2014非线性光学06受激拉曼散射与受激布里渊散射a概述.ppt

*/37 受激布里渊散射是光波受相干弹性声波或声学支声子的相干散射。它也分为 Stokes 布里渊 (SBS) 和 Anti-Stokes 布里渊 (ASBS), 入射光子在介质中产生 SBS光子和ASBS光子, 二者同时存在。由于声波频率 要低于分子振动的频率 。因此,SBS光子和ASBS更靠近激发光频率, 有较小的频移量 (相对于RS)。 介质内的声波场可由泵浦光场产生： 电致伸缩效应：在外加电场的作用下，材料将被压缩。这是由于介质内的带电质点在外加电场的作用下将离开平衡位置而移向场强增加的区域。这一个力称之为电致伸缩力。 光学吸收：高光强区域内介质对光的吸收，导致这一区域内的介质膨胀，引起介质密度发生变化激发声波。 2、受激布里渊散射 */37 受激BS是声波场 、泵浦光场 和散射光场 相互耦合作用的结果。三个波之间满足能量和动量守恒 受激 Brillouin 散射与受激 Raman 散射一样具有明显的方向性和阈值性。由于声子的传输方向是任意的，因此在各个方向都存在散射光。但只有与同方向或反方向的散射光，才经历最长的散射路程，因而是最强的散射过程。其它方向上的散射可以忽略不计，这也就是受激Brillouin 散射的方向性。 3、受激布里渊散射的物理过程 根据布里渊散射斯托克斯光动量匹配关系，确定布里渊频移。声波波矢 与 间的关系为 ， 是介质中的声速。因为声速比光速要小几个数量级，可认为 ， 和 相等。 */37 当 时， ， 。表明实际上前向的受激布里渊散射不会发生。 当 时， 取最大值， ，后向布里渊散射有最大频移。测出后向布里渊散射频移 ，可计算声速。 四、受激布里渊散射经典理论描述 1、介质极化以及声波场的产生 光电场引起介质的电致伸缩效应用电致伸缩系数 描述 光场通过介质密度 变化引起介质介电系数 变化，电场的能量密度 也发生变化。 */37 场能密度的变化等于静电压强 压缩材料单位体积所作的功， 静电致伸缩压力 负号表示在高光电场区域压强减小，该处的介质得到压缩。定义压缩率C （单位压力下的密度变化率） 密度变化为 由此导致的介电常数的变化为 介电常数的变化即等于极化率的变化 */37 因此由电场导致电致伸缩引起的三阶非线性极化强度 极化强度与介电常数的关系 介质密度的变化导致一个声波场的建立 介质的密度变化满足如下声波方程 其中 为声波的阻尼因子， 为驱动力， 是声速。 单位体积内的驱动力为 */37 介质内的光场为 得到驱动力的散度为 将上式代入到声波方程，且假设声波满足慢变包络近似， 方程中 是布里渊线宽， 是声子的寿命， 是布里渊频率， ， 是声波频率。 方程最后一项描述声子的传输，实际上由于很强的阻尼，声子的传播距离很短，可把含 的那项忽略掉。考虑稳态情况，还可令含 的项为零，则可得到声波振幅为 受激布里渊散射可以描述为泵浦光波、Stokes 散射波与声波的耦合，而声波体现在介质密度的变化。 */37 2、耦合波方程 泵浦光和 Stokes 散射光的非线性极化强度分别为： 设 和 ，可以得到一对耦合的振幅方程： */37 场振幅和光强的关系 和 ，耦合波方程可写成 其中 是布里渊散射的增益因子。它近似表达为（令 谱线中心增益因子 假设强泵浦光近似，得到反向受激布里渊散射波光强变化为 斯托克斯布里渊波是反向指数增长的。 */37 作业 1．作图说明拉曼散射与布里渊散射的基本原理。受激散射与普通散射有何不同特点？ 2．用经典的分子受迫振动理论，推导受激拉曼斯托克斯散射的三阶极化率公式和增益系数的公式。说明在此过程中受激拉曼斯托克斯光是放大的。 3．如何获得较强的反斯托克斯散射？给出实验光路，说明实验原理。 4. 如何用布里渊散射测量声波的速度？给出实验光路图，说明各物理量是如何测量的。 * 第6章 受激拉曼散射与 受激布里渊散射 一、受激散射的基本物理过程 二、SRS的经典理论 三、SBS的经典理论 */37 一、受激散射的基本光物理过程 1、光散射的定义 一束光通过介质时，其中一部分光偏离主要传输方向，这种现象称为光散射。散射光在强度、方向、偏振态，甚至频率都与入射光有所不同。光散射现象最早是Richter在1802年观察到的。 */37 2、光散射的起源