WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

RS-триггер реализуется также и на основе двух ”скрещенных” устройств с функциями”НЕ”(рис. 5.6, б). Введ в систему ж енная есткая положительная обратная связь приводит к тому, что первый из элементов устойчиво находится во включ енном состоянии, если второй в выключенном, и наоборот.

По сравнению с предыдущей эта схема полностью симметрична, но требует более тщательной юстировки.

ОПИСАНИЕ ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ Рис. 5.7: Общий вид вирутальной лабораторной установки Работа начинается в данном окне (рис. 5.7). В окне Parameters вводятся параметры, характеризующие конфигурацию кольцевого оптического резонатора: коэффициент отражения зеркал (Reflection index), нелинейная константа среды (Alpha), длина волны излучения (Wavelength), длина нелинейной среды (Media length), начальная фаза волны (Initial phase). После введения этих параметров в левом верхнем окне вводится диапазон подаваемых на вход резонатора интенсивностей. Нажатием на кнопку Next появляется новое окно (рис. 5.8) В этом окне графически решается система уравнений. В ячейки System roots Тс1, Тс2, Тс3 необходимо ввести найденный из графиков коэффициент пропускания (Transmittance coefficient). После заполнения ячеек необходимо нажать кнопку Next, тем самым увеличить подаваемую на вход интенсивность на величину выбранного шага. Соответственно изменится наклон красной прямой, соответственно необходимо будет записать в ячейки System roots новые корни системы уравнений. Удобно также пользоваться курсором для более точного определения координаты Tc (Transmittance coefficient).

Курсор включается постановкой галочки на ячейку Cursor Enable, на графике появляется желтый курсор. Поставив его на место пересечения графиков в левой нижней ячейке Y coordinate появится искомое значение координаты с точностью до 4 знака.

Рис. 5.8: Второе окно вирутальной лабораторной установки б) а) Рис. 5.9: Возможные случаи взаиморасположения графиков Количество корней не всегда будет равно трем, поэтому:

Когда всего один корень ввести Тс1=Тс2=Тс При ситуации, когда имеются только 2 корня:

– В первом случае(рис. 5.9, а) вводить Тс1 и Тс2=Тс– Во втором случае(рис. 5.9, б) вводить Тс1=Тс2 и ТсПосле того, как будут промерены все точки, программа перейдет в первое окно, где по промеренным точкам будет построен график гистерезисной зависимости интенсивности на выходе резонатора от интенсивности на входе(рис.

5.11).

Во второй части работы необходимо по полученной гистерезисной зависимости построить логические элементы. Сигнал подсветки i0 и пороговый сигнал переключения i программа сама выводит из полученной зависимости и отображает в соответствующий ячейках. Необходимо подобрать из графика такие значения информационных сигналов (это подаваемые на вход резонатора интенсивности i1 и i2), чтобы элемент работал как логическое”ИЛИ”,”И”,”НЕТ”,”ДА”.

Галочки рядом с ячейками i1 и i2 означают, что интенсивность подается на прибор или не подается. Наличие сигнала на выходе системы отображается красной лампочкой. Если на выходе логическая единица — лампочка горит, если логический нуль — не горит. Так, например, при правильно подобранной интенсивности на сигнале переключения наличие сигнала на входе при изначальном состоянии логического нуля ведет к Рис. 5.10: Пример работы логипереключению системы в состояние логической ческого элементаНЕ единицы, снятие сигнала переключения возвращает систему в состояние логического нуля (что и есть элемент”НЕ”). Рис.

5.10.

Рис. 5.11: Получаемая из построения петля гистерезиса ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Получить конфигурацию оптического резонатора: r — коэффициент отражения зеркал, L — длина нелинейной среды, — длина волны, — константа среды, также полезно менять начальную фазу 0 (менять параметры удобно для получения в конечном итоге оптимального графического отображения системы уравнений, описывающей коэффициент пропускания Tc).

2. Меняя значения входной интенсивности Iвх с определенным шагом построить график петли гистерезиса. В новом окне найти графически корни системы уравнений. Для большей точности нахождения корней удобно использовать курсор на графике(включается галочкой Cursor Enable).

3. Пользуясь полученным графиком в качестве примера, построить элементарные логические функции”AND”,”OR”,”NOT”. При введении корректных значений информационных сигналов зависимость интенсивности на выходе системы от интенсивности на входе будет описываться данными логическими функциями.

4. Из анализа значений интенсивности i0, i1, i2, i сделайте вывод о зависимости работы логических переключателей от вида гистерезисной петли и соответственно о зависимости вида петли от параметров на входе в резонатор.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ Подготовьте отчет в соответствии с ходом работы. Рассуждения об определении оптимальных параметров оптического резонатора для получения бистабильности сопровождайте графическими зависимостями. Представьте полученный график гистерезисной зависимости интенсивности света на выходе резонатора от интенсивности на входе. Получите логические элементы, работающие на основе полученного гистерезиса. Дайте развернутые ответы на контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Почему для случая бистабильности имеется только два стабильных состояния системы, а третье состояние является нестабильным 2. Что необходимо для получения многозначности нелинейного пропускания 3. Какие еще оптические схемы используются для получения оптической бистабильности 4. Какие еще существуют виды бистабильности кроме амплитудной и в чем их особенности 5. Какие еще существуют типы оптической нелинейности и как в них наводится бистабильность 6. Какие существуют проблемы и физические пределы, появляющиеся на пути разработки оптического транзистора с параметрами, пригодными для его применения в оптических системах обработки информации Примечание: На вышепоставленные вопросы необходимо ответить. Ответы изложить в отчете, стараясь избегать похожести на отчет соседа. В отчете старайтесь не быть голословными и подтверждать свои ответы комментариями и иллюстрациями, сделанными в ходе лабораторной работы.

ЛИТЕРАТУРА 1. Розанов Н.Н. Оптическая бистабильность и гистерезис в распределенных нелинейных системах. М.: Наука, Физматлит, 1997.

2. Новые физические принципы оптической обработки информации: Сб.

статей // С.А. Ахманов, Н.Н. Ахмедиев, А.В. Белинский и др. Под ред.

С.А. Ахманова и М.А. Воронцова. М.: Наука. Гл. рд. физ.-мат. лит., 1990.

(Пробл. науки и техн. прогресса). С. 83.

3. Гиббс Х. Оптическая бистабильность. Управление светом с помощью света // Пер. с англ. М.: Мир, 1988.

4. В.С. Днепровский Оптическая бистабильность и проблема создания оптического транзистора. Соросовский образовательный журнал, №11, 6 Лабораторная работа №ГЕНЕРАЦИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО СУПЕРКОНТИНУУМА Цель работы: Изучить явления генерации спектрального суперконтинуума при распространении фемтосекундных импульсов из малого числа колебаний в нелинейной диэлектрической среде с нормальной групповой дисперсией и безынерционной электронной кубической нелинейностью.

Объект исследования: процесс генерации спектрального суперконтинуума Задачи, решаемые в работе:

1. Определение длины отрезка волокна, в котором распространяется излучение, необходимой для генерации спектрального суперконтинуума в зависимости от пиковой интенсивности, начальной длительности импульса и его начального профиля.

2. Расчет зависимости длительности сверхуширенных импульсов, прошедших оптическое волокно, в зависимости от начальной длительности, интенсивности, профиля входного импульса и длины отрезка волокна.

3. Расчет зависимости ширины образовавшегося спектрального суперконтинуума в зависимости от начальной длительности, интенсивности, профиля входного импульса и длины отрезка волокна.

СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ Распространение фемтосекундного излучения в оптических средах без разрушения вещества (по крайней мере, за сверхкороткую длительность светового импульса) оказалось возможным при больших интенсивностях, чем для более длительных импульсов. Это позволило для фемтосекундных импульсов практически во всех прозрачных средах наблюдать такой сильный нелинейный эффект, как сверхуширение спектра излучения, когда его ширина становится соизмеримой с центральной частотой 0, т.е. справедлива оценка 0. Такое излучение со сверхуширенным спектром называют также спектральным суперконтинуумом, в экспериментах его спектр может занимать всю видимую и часть инфракрасной области.

Фемтосекундному спектральному суперконтинууму, генерируемому в области аномальной групповой дисперсии диэлектрических сред, обычно соответствует сложная временная структура светового импульса, возникающая в результате обрушения ударных волн, содержащая солитоны и т.п. При распространении лазерного импульса в области нормальной групповой дисперсии диэлектрика сверхуширение спектра можно получить за сч обычной, ет но очень сильной, фазовой самомодуляции. Более подробно основы этого явления изложены в источниках, указанных в списке литературы, например, в [3].

Распространение интенсивного светового импульса в волноведущей диэлектрической среде с нормальной групповой дисперсией и безынерционной кубической нелинейностью, спектр которого в процессе своей эволюции находится в области прозрачности среды, может быть описано следующим уравнением:

t E N0 E 3E E + - a + b Edt + gE2 = 0 (6.1) z c t t3 t здесь E — электрическое поле светового импульса, z — пространственная координата, вдоль которой распространяется импульс, t — время, c — скорость света в вакууме, параметры N0, a и b описывают линейный показатель преломления среды и его дисперсию:

n0 () = N0 + ac2 - bc-2 (6.2) параметр g = 2n2/c характеризует безынерционную нелинейность поляризационного отклика среды, n2 — нелинейный показатель преломления.

Уравнение (6.1) описывает генерацию спектрального суперконтинуума при высоких значениях интенсивности в области прозрачности среды. Для изучения вклада фазовой самомодуляции в процесс сверхуширения спектра следует ограничиться значением максимальной интенсивностью, равным 3 Вт/см2.

Например, для распространенного в лазерной технике кварцевого стекла зависимость (6.2) при N0 = 1.45, a = 2.7401 10-44 c3/см, b = 3.1017 c-1см-1 описывает дисперсию линейного показателя преломления стекла с точностью до третьего знака после запятой в диапазоне от 550 до 1100 нм.

На рис. 6.1 приведены типичные результаты численного моделирования по уравнению (6.1) изменения временной и спектральной структуры 12-фемтосекундного импульса титан-сапфирового лазера с исходной центральной длиной волны 780 нм, входной длительностью и интенсивностью I = 31013 Вт/смпри его распространении в одномодовом кварцевом волокне из кварцевого стекла.

Рис. 6.1: Спектр и временная структура излучения спектрального суперконтинуума на выходе из нелинейной среды в кварцевом волокне в области его нормальной групповой дисперсии Из рис 6.1 видно, что временное расплывание импульса в нелинейном волокне сопровождается сильным несимметричным уширением его спектра:

максимум спектральной плотности смещается в низкочастотную область спектра, а большая часть спектра в высокочастотную.

Рис. 6.2: Внешний вид трехкоординатной подвижки для ввода лазерного излучения в волокно На практике для ввода лазерного излучения в оптическое волокно используются чувствительные подвижки (см. рис. 6.2), обладающие возможностью юстировки по трем координатам. Процесс юстировки аналогичен процессу юстировки микрообъектива и точечной диафрагмы, используемой в голографии для низкочастотной фильтрации излучения на стр. 133-135 книги [7].

Луч лазера с помощью микрообъектива фокусируется на торец волокна. Из теории следует, что эффективность генерации спектрального суперконтинуума зависит от плотности энергии, зависящей от микрообъектива с различным коэффициентом увеличения.

ОПИСАНИЕ ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ В данной работе вам предлагается изучить явление генерации спектрального суперконтинуума при распространении фемтосекундных световых импульсов из малого числа (5-15) колебаний в волноведущей диэлектрической среде на примере волокон из разных материалов.

Входные параметры светового импульса, которые могут быть изменены, расположены во вкладке Initial parameters:

1. Pulse duration, fs — начальная длительность импулься в фс 2. Intensity — пиковая интенсивность в 1013 Вт/см3. Central wavelength,nm — центральная длина волны излучения в нм 4. SuperGauss order — форма импульса (m = 1 — гауссовый импульс, m = 2, 3... 5 — супергауссов) 5. Fiber length, mm — длина среды в мм, в которой будет происходить генерация В первой части лабораторной работы необходимо выбрать материал волноведущей среды, дисперсию которой вы должны будете аппроксимировать для нахождения дисперсионного параметра a в выражении (6.2), используемого в расчетах программы.

Дисперсии материалов исследуемых сред вы можете взять, например, на сайтеwww.refractiveindex.info. Здесь следует выбрать в колонке Group тип Glasses. В разделе Material Popular optical glasses можно выбрать любой оптический материал. В некоторых случаях может появиться подменю Option, где можно выбрать дополнительные среды. Если в поле Рис. 6.3: Интерфейс первой части лабораторной работы Wavelength ввести значения длин волн, соответствующих выбранному вами графику дисперсии, то после нажатия кнопкиEnterпользователю будут выданы точные значения показателей преломления сред. Материал среды определяется преподавателем индивидуально. Параметры дисперсии материалов также можно взять из других источников с обязательным указанием ссылки в отчете! Интерфейс программы данной части показан на рис. 6.3.

Для получения физического решения следует обратить внимание на структуру записи текстового файла дисперсии: левый столбец — длины волн в микронах (брать в таком же формате как на сайтеwww.refractiveindex.info), а правый столбец — показатели преломления. Целую часть отделять от дробной только запятыми. Столбцы должны быть разделены знаком табуляции.

При правильных действиях полученный параметр будет виден в соответствующем окне главной программы.

Во второй части лабораторной работы необходимо измерить длительность и ширину спектра излучения спектрального суперконтинуума. Оценки длительностей и спектральных ширин следует выполнять по уровню FWHM (Full Width at Half Maximum). Для удобства измерений следует не забывать о возможности изменения значений осей на полученных графиках (это можно сделать щелчком левой кнопки мыши на крайних значениях графика, или используя элементы управления графиком, расположенные на красной панели в правом нижнем углу каждого графика. Нажатием правой кнопки мыши на график и выбрав пунктexport simplified image, можно сохранить график в виде изображения, см. рис. 6.4).

Рис. 6.4: Интерфейс второй части лабораторной работы Установка маркера напротив надписи Write to file позволяет записать массивы, по которым строятся графики на рис. 6.4, в текстовый файл. Программа создаст текстовый файл с именемResult(t; A; 0; m; z).txt, где t — Pulse duration, A — Amplitude, 0 — Central wavelength, m — SuperGauss order, z — Fiber length. Порядок данных внутри текстового файла следующий:

1-3 столбцы — время, амплитуда входного и выходного импульсов 4-6 столбцы — длина волны и спектральные плотности на входе и выходе из волокна.

Данная опция позволяет выполнять любую дальнейшую обработку данных, например, для точной оценки длительности импульса.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Создайте текстовый файл в блокноте с дисперсией среды. Для повышения точности аппроксимации необходимо взять не менее 20 значений! 2. Для выбора вашего сохран енного файла с дисперсией материала нажмите кнопку Fit dispersion. Убедитесь, что число точек в файле дисперсии достаточно для правильной аппроксимации. Нажать на кнопку Copy parameter.

3. Во вкладке Initial parameters задайте параметры входного импульса.

После нажатия на кнопку Calculation будет получен импульс и соответствующий ему спектр на входе и выходе среды во вкладках Pulse и Spectrum соответственно. Для изучения вклада фазовой самомодуляции в процесс сверхуширения спектра излучения следует ограничиться значением максимальной интенсивности, равной 3 1013Вт/см2.

4. Определите минимальную длину отрезка волокна, а также минимальную интенсивность входного излучения, необходимые для генерации спектрального суперконтинуума при выбранных остальных начальных параметрах импульса. Приведите значение ширины спектра(в нм) соответствующего суперконтинуума, а также спектра входного излучения.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |






















© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.