Ano ang kinakalat ni Raman?

Ang nonlinear na tugon ng isang transparent na optical medium sa optical intensity ng liwanag na naglalakbay sa medium ay napakabilis, ngunit hindi agad-agad. Sa partikular, ang hindi agad na tugon ay sanhi ng mga vibrations sa sala-sala (o salamin). Kapag ang mga vibrations na ito ay nauugnay sa mga optical phonon, ang epekto ay tinatawag na Raman scattering, habang ang acoustic phonon ay nauugnay sa scattering ng Brillouin. Halimbawa, kapag ang dalawang laser beam na may magkaibang wavelength (karaniwang may parehong direksyon ng polariseysyon) magkakasamang magpalaganap sa pamamagitan ng Raman-active medium, ang mas mahabang wavelength beam (tinatawag na Stokes wave)) ay maaaring optically amplified sa gastos ng mas maikling wavelength beam. Bilang karagdagan, ang mga vibrations ng sala-sala ay nasasabik, humahantong sa pagtaas ng temperatura. Ang Raman gain ng mas mahabang wavelength beam ay maaaring magamit sa Raman amplifier at Raman lasers. Maaaring malaki ang pakinabang kung ang pagbabago ng dalas ng Stokes ay tumutugma sa pagkakaiba ng dalas ng ilang terahertz.

Ang pagkakalat ng Raman ay maaaring mangyari hindi lamang sa mga solidong materyales, ngunit din sa mga likido o gas. Halimbawa, Ang molecular glasses ay may vibrational/rotational excitations at ang naobserbahang pagbabago ng Stokes ay nauugnay sa mga.

Sa panahon ng Raman scattering, ang isang pump photon ay na-convert sa isang signal photon ng mas mababang enerhiya, at ang pagkakaiba sa enerhiya ng photon ay dinadala ng mga phonon (dami ng mga vibrations ng sala-sala). Sa prinsipyo, ang isang mayroon nang phonon ay maaari ding makipag-ugnayan sa pump photon upang makabuo ng mas mataas na enerhiya na photon na kabilang sa isang mas maikling wavelength na anti-Stokes wave. Gayunpaman, ang proseso ay karaniwang mahina, lalo na sa mababang temperatura. Tandaan, gayunpaman, na ang apat na alon na paghahalo ay gumagawa din ng malakas na anti-Stokes na ilaw kung ang proseso ay phase-matched.

Kapag ang intensity ng resultang Stokes wave ay naging sapat na mataas, ang alon ay maaaring muling kumilos bilang isang bomba para sa karagdagang mga proseso ng Raman. Lalo na sa ilang Raman lasers, maramihang mga order ng Stokes ang maaaring obserbahan (cascade Raman lasers).

Raman scattering ay kilala rin bilang inelastic scattering dahil ang pagkawala ng photon energy na kasangkot ay kahit papaano ay nagpapaalala sa pagkawala ng kinetic energy sa banggaan ng mga mekanikal na bagay..

Bilang karagdagan sa nasasabik sa itaas na mga epekto ng scattering ng Raman, na maaaring ilarawan sa mga tuntunin ng klasikal na pisika, mayroon ding kusang pagkalat ng Raman na dulot ng quantum effects.

Raman scattering ay maaari ding mangyari sa loob ng malawak na spectrum ng, halimbawa, an ultrashort optical pulse, thus effectively shifting the spectral envelope of the pulse to longer wavelengths (Raman self-frequency shift, also known as soliton self-frequency shift).

Some typical Raman-active media are

Certain molecular gases, tulad ng hydrogen (H 2 ), mitein (CH 4 ), at carbon dioxide (CO 2 ), used in the high-voltage cell of a Raman shifter
Solid media such as glass fibers or certain crystals such as barium nitride = Ba(HINDI 3)2, various tungstates such as KGd(WO 4)2 = KGW and KY(WO 4)2 = KYW, and synthetic diamonds

The Raman effect occurs simultaneously with the Kerr effect, which is due to the (almost) instantaneous response of electrons.

Pigura 1: Evolution of the pulse spectrum in a fiber-optic amplifier. Near the right end, excited Raman scattering shifts a large fraction of the power into longer wavelength components. As part of the case study, isinagawa ang mga simulation gamit ang software na RP Fiber Power.
Pigura 2: Optical power evolution sa isang parabolic refractive index multimode fiber, ginaya bilang bahagi ng isang case study ng digital beam propagation feature ng software na RP Fiber Power. Ang signal wave ay malakas na pinalakas habang ang pump wave ay lubhang naubos. Ang proseso ng conversion ay nagsasangkot ng maraming mga mode.

Sa fiber optic na mga aparato tulad ng malakas na pulsed fiber amplifier, Ang pagkakalat ng Raman ay maaaring makasama: inililihis nito ang karamihan sa enerhiya ng pulso sa mga hanay ng wavelength kung saan walang laser amplification ang nangyayari. Maaaring limitahan ng epektong ito ang peak power na makakamit sa mga naturang device. Kahit na sa tuloy-tuloy na wave high-power fiber laser at amplifier, Maaaring maging problema ang pagkakalat ng Raman. Gayunpaman, mayroong ilang mga solusyon sa problemang ito, kabilang ang chi pulse amplification at ang paggamit ng mga espesyal na disenyo ng fiber) na pinipigilan ang scattering ng Raman sa pamamagitan ng pagpapahina ng wavelength na bahagi ng Raman shift.

Sa bulk media tulad ng ilang nonlinear na mala-kristal na materyales, kung ang pump intensity ay medyo mataas at ang beam width ay sapat na malaki, hindi kanais-nais na excited Raman scattering ay maaaring mangyari kahit na sa pamamagitan ng noncollinear phase matching. Maaaring mangyari ito, halimbawa, sa isang optical parameter generator na tumatakbo na may malakas na pulso ng bomba.

Ginagamit din ang Raman scattering sa Raman spectroscopy. Sa partikular, pinapayagan nito ang isa na pag-aralan ang mga vibrational mode ng solid materials at ang vibrational/rotational states ng molecules.

Sensor ng temperatura ng fiber optic, Intelligent na sistema ng pagsubaybay, Ibinahagi ang tagagawa ng fiber optic sa China