1.3 Рамановское рассеяние в волоконных световодах
Стимулированное рамановское рассеяние (от англ. SRS – Stimulated Raman Scattering) представляет собой значительно меньшую проблему в сравнении со стимулированным Бриллюэновским рассеянием (SBS). Реальные ВОЛП допускают использование оптического усилителя с уровнем порядка 25 дБм или нескольких усилителей с меньшим уровнем выходного сигнала.
SRS по своему характеру проявления близко к SBS, но вызывается другими физическими явлениями. SRS является частотно зависимым и проявляется более выражено на коротких волнах в сравнении с длинноволновыми (т.е. на более высоких частотах).
Явления SBS и SRS проявляются в том, что оптический сигнал рассеивается и смещается в область более длинных волн (рис.1.6) [9].
Рис. 1.6. Сравнение SBS и SRS
Если при SBS спектр стимулированного излучения узкий (не более 60 МГц) и смещен в длинноволновую сторону на 10…11 ГГц, то при SRS спектр стимулированного излучения широкий (~7 ТГц) и смещен в длинноволновую сторону на величину порядка 10…13 ТГц. При схожести SBS и SRS, можно выделить несколько существенных отличий:
SBS наблюдается только для встречной волны, рассеяние происходит только назад, по направлению к источнику сигнала. SRS же наблюдается как для встречных волн (стоксово излучение с уровнем порядка – 50…– 60 дБ относительно интенсивности исходного излучения), так и для сонаправленных волн (антистоксово излучение с уровнем порядка – 70…– 80 дБ относительно основной волны). Стоксовая и антистоксовая волны располагаются частотно симметрично относительно основной передаваемой частоты излучения.
При SRS спектр стимулированного излучения смещен относительно сильнее (разница примерно на три порядка), а ширина его намного больше (примерно на три порядка), чем при SBS.
Пороговая мощность SRS намного больше (примерно на три порядка), чем SBS.
С другой стороны эквивалентное импульсному синтезированное зондирование волокна приводит к возможности измерения температурных полей, которое характерно для измерительных волоконных систем, либо определению условий залегания ВС, например, под водой при размыве грунта.
Комбинационное рассеяние происходит при взаимодействии света с молекулами вещества, сопровождающимся переходами молекул из одного энергетического состояния в другое. При этом электронное состояние молекулы остается неизменным, лишь энергия ее колебаний увеличивается либо уменьшается на величину, равную разности энергий соседних колебательных уровней Екол. Если частота падающего света равнялась 0 , то в спектре рассеянного света наряду с линией при 0 появляются симметрично расположенные линии при частотах
СТ =0 – кол, (1.10)
АСТ=0 + кол. (1.11)
где кол Екол, СТ и АСТ – частоты соответственно стоксовской и анти-стоксовской линий (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Схематическое изображение спектра
рассеянного света
Анти-стоксовская линия всегда имеет меньшую интенсивность. Поэтому отношение интенсивностей двух линий комбинационного рассеяния зависит от температуры вещества
.
(1.12)
После окончания процедуры рефлектометрического измерения, с помощью специального программного обеспечения рассчитывают отношение интенсивностей стоксовской и антистоксовской линий спектра рассеяния и, используя (1.12), находят распределение температуры по длине волокна.