Что такое комбинационное рассеяние?-ИННО

Нелинейный отклик прозрачной оптической среды на оптическую интенсивность света, проходящего через среду, очень быстрый., но не мгновенно. In particular, немгновенный отклик вызван вибрациями решетки (или стекло). Когда эти колебания связаны с оптическими фононами, эффект называется комбинационное рассеяние, в то время как акустические фононы связаны с рассеянием Бриллюэна. Например, когда два лазерных луча с разной длиной волны (обычно с одинаковым направлением поляризации) распространяться вместе через комбинационно-активную среду, луч с большей длиной волны (называется волной Стокса)) может быть оптически усилен за счет более коротковолнового луча. Кроме того, возбуждаются колебания решетки, что приводит к повышению температуры. Рамановское усиление более длинноволновых лучей может быть использовано в рамановских усилителях и рамановских лазерах.. Выигрыш может быть существенным, если стоксов сдвиг частоты соответствует разнице частот в несколько терагерц..

Комбинационное рассеяние света может происходить не только в твердых материалах., но также в жидкостях и газах. Например, Молекулярные стекла имеют колебательные/вращательные возбуждения, и наблюдаемые стоксовы сдвиги коррелируют с таковыми..

Во время комбинационного рассеяния, фотон накачки преобразуется в сигнальный фотон меньшей энергии, а разница в энергии фотонов уносится фононами (кванты колебаний решетки). В принципе, уже существующий фонон может также взаимодействовать с фотоном накачки, создавая фотон с более высокой энергией, который принадлежит к более коротковолновой антистоксовой волне.. Однако, процесс обычно слабый, especially at low temperatures. Примечание, однако, that four-wave mixing also produces strong anti-Stokes light if the process is phase-matched.

When the intensity of the resulting Stokes wave becomes high enough, the wave may again act as a pump for further Raman processes. Especially in some Raman lasers, multiple Stokes orders can be observed (cascade Raman lasers).

Raman scattering is also known as inelastic scattering because the loss of photon energy involved is somehow reminiscent of the loss of kinetic energy in the collision of mechanical objects.

In addition to the above excited Raman scattering effects, which can be described in terms of classical physics, there is also spontaneous Raman scattering caused by quantum effects.

Raman scattering may also occur within the broad spectrum of, например, an ultrashort optical pulse, тем самым эффективно смещая огибающую спектра импульса в сторону более длинных волн. (Рамановский сдвиг собственной частоты, также известный как сдвиг собственной частоты солитона).

Некоторые типичные рамановские активные среды:

Некоторые молекулярные газы, например, водород (ЧАС 2 ), метан (СН 4 ), и углекислый газ (СО 2 ), используется в высоковольтной ячейке рамановского преобразователя
Твердые среды, такие как стекловолокно или некоторые кристаллы, такие как нитрид бария = Ba.(НЕТ 3)2, различные вольфраматы, такие как KGd(ВО 4)2 = KGW и KY(ВО 4)2 = KYW, и синтетические алмазы

Эффект Рамана возникает одновременно с эффектом Керра., что связано с (почти) мгновенный отклик электронов.

Figure 1: Эволюция спектра импульсов в волоконно-оптическом усилителе. Рядом с правым концом, Возбуждённое комбинационное рассеяние сдвигает большую часть мощности в более длинноволновые компоненты.. В рамках тематического исследования, моделирование проводилось с использованием программного обеспечения RP Fiber Power..
Figure 2: Эволюция оптической мощности в многомодовом волокне с параболическим показателем преломления, смоделировано в рамках тематического исследования с помощью функции цифрового распространения луча программного обеспечения RP Fiber Power. Сигнальная волна сильно усиливается, а волна накачки сильно обедняется.. Процесс преобразования включает в себя несколько режимов.

В волоконно-оптических устройствах, таких как сильноимпульсные волоконные усилители., Комбинационное рассеяние может быть вредным: он отводит большую часть энергии импульса в диапазоны длин волн, где не происходит лазерного усиления. Этот эффект может ограничить пиковую мощность, достижимую в таких устройствах.. Даже в мощных волоконных лазерах и усилителях непрерывного действия., Комбинационное рассеяние может стать проблемой. Однако, есть несколько решений этой проблемы, включая усиление импульса ци и использование волокон специальной конструкции.) которые подавляют комбинационное рассеяние за счет уменьшения длины волны комбинационного сдвига.

В объемных средах, таких как некоторые нелинейные кристаллические материалы., если интенсивность накачки достаточно велика и ширина пучка достаточно велика, нежелательное возбужденное комбинационное рассеяние может возникнуть даже при неколлинеарном фазовом синхронизме. Это может произойти, например, в генераторе оптических параметров, работающем с сильным импульсом накачки.

Комбинационное рассеяние также используется в комбинационной спектроскопии.. In particular, позволяет изучать колебательные моды твердых материалов и колебательно-вращательные состояния молекул..