توليد نور ابرپايستار با پهناي وسيع در ناحيۀ مادون قرمز در تار ويندميل تك كريستال سافاير تك مد

Broadband IR Suprcontinuum Generation in Single-Mode Windmill Single Crystal Sapphire Fiber

امروزه، منابع نور ابرپايستار كاربردهاي متنوعي در تكنولوژي و پزشكي به ­دست آورده­اند به ­ويژه هنگامي ­كه اين منابع شامل ناحيۀ مادون قرمز از طيف الكترومغناطيس باشند. معمولاً اين منابع براي تشخيص سرطان، بهبود زخم ­ها، سوزاندن بافت ­ها، تحريك عصبي براي درمان و بهبود برخي از بيماري­ها مورد استفاده قرار مي­گيرند. رﻓﺘﺎر ﻏﯿﺮﺧﻄﯽ در برهمكنش نور با ماده، فيزيك حاكم بر منابع نوري ابرپايستار را توصيف مي­ كنند. به­ طور كلي تقريباً تمام مواد قابليت بروز رفتار غيرخطي را دارند. اما شدت ميدان الكترومغناطيسي عبوري از آن­ها بايد به اندازۀ كافي بالا باشد. البته اين شدت براي هر ماده متغير است. بنابراين مبناي نظري فرآيندهايي كه در توليد طيف ابرپايستار حضور دارند، با اپتيك غيرخطي بيان مي­شود. روش بررسي: برهم كنش پالس ليزر با دي­الكتريك (ماده) به ­ويژه پالس ­هايي كه فوق كوتاه هستند و توان بالايي دارند، باعث مي­شود خواص غيرخطي و پاسخ تأخيري­ دي­ الكتريك (ماده) بروز پيدا كنند. طيف ابرپايستار كه از برهمكنش پديده­ هاي غيرخطي و پاشنده ايجاد شده است با معادلۀ شرودينگر غيرخطي تعميم ­يافته توصيف مي­شود. در اين مقاله فرآيند توليد نور ابرپايستار در تار ويندميل تك كريستال سافاير تك مد هنگامي­ كه پالس ليزر با توان قلۀ بالا به آن وارد مي­شود، مورد بررسي قرار مي ­گيرد. با استفاده از معادلات ماكسول در نظريۀ كلاسيكي امواج الكترومغناطيسي، معادلۀ غيرخطي شرودينگر تعميم ­يافته به­ دست مي­ آيد. براي بررسي فرآيند توليد نور ابرپايستار توسط تار ويندميل تك كريستال سافاير تك مد، اين معادله كه فرآيند توليد ابرپايستار را توضيح مي­دهد به ­صورت عددي با الگوريتم رونگ- كوتاي مرتبۀ چهارم حل مي­شود. يافته­ ها: طيف ابرپايستار خروجي براي طول 5 و20 سانتي­متر از تار ويندميل تك كريستال سافاير تك مد شبيه­ سازي­ شده و نتايج نشان مي­دهند كه طيف نور ابرپايستار توليد­شده در مقايسه با يك مورد مشابه براي تار معمولي تك كريستال سافاير تا دو برابر مي­شود. ضمناً طيف خروجي ايجاد­شده شامل شانهه اي فركانسي نزديك به­ هم در محدودۀ وسيعي مي­باشد. نتايج نشان مي­دهند كه طيف ابرپايستار ايجاد­ شده به­ طور كامل ناحيۀ مادون قرمز نزديك را پوشش مي­دهد و بخشي از ناحيۀ مرئي و ناحيۀ مادون قرمز مياني را در­بر­مي­گيرد. همچنين نشان داده شده است كه طول تار نوري بر طيف ابرپايستار توليد شده مؤثر است. بحث: با توجه به پالس ليزر و پارامترهاي مشخصۀ­ تار ويندميل، در اين مقاله اساس كار براي شبيه­سازي توليد طيف نور ابرپايستار در اين تار حل عددي معادلۀ غيرخطي شرودينگر تعميم­ يافته بود. در حل عددي هر معادلۀ ديفرانسيل بايد الگوريتمي انتخاب شود كه جواب به­ دست­ آمده پايدار، دقيق و همگرا باشد. نشان داده شد كه الگوريتم رونگ- كوتاي مرتبۀ چهار براي حل معادلۀ غيرخطي شرودينگر تعميم ­يافته مناسب است. با استفاده از اين الگوريتم، طيف خروجي از تار ويندميل براي دو طول منتخب شبيه­ سازي شد. همچنين نتايج به­ دست ­آمده براي تار ويندميل با نتايجي كه براي تار نوري معمولي وجود دارد، مقايسه گرديد. نتيجه­ گيري: نشان داده شد كه طيف ابرپايستار شبيه­ سازي­ شده در اين تحقيق، به ­دليل هندسۀ خاص و ويژگي­ هاي اپتيكي تار ويندميل تك كريستال سافاير داراي پهناي فركانسي بسيار گسترده به ­ويژه در ناحيۀ مادون قرمز است. با استفاده از فيلترهاي مناسب مي­ توان فركانس مورد نياز را از ديگر فركانس ­ها براي كاربردهاي مختلف جداسازي كرد. در­حالي­كه از يك ليزر استفاده مي­شود گسترۀ وسيعي از فركانس ­ها در اختيار كاربران قرار مي­گيرد. بنابراين اين منبع نور مادون قرمز برخي از درمان­ هاي پزشكي و همچنين طيف­نگاري در ناحيۀ مادون قرمز را تسهيل مي ­كند و شانه­ هاي فركانسي ايجاد­شده در آن اندازه ­گيري فركانس نوري در محدودۀ مادون قرمز را توسعه مي ­دهد.

This article has no abstract.