خلال ال30 دورة.اللااستقرارية في ليزرات الالياف تم دراستها من خلال فحص مدى استقرارية الحل لاي اضطراب, اللاستقرارية تؤدي الى توليد نبضات اضافية على جانبي النبضة الرئيسية عند عملية تكبير النبضة.نتائجنا بينت ان الموجة المستمرة سوف تتحول الى نبضات عالية الشدة تعيد نفسها عند تردد يعتمد على تشتت الكسب واللاخطية.عند استعمال القدرات العالية في ليزرات الالياف فان الاستجابة الخطية سوف يقل تاثيرها على النبضة الليزرية.والتاثيرات اللاخطية سوف تظهر واحدى هذه التاثيرات ناتجة بسبب التاثرية الكهربائية من الرتبة الثالثة وتحدث عند استخدام قدرتين للضخ في الليف الليزري في هذا الجزء من الدراسة نلاحظ كيف ان الطاقة تنتقل من قدرات الضخ العالية الى موجة الاشارة. نتائجنا بينت ان استجابة الكسب تعتمد على قدرة الضخ وعلى محصلة الطور والكسب يزداد بزيادة اللاخطية ويصبح اعظم ما يمكن عند تساوي محصلة الطور الخطي ومحصلة الطور اللاخطي. | In our model, the electromagnetic field and the dopant atoms are described quantum mechanically. The resulting solitary waves take the form of ultra short (picoseconds) laser pulses which propagate through fiber doped with rare earth atoms such as Erbium; solitary wave formation involves the combined effects of group velocity dispersion (GVD), nonlinearity and resonant interaction with dopant atoms .We drive the nonlinear Schrödinger wave equation(NLSE)for single mode optical fiber laser. Pulse amplification is governed by a (NLSE) that includes gain saturation, gain dispersion, fiber dispersion, fiber nonlinearity and the detuning effects occurring when the carrier frequency of the input pulse does not coincide with gain peak.We present theoretical study of Saturable Absorption mode locking technique with self phase modulation (SPM) in a unidirectional ring cavity. The pulse propagation in fiber laser requires chirping, our results show the conditions which the fiber laser require to produce soliton pulses. The stability of the soliton takes place after 30 loops. The effect of cross phase modulation (XPM)on the evolution of co propagating ultra short pulses in an optical fiber laser is discussed theoretically by solving the coupled nonlinear Schrödinger equations which include the contribution of self phase modulation ,cross phase modulation ,group velocity dispersion and gain dispersion .The separation time between two neighboring solitons is important to determine how close two solitons can come without affecting each other .Interaction between two solitons has been studied analytically .Our result shows the initial separation time J=4 ps between two solitons is necessary to avoid soliton interaction for30 loops. The modulation instability in erbium doped fiber laser is studied through a stability analysis of the underlying nonlinear Schrödinger equation .Modulation instability generates multiple pulses when a single pulse is amplified .It can also create multiple sub pulses in mode locked fiber lasers Our results show continuous wave optical signal converted into a train of high repetition rate depend on the gain dispersion and nonlinearity. When a high power optical signal is launched into a fiber laser the linearity of the optical response is lost. One such nonlinearity effect, which is due to the third order electrical susceptibility is called four wave mixing (FWM) and occurs when two pump powers is lunched into a fiber laser. This work notes how to transfer energy from a strong pump wave to signal wave, our result shows the gain responsible (parametric gain) depends on the pump power and net phase mismatch and it is increasing with increasing the nonlinearity and the gain becomes maximum when the linear mismatching is equal to the nonlinear mismatching
