2014非线性光学06受激拉曼散射与受激布里渊散射a详解.pptVIP

*/37三、受激布里渊散射1.布里渊散射1922年,Brillouin研究了光被热激发声波散射的现象。即入射到介质的光波场与介质内的弹性声波发生相互作用而产生的一种光的散射现象。由于光学介质内大量质点的统计热运动会产生弹性声波,它会引起介质密度随时间和空间的周期性变化。因此,声振动介质可以看成是一个运动着的光栅。这样,当一束频率为的光通过光学介质时,会受到光栅的“衍射作用”,产生频率为的散射光(为弹性声波的频率)。在Brillouin散射中声波的作用类似于Raman散射分子振动的作用。*/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*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。*/372.光散射的起源光散射是由介质的光学特性起伏引起的，或者说介质的光学不均匀性，或折射率的不均匀性所引起的。引起介质的光学非均匀性的主要原因有:a.熵起伏。包括原子、分子空间分布的随机起伏，例如大气中空气分子的随机起伏；b.各向异性分子的取向起伏；c.分子振动；d.声波场。*/373.光散射的分类瑞利散射（Rayleigh）:起因于原子、分子空间分布的随机起伏，散射中心的尺度远小于波长，其强度与入射光波长的关系为，散射光的频率与入射光相同，属于弹性散射。瑞利翼散射(Rayleighwing):起因于各向异性分子的取向起伏；是一种非弹性散射，散射光的光谱向入射光波长的一侧连续展宽。拉曼散射(Raman):由介质内部原子、分子的振动或转动所引起。是一种非弹性散射，散射光频率与入射光的频率不同，频移量较大，相应于振动能级差。散射光频率下移者，称为Stokes散射光；散射光频率上移者，称为Anti-Stokes散射光。*/37布里渊散射(Brillouin):介质密度（折射率）随时间周期性起伏形成的声波（或声子）所引起的。这是一种非弹性散射，散射光的频移量较小，相应于声子能量。也有Stokes和Anti-Stokes散射光。自发辐射光散射因入射光较弱,入射光并不改变介质的光学特性,散射光是非相干的。强激光（相干光）的作用下所产生的受激散射,如受激拉曼散射（SRS）与受激布里渊散射（SBS）,属于三阶非线性效应,入射光会改变介质的光学性质；散射光与入射激光类似,也是受激相干辐射。*/374.受激光散射的特点高输出强度:SRS和SBS的输出光强可达到与入射光同数量级的强度，甚至更强（具放大作用）。受激散射光可把入射激光能量耗尽。高定向性:前向和后向受激散射光的发散角可达到与入射激光相近的发散角。可达到毫弧度，甚至衍射极限。高单色性:散射光谱的宽度明显变窄，可达到与入射激光相当或更窄的单色光。脉宽压缩性:受激散射光脉冲持续时间远小于入射激光脉冲持续时间。阈值性:入射激光的强度大于某一阈值光强后，散射光的相干性、方向性和散射光强才有明显提高。高阶散射特性:在加强输入光强或增加介质长度时，可出现高阶Stokes散射光和Anti-Stokes散射光。相位共轭特性:产生的受激散射光场的相位特性与入射激光的相位特性有共轭关系。*/37二、受激拉曼散射1.自发拉曼散射Raman（1928）发现自发拉曼散射。散射光谱中除了原频率成分之外,还出现了新频率成分和。称为Stokes线。,称为Anti-Stokes线。一般Stokes线远比Anti-Stokes线强几个数量级。*