کانسی کاهش‌یافته(امواج استوکس) امواج آکوستیکی درون محیط را تقویت کند (Ramaswami and Sivarjan 2000, 166).
پراکندگی برانگیخته بریلوئن در سیستم‌های مخابرات نوری همدوس می‌تواند زیان‌آور هم باشد،به طوری که مجبوریم توان سیگنال را به کمتر از توان آستانه پراکندگی، که نوعاً چند میلی وات است،محدود کنیم (Hill et al 1987, 647-649). اما در بعضی از کاربردهای عملی نظیر ویژگی‌های فیبر نوری (Kashyap 1999,147)، اندازه‌گیری‌های توزیع دما (Knight et al 1996, 1547-1549: 21 )، اندازه‌گیری‌های توزیع کرنش (Broeng et al 1999, 305-330: 5)، اندازه‌گیری‌های توزیع تضعیف (Monro 1999, 1093-1102: 17)، تقویت پهنای باند کم(Koyamada 2004, 631-639: 24)، جا بجا کننده فرکانس (Headly and Agrawal 2005, 136 ) و تولید فرکانس میکرو موج (Yaman, Lin and Agrawal 2006, 7) پراکندگی برانگیخته بریلوئن مورد استفاده قرار می‌گیرد.علاوه بر این بزرگ‌ترین استفاده پراکندگی برانگیخته بریلوئن در زمینه لیزر فیبری بریلوئن است (Born and Wolf 1999, 126; Jenkins and White 2001, 189). در ضمن لیزر فیبری بریلوئن که نوعاً پهنای باریک چند هرتز دارد، به عنوان یک منبع نوری بسیار همدوس، کاربردهایی نظیر حسگرهای نوری و ژیروسکوپ نیز دارد (Boyd 2008, 122).
آنچه که ما معمولاً به آن به عنوان بازگشت نور مراجعه کنیم دقیقا به دلیل انتشار رایلی4 است؛ انتشار نور در میانه جایی که شاخص انکسار تصادفی است تنها براساس مقیاسی کمتر از طول موج نوری انتشار رایلی نامیده میشود (Born and Wolf 1999, 185). این انتشار همچنین به انتشار الاستیک معروف است و کاهش اساسی انتشار نور برای فرکانس نور انتشار یافته ثابت می باشد. به علاوه، فرکانس نور انتشار یافته به سمت پایین در طول انتشار نور غیرالاستیکی تغییر پیدا می کند مانند انتشار بریلوئین یا انتشار رامان در پدیده انتشار نور بریلوئین، یک ناحیه موج نوری فرعی توسط موجهای آکوستیک برانگیخته گرمایی در میانه انتشار داده میشود (Boyd 1992, 84). اولین تحقیقات تئوریکی انتشار نور بریلوئین توسط فونون های گرمایی (در رابطه با ارتعاش مولکولهای میانه توسط موج های آکوستیک) به وسیله ماندلستام5 در سال 1918 انجام شد (Fabelinskii 1968, 116; Landau, M. Lifshits and Pitaevskii 1984, 175)؛ اگرچه نوشته ماندلستام فقط در سال 1926 منتشر شد (Mandelstam 1926, 381). به طور مستقل، لئون بریلوئین6 انتشار نور از موجهای آکوستیک برانگیخته گرمایی را در سال 1922 پیش بینی کرد. بعدا، پیش بینی های بریلوئین توسط گرووس7 در مایعات و کریستال ها در سال 1930 مورد آزمایش قرار گرفت (Gross 1930, 400; Gross 1930, 685).
پراکندگی برانگیخته بریلوئین هنگامی رخ می دهد که تداخل بین نور پمپ و نور تغییر جهت داده به سمت پایین منتشر شده به سمت عقب (موج استوکس) موج های آکوستیک را تقویت کند (Jenkins and White 2001, 139). پراکندگی برانگیخته بریلوئین در سیستم های ارتباط نوری همسان می تواند مضر باشد به طوری که مجبوریم قدرت سیگنال را کمتر از آستانه پراکندگی برانگیخته بریلوئین نگه داریم که معمولا با میلی وات بسیار کم است (Boyd 1999, 128). با این وجود، برای چندین کاربرد عملی به طور سودمند مورد استفاده قرار گرفته اند مانند مشخص کردن فیبر نوری (Born and Wolf 1999, 132)، اندازه گیری های دمای توزیع شده (Boyd 1992, 89)، اندازه گیری های تغییر شکل توزیع شده (Fabelinskii 1968, 85-89)، اندازه گیریهای افت قدرت موج توزیع شده (Landau, Lifshits and Pitaevskii 1984, 84-89)، تغییر جهت دهنده فرکانس، آمپلی فایر پهنای باند ظریف(Mandelstam 1926, 381) و تولید فرکانس میکروو (Brillouin 1992, 88).
به علاوه، بیشترین علاقه به استفاده از پراکندگی برانگیخته بریلوئین در لیزرهای فیبر بریلوئین است (Gross 1930, 685; Agrawal 2001, 165 ). به دلیل منبع نور همسان در سطح بالا، لیزرهای فیبر بریلوئین برای کاربردهایی مانند سنسورهای نوری و ژریسکوپ ها به دلیل پهنای باند بسیار نازک آنها که می تواند با هرتز بسیار کم باشد مورد علاقه هستند(Ohashi, Shibata and Shiraki 1992, 900-902; Kurashima, Horiguchi and Tateda 1990, 1038 – 1040; Tateda et al 1990, 1272-1296 ).
1-3- لیزر فیبر بریلوئین – بررسی اجمالی
لیزر فیبر معمولاً به لیزری با فیبر نوری به عنوان میانه بدست آمده برمیگردد. در اکثر نمونهها، میانه بدست آمده یک فیبر ناخالص شده با یون های زمینی کمیاب مانند اربیوم8 ()، نئودیمیوم9 ()، ایتربیوم10 ()، تولیوم11 ()، یا پراسدیمیوم12 () پمپ شده دیودهای لیزر است که جهت تولید واسطه بدست آمده در این فیبرها به وجود می آید. اگرچه انواع مختلف ناخالصی ها مواد میزبان مختلف مانند سیلیکا و فلورا به خصوصیات مختلف سیستمهای لیزر را موجب میشوند، اربیوم در میزبان سیلیکا به طور وسیع مخصوصا در لیزرهای فیبر ناخالص شده با اربیوم مورد استفاده قرار می گیرد زیرا چنین لیزرهایی در نوار طول موج 1.55 میکرومتر برای بعضی کاربردها مفید هستند مانند ارتباط نوری، پدیده مافوق سریع و سنسورهای براساس فیبر.با این حال، لیزرهای فیبر بریلوئین میتوانند در هر طول موجی تولید شوند به همین دلیل آنها از بریلوئین غیر خطی بدست آمده در فیبر نوری مورد استفاده قرار می گیرند.
لیزرهای فیبر بریلوئین خصوصیات ویژهی بسیاری دارند که آنها را از لیزرهای استاندارد متفاوت می سازد . اول از همه، همسانی آن باید اساسا احتیاجات مختلف را در برداشته باشد بنابراین لیزرهای فیبر بریلوئین توسط دیگر لیزرها پمپ میشود که پمپهای بریلوئین13 با انتخاب طیفی پرتوافکنی نامیده می شود که در اینجا، مقدار کمی مهم تفاوت در لیزرهای فیبر بریلوئین و فرکانس های پمپ بیشتر از مقدار دقیق کامل آنها میباشد. به محض اینکه قدرت پمپ از قدرت آستانه پراکندگی برانگیخته بریلوئین تجاوز میکند، نوسان لیزرهای فیبر بریلوئین، توسط اضافه کردن بازخورد مناسب به سمت سیستم پراکندگی برانگیخته بریلوئین در شکل محفظه (خطی) یا محفظه حلقهای ایجاد می شود، که در فرکانس جدا شده از فرکانس پمپ های بریلوئین توسط به دلیل تاثیر دوپلر14 بر انتشار غیرالاستیک بازگشت به سمت عقب پمپ های بریلوئین به وسیله شبکه متحرک تولید شده از طریق پدیده الکتروستریکسیون، آغاز خواهد شد. در این نظریه، فیبر با حالت 25 کیلومتر تکی به عنوان میانه بدست آمده غیرخطی در دو ترکیب مورد استفاده قرار میگیرد که محفظه (خطی) و محفظه حلقهای هستند. فیبر طویل نسبی معمولاً جهت تولید لیزرهای فیبر بریلوئین به کار میرود که به حصول بریلوئین در رابطه با غیرخطی بودن فیبر استفاده می کند. به علاوه، فواصل اثر متقابل طولانی انتشار نور معمولاً نیاز به دست یابی ترکیب غیرخطی هرگونه فیبر طولانی مفید دارد بنابراین فرایند پراکندگی برانگیخته بریلوئین می تواند با مرحله (فاز) هماهنگ شود یا سیگنال پراکندگی برانگیخته بریلوئین به سطوح محسوس (قابل قبول) افزایش دهد.
محفظههای حلقهای معمولاً جهت دست یابی به لیزرهای فیبر بریلوئین به کار میروند. در محفظه حلقهای متداول در فیبرهای نوری، یک فیبر بین دو پورت متضاد پیوندی 2×2 ارتباط برقرار می کند و 3 پورت گرداننده نوری15 به پیوند در پورت 2 از گرداننده نوری اتصال داده می شود. سپس پمپ بریلوئین از طریق پورت های 1و2 از گرداننده نوری به سمت فیبر خارج می شوند. ایزولیترها شامل فعالیت گرداننده نوری جهت اطمینان از فعالیت یک سویه می باشند. به دلیل طبیعت پراکندگی برانگیخته بریلوئین ، نوسان لیزرهای فیبر بریلوئین در جهت مخالف نوسان پمپ بریلوئین در فیبر است. قسمتی از لیزرهای فیبر بریلوئین توسط پیوند به وجود آمده است و از طریق پورتهای 2و3 از گرداننده نوری به آنالیز کننده طیفی نوری16 ارسال می شود. با وجود این، محفظه حلقهای نیز می تواند بدون استفاده از پیوند ساخته شود و محفظه تمام فیبر با قدرت لیزرهای فیبر بریلوئین خروجی بالاتر را نتیجه می دهد. محفظه حلقهای در مقایسه با محفظه خطی به دلیل استفاده تنها یک پیوند و یک گرداننده نوری اتلاف پردشی دوسره کمتری دارد. یک محفظه خطی اساسا به دو آینه برای ورود و خروج و حصول میانه (فعال) نیاز دارد. در فیبرهای نوری، یک گرداننده نوری در پورت های 1و3 با یکدیگر ارتباط داده می شوند که می توانند محل آینه های مذکور به کار می روند و بنابراین یک فیبر نوری به عنوان میانه حصول شده بین هر دو پورت های 2 از دو گرداننده نوری پیوند زده میشود. در ترکیب خطی متداول، پیوند 2×2 بین پورتهای 2 از دو گرداننده نوری جهت تزریق لیزر اولیه و ایجاد طیف خروجی مورد استفاده قرار میگیرند. با این حال، همانطور که در این نطریهها نشان داده خواهد شد، ترکیب پیشنهادی ما می تواند کارائی بالاتر، خوش بینانه تر باشد. در ترکیب لیزرهای فیبر بریلوئین خطی دیگر، شبکه فیبر براگ17 به جای گرداننده نوری جهت مجبور کردن لیزر به عمل کردن در حالت طولی تکی، مورد استفاده قرار میگیرد.
1-4- هدف این فرضیهها
فرآیند فیزیکی پراکندگی برانگیخته بریلوئین به وسیله برهم کنش غیر خطی بین نور تابشی (موج پمپ) با نور پراکنده بریلوئین (موج استوکس) و موجی آکوستیکی است که در طی یک فرآیندی بنام الکترواستریکشن18 تولید میشود. همین که موج پراکنده بریلوئین بصورت خود به خودی تولید می شود با موج پمپ زنش ایجاد میکند و موج زنش با فرکانسی تولید میشود که دقیقا مساوی فرکانس موج آکوستیکی است. در نتیجه، این زنش به عنوان منبعی برای تقویت کردن دامنه موج آکوستیکی عمل می کند که بنوبه خود دامنه موج پراکند