Бриллюэнді рефлектометрия әдісі

Кері толқын релей жарық шашырауына негізделген, спектрінде жиілігі бойынша ығыстырылмаған компоненттен басқа талшықта, сонымен қатар бриллюэновты және рамановты шағылысу жарығынан туындайтын спектралды компонеттер де болады (4.11 сурет). Бұл компонентттердің пайда болуын келесідей түсіндіруге болады. Релей шашырауында беті қатырылған сыну көрсеткішінің флуктуация талшықтарында жарық шашырайды, сондықтан шашыраған жарық жиілігі өзгермейді. Бриллюэнді және рамановты шашырауда шашыраған жарық жиілігі өзгереді, себебі шашырау сыну көрсеткішінің флуктуация талшықтарында айнымалыларда жүреді (орта тығыздығы жылу тербелістері мен молекулаішілік тербелістермен туады).

4.11 -сурет. Талшықта шашыраған жарықтың спектрі (fБ ~ 10...11 ГГц, fp ~ 13 ТГц)

Әлі күнге дейін біз тек қана релей жарық шашырауын ғана қарастырып келдік, себебі 25…30 дБм аз жарық импульсының қуаттылығында ол кері толқын қуатында негізгі үлес береді. Салыстыру ретінде, кездейсоқ бриллюэнов шашырау коэффициенті αБ ≅ 0.03/λ⁴ релей шашырау коэффициентінен αР ≅ 0.75/ λ⁴ болжаммен 14дБ аз мәнді көрсетеді, мұндағы λ – сәулелену толқынының ұзындығы [мкм]. Дегенмен кездейсоқ бриллюэн жарық шашырауына(SPBS – Spontaneous Brillouin Scattering) негізделген әлсіздеу спектралды компоненттер оптикалық фильтр көмегімен белгілене алады, себебі олар жиілікте жеткілікті алшақ таратылған. Бұл компоненттер құру үшін қолдана алатын болғасын қызықты болып табылады.

4.12 сурет. Талшықта шағылысу қуаты мен шығыстағы қуат арасындағы тәуелділік

4.12 суретте көріліп тұрғандай, шекті мәнге жеткенде (үздіксіз толтыруда ~5 дБм) шағылысу қуатынан толтыру қуатының тәуелділігі сызықты емес болады. Толтырудың шекті қуатында SBS шағылысуға үлесі релей шашырауымен салыстыруға болады. Көрініп тұрғандай, толтыру қуатын бірнеше есе өсіргенде, қуаттың барлығымен дерлік талшықтан шағылысады.

Акустикалық толқыны бар жарық толқынының әрекеттесуінің тиімді ұзындығын азайту арқылы қуаттың шекті өлшемін өсіруге болады. Жалғыз импульс үшін бұл тиімді ұзындық импульс ұзындығының жартысына тең:

Мұндағы τ – импульс ұзақтығы, n = 1.5– талшықтың топты сыну көрсеткіші. τ = 1 мкс әдеттегі мәні үшін Lэ = Lи = 0.1 км аламыз, бұл сәулелену көзінің тарсызығы үшін әрекеттесудің тиімді ұзындық мәнінен (Lэ = 20 км) екі еседей аз болады. Яғни оптикалық импульсті рефлактометрде шекті қуат өлшемі шамамен 300 мВт (23 дБм) дейін өседі. Бриллюэнді жарық шашырауымен сипатталатын спектралды компоненттер тәжірибеде қолдану қасиетіне ие, олардың жиілігі талшықтың керілуіне (ε салыстырмалы ұзындыққа) пропорциональ өлшемге жылжыған:

Мұндағы f_Б0 – талшықтың керілуі болмағанда жиіліктің жылжуы. Жарық шашырау жиілігінің жылжу өлшемін қарастырайық. Орта тығыздығының жылу тербелістерін ортада барлық бағытқа және барлық мүмкін жиіліктерге ие серпімді толқындардың жиынтығы ретінде қарастыруға болады. Әрбір жазық дыбысты толқын дифракциялы тор тәрізді, себебі тығыздыңы жоғары аймақтарда ортаның сыну көрсеткіші ажырау орындарына қарағанда жоғарырақ болады (4.13 сурет).

4.13 сурет. Талшықтағы дыбысты толқында жарықтың шашырау схемасы

Ұзындығы λ болатын жарық толқыны үшін сәйкес периоды бар тор табылады, ол кері бағытта жарықтың максималды шағылысуын қамтамасыз етеді. Дыбысты толқынға сәйкес келетін ұзындық Брэгг-Вульф жағдаймен анықталады: Λ = λ/2. Бриллюэнді шашырау талшығында тек қана артқы (толтыру мен шашыраған толқын арасындағы тіке бағыттағы жиілік жылжу нөлге тең.