受激拉曼激光材料的研究背景与基本原理.pptVIP

Background2.3.2耦合波方程设入射光为EP(ΩP)，散射光为ES(ΩS)和EAS(ΩAS)，分别为斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光。非线性光学中频率为ΩS的光场的耦合波方程是：（1）对于SRS过程，散射场是由频率为ωp的入射光场Ep(ωp)泵浦引起，其对应的三阶非线性极化强度为：（2）（2）代入（1），可得受激拉曼散射的耦合波方程（3）（4）Background2.3.2耦合波方程满足位相匹配，对（4）求解可得：三阶非线性极化率χ(3)包括实部和虚部两部分实部反映相位调制，虚部反映强度变化。为讨论在散射过程中光与介质的能量交换，只考虑强度变化（即极化率的虚部相），并利用可得：Background2.3.3多重谱线受激拉曼散射的实验发现，受激拉曼散射的频谱图与自发拉曼散射的不同。除了一级散射外，还有二阶、三阶…谱线，即呈现多级谱线的频谱。多重谱线的产生原因：由多束光波在非线性介质内的相互作用引起，多级拉曼散射谱线的产生是由于入射光、一级斯托克斯与一级反斯托克斯等散射光之间的非线性耦合的结果。自发拉曼散射与受激拉曼散射射频谱图Background2.4自发拉曼散射和受激拉曼散射的区别1）受激拉曼具有明显的阈值性。2）受激拉曼散射光的方向性极好。3）受激拉曼散射光的强度极高。4）受激拉曼散射光的光谱具有高单色性。5）受激拉曼散射光脉冲时间变短。BackgroundTHANKS！“”受激拉曼激光材料的研究背景与基本原理1：前言1.1拉曼散射受激拉曼散射定义1.2?拉曼散射受激拉曼散射发现与发展1.3材料介绍及应用范围2：受激拉曼散射的基本原理2.1光散射2.2自发拉曼散射2.3受激拉曼散射2.4自发拉曼散射与受激拉曼散射的区别Background是光波被散射后频率发生变化的一种现象，是一种由分子振动、固体中光学声子等激发与激光相互作用产生的非弹性散射，这种现象称为拉曼散射拉曼散射（Ramanscattering）用脉冲激光激发拉曼介质，当脉冲峰值超过一定数值时，散射光具有受激发射的性质，具备激光特性且光强可与激发光相比拟的程度，通常将这种效应称受激拉曼散射受激拉曼散射（StimulatedRamanscattering）1前言BackgroundBackground1.3.1气体气体拉曼介质主要有H2，N2，CH4等。将气体注入到留有通光窗的密封容器中，加几个乃至几百个大气压，以便于产生受激拉曼散射。优点：气体低廉的价格、高的纯度、高的光学均匀性、高的自聚焦阈值、大的拉曼频移1000-4000cm-1使其在过去很长时期内成为拉曼介质的首选。缺点：1低的粒子浓度，即便是在高压下，导致要产生有效的拉曼转换必须增加介质作用长度（长达数米）造成拉曼装置物理尺寸庞大。2低的导热性，使其只能工作在低重复频率下（通常50Hz）采用气体流动法虽能解决部分问题，但同时也带来装置更加复杂和高压下操作不便等新的问题。3高压气体还存在易泄漏、易爆炸、与高强度激光作用后化学性质不稳定等缺陷。Background1.3.2液体液体拉曼介质主要有硝基苯、苯、甲苯、CS2等。优点：比气体有着更高的粒子密度，因而拉曼增益系数较大，有利于拉曼装置的紧凑化。缺点：1高温下比气体有更大的振动跃迁，导致峰值拉曼散射截面下降；2有毒、挥发、对可见和近红外光易吸收、自聚焦、热效应、化学性质不稳定、纳秒泵浦脉冲下受激拉曼散射与受激布里渊散射强烈竞争等等。这些问题使液体拉曼介质未能得到广泛应用。Background1.3.3固体固体拉曼介质主要有两种：光纤和晶体。如GdVO4、PbWO4、Ba(NO3)2、LiIO3等。许多气体、液体拉曼介质所遇到的问题在晶体拉曼介质中可以避免。其主要优点包括：1热力学性能好、振动模的线宽窄、硬度高、化学性质稳定。2高密度的拉曼活性基团提高了拉曼散射截面从而导致更低的阈值、更高的拉曼增益和更高的拉曼转换效率。3所有这些特性有利于制作小型化、高可靠性、高增益、高重频工作的固体拉曼频移器，以及固体拉曼激光器Background二、受激拉曼散射的基本原理2.1光散射2.1.1基本概念1光的散射是指光通过不均匀介质时一部分光偏离原方向传播的现象；2散射光的频率不发生变化，就是弹性散射。例如瑞利散射；3散射光频率发生变化，就是非弹性散射。这类散射的典型代表主要有拉曼散射和布里渊散射等。光散射示意图Ba