受激拉曼散射-

受激拉曼散射受激拉曼散射受激拉曼散射受激拉曼散射受激拉曼散射受激拉曼散射受激拉曼散射受激拉曼散射目录目录目录目录
光的散射效应光的散射效应光的散射效应光的散射效应
受激拉曼散射受激拉曼散射受激拉曼散射受激拉曼散射
固体中的受激拉曼散射固体中的受激拉曼散射固体中的受激拉曼散射固体中的受激拉曼散射
拉曼光纤激光器和放大器拉曼光纤激光器和放大器拉曼光纤激光器和放大器拉曼光纤激光器和放大器光的散射效应光的散射效应光的散射效应光的散射效应
光的散射是光与物质作用的一种形式光的散射是光与物质作用的一种形式光的散射是光与物质作用的一种形式光的散射是光与物质作用的一种形式。。。。
光的散射的定义光的散射的定义光的散射的定义光的散射的定义：：：：光通过任何介质时光通过任何介质时光通过任何介质时光通过任何介质时，，，，大部分光将透射过去大部分光将透射过去大部分光将透射过去大部分光将透射过去，，，，但总会但总会但总会但总会有一部分的光偏离原来的传播方向而向空间其它方向弥有一部分的光偏离原来的传播方向而向空间其它方向弥有一部分的光偏离原来的传播方向而向空间其它方向弥有一部分的光偏离原来的传播方向而向空间其它方向弥散散散散，，，，这种现象称为光的散射这种现象称为光的散射这种现象称为光的散射这种现象称为光的散射。。。。
光散射的特性与介质的成分光散射的特性与介质的成分光散射的特性与介质的成分光散射的特性与介质的成分、、、、结构结构结构结构、、、、均匀性等有均匀性等有均匀性等有均匀性等有关关关关，，，，散射光的方向散射光的方向散射光的方向散射光的方向、、、、强度强度强度强度、、、、偏振等都与入射光不同偏振等都与入射光不同偏振等都与入射光不同偏振等都与入射光不同。。。。光的散射效应光的散射效应光的散射效应光的散射效应
光的散射的原因光的散射的原因光的散射的原因光的散射的原因：：：：宏观上看宏观上看宏观上看宏观上看：：：：光散射是由于传输介质的光学不均匀光散射是由于传输介质的光学不均匀光散射是由于传输介质的光学不均匀光散射是由于传输介质的光学不均匀性或折射率不均匀性所导致的性或折射率不均匀性所导致的性或折射率不均匀性所导致的性或折射率不均匀性所导致的。。。。从电磁辐射理论看从电磁辐射理论看从电磁辐射理论看从电磁辐射理论看：：：：光散射是由于光散射是由于光散射是由于光散射是由于介质感应电极介质感应电极介质感应电极介质感应电极化特性的时空起伏或周期性变化化特性的时空起伏或周期性变化化特性的时空起伏或周期性变化化特性的时空起伏或周期性变化所引起的所引起的所引起的所引起的。。。。从量子观点看从量子观点看从量子观点看从量子观点看：：：：光散射是光子和微观粒子发生的光散射是光子和微观粒子发生的光散射是光子和微观粒子发生的光散射是光子和微观粒子发生的碰撞碰撞碰撞碰撞。。。。光的散射效应的分类光的散射效应的分类光的散射效应的分类光的散射效应的分类非纯净介质中的光散射非纯净介质中的光散射非纯净介质中的光散射非纯净介质中的光散射介质中由外来杂质质点、颗粒、包容物以及介质本身结构缺陷等因素造成的光散射,也包括空气和液体中悬浮的杂质微粒、微尘和微滴引起的光散射。纯净介质中的光散射纯净介质中的光散射纯净介质中的光散射纯净介质中的光散射对于由成分相同的纯净物所组成的介质，虽然其不含有外来掺杂的质点、颗粒或结构缺陷等，但仍有可能产生光的散射现象，这些散射现象是介质本身所固有的。光的散射效应光的散射效应光的散射效应光的散射效应非纯净介质中的光散射的特点非纯净介质中的光散射的特点非纯净介质中的光散射的特点非纯净介质中的光散射的特点1）散射光的频率与入射光的频率相同散射光的频率与入射光的频率相同散射光的频率与入射光的频率相同散射光的频率与入射光的频率相同；；；；2222））））散射光的强度散射光的强度散射光的强度散射光的强度Is与入射光波长之间与入射光波长之间与入射光波长之间与入射光波长之间的的的的关系关系关系关系：：：：参量参量参量参量σσσσ的值取决于的值取决于的值取决于的值取决于散射中心的尺度散射中心的尺度散射中心的尺度散射中心的尺度a0与波长的关系与波长的关系与波长的关系与波长的关系：：：：当当当当散射中心的尺度散射中心的尺度散射中心的尺度散射中心的尺度a0λλλλ时时时时σσσσ→→→→0当当当当散射中心的尺度散射中心的尺度散射中心的尺度散射中心的尺度a0λλλλ时时时时σσσσ→→→→4当当当当a0与与与与λλλλ可比拟时可比拟时可比拟时可比拟时σσσσ取取取取0000－－－－4444之间的值之间的值之间的值之间的值σλ1∝sI光的散射效应光的散射效应光的散射效应光的散射效应
纯净介质中的光散射主要包括纯净介质中的光散射主要包括纯净介质中的光散射主要包括纯净介质中的光散射主要包括瑞利散射瑞利散射瑞利散射瑞利散射拉曼散射拉曼散射拉曼散射拉曼散射布里渊散射布里渊散射布里渊散射布里渊散射
瑞利散射瑞利散射瑞利散射瑞利散射：：：：起因于原子起因于原子起因于原子起因于原子、、、、分子空间分布的随机起伏分子空间分布的随机起伏分子空间分布的随机起伏分子空间分布的随机起伏，，，，散射中心的尺度远小散射中心的尺度远小散射中心的尺度远小散射中心的尺度远小于波长于波长于波长于波长；；；；散射光强与入射波长的关系散射光强与入射波长的关系散射光强与入射波长的关系散射光强与入射波长的关系I∝∝∝∝1/λλλλ4，，，，即波长越长即波长越长即波长越长即波长越长，，，，散射光强度散射光强度散射光强度散射光强度越弱越弱越弱越弱。。。。散射光的频率与入射光的频率相同散射光的频率与入射光的频率相同散射光的频率与入射光的频率相同散射光的频率与入射光的频率相同，，，，属于弹性散射属于弹性散射属于弹性散射属于弹性散射。光的散射效应光的散射效应光的散射效应光的散射效应
拉曼散射拉曼散射拉曼散射拉曼散射：：：：当一定频率的光入射到某些介质时当一定频率的光入射到某些介质时当一定频率的光入射到某些介质时当一定频率的光入射到某些介质时（（（（一般其频率不等于一般其频率不等于一般其频率不等于一般其频率不等于介质分子的共振跃迁频率介质分子的共振跃迁频率介质分子的共振跃迁频率介质分子的共振跃迁频率），），），），由介质内部原子由介质内部原子由介质内部原子由介质内部原子、、、、分子的振动分子的振动分子的振动分子的振动或转动所引起的散射或转动所引起的散射或转动所引起的散射或转动所引起的散射，，，，散射光的频率与入射光的频率不同散射光的频率与入射光的频率不同散射光的频率与入射光的频率不同散射光的频率与入射光的频率不同，，，，频移量较大频移量较大频移量较大频移量较大，，，，相应于振动能级差相应于振动能级差相应于振动能级差相应于振动能级差。。。。这种散射称为拉曼散射这种散射称为拉曼散射这种散射称为拉曼散射这种散射称为拉曼散射。。。。
布里渊散射布里渊散射布里渊散射布里渊散射：：：：是由介质密度是由介质密度是由介质密度是由介质密度((((折射率折射率折射率折射率））））随时间周期性起伏形成的声波所随时间周期性起伏形成的声波所随时间周期性起伏形成的声波所随时间周期性起伏形成的声波所引起的引起的引起的引起的，，，，也属非弹性散射也属非弹性散射也属非弹性散射也属非弹性散射，，，，散射光的频移较小散射光的频移较小散射光的频移较小散射光的频移较小，，，，相应于声子相应于声子相应于声子相应于声子能量能量能量能量。。。。光的散射效应光的散射效应光的散射效应光的散射效应几种散射效应的比较几种散射效应的比较几种散射效应的比较几种散射效应的比较10-20.1~1介质密度随时间周期性起伏(声学声子)布里渊散射布里渊散射布里渊散射布里渊散射1103介质内部原子、分子的振动或转动(光学声子)拉曼散射拉曼散射拉曼散射拉曼散射10-40原子、分子空间分布的随机起伏瑞利散射瑞利散射瑞利散射瑞利散射增益系数(cm/MW)频移(cm-1)产生原因受激散射种类受激散射种类受激散射种类受激散射种类受激散射效应和自发散射效应受激散射效应和自发散射效应受激散射效应和自发散射效应受激散射效应和自发散射效应受激散射效应受激散射效应受激散射效应受激散射效应：：：：是强光入射作用下产生的散射是强光入射作用下产生的散射是强光入射作用下产生的散射是强光入射作用下产生的散射，，，，受激散射光受激散射光受激散射光受激散射光与入射泵与入射泵与入射泵与入射泵浦光的光子简并度浦光的光子简并度浦光的光子简并度浦光的光子简并度、、、、光强光强光强光强、、、、频谱特性等参数有着十分密切频谱特性等参数有着十分密切频谱特性等参数有着十分密切频谱特性等参数有着十分密切的关系的关系的关系的关系。。。。自发自发自发自发散射现象散射现象散射现象散射现象::::是弱光入射作用的结果是弱光入射作用的结果是弱光入射作用的结果是弱光入射作用的结果，，，，产生的自发散射光与入射光产生的自发散射光与入射光产生的自发散射光与入射光产生的自发散射光与入射光的光子简并度或光强无关的光子简并度或光强无关的光子简并度或光强无关的光子简并度或光强无关,,,,散射光是非相干的散射光是非相干的散射光是非相干的散射光是非相干的。。。。光的受激散射效应光的受激散射效应光的受激散射效应光的受激散射效应从表现形式看从表现形式看从表现形式看从表现形式看：受激散射和激光辐射性质相同，都具有明显的产生阈值性，输出光都具有高方向性、高亮度和高单色性；从时间特性上看从时间特性上看从时间特性上看从时间特性上看：受激散射和激光辐射随时间变化的特性类似，但通常受激散射光脉冲的脉宽远比入射激光脉冲脉宽窄；从产生机理看从产生机理看从产生机理看从产生机理看：受激散射和激光辐射都起源于一种自发过程，然后依靠某个特定模式内光子数的优势增大而产生光子雪崩式受激放大过程，最后以高光子简并度的定向辐射形式输出到工作介质或谐振腔系统外；；；；受激散射和激光辐射受激散射和激光辐射受激散射和激光辐射受激散射和激光辐射区别区别区别区别：：：：受激散射并不要求工作物质处于粒子数反转状态，激光辐射要求工作物质必须处于粒子数反转状态光的受激散射与激光光的受激散射与激光光的受激散射与激光光的受激散射与激光辐射辐射辐射辐射之间的比较之间的比较之间的比较之间的比较受激拉曼散射受激拉曼散射受激拉曼散射受激拉曼散射拉曼散射拉曼散射拉曼散射拉曼散射的发现的发现的发现的发现：：：：
1928年Raman等人将太阳光聚焦到纯净的液体中首次观测到了光散射现象。
人们利用大约60种常见的液体重复进行了试验，都发现了光散射的结果，但散射效果有所不同；而且在对散射光研究中发现了其对入射光的频移。
Raman将这种散射称为“newtypeofsecondaryradiation”，人们后来称之拉曼散射。斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射
斯托克斯拉曼散射斯托克斯拉曼散射斯托克斯拉曼散射斯托克斯拉曼散射：：：：频率为频率为频率为频率为ωωωωp,,,,强度为强度为强度为强度为Ip的光束入射到某种介质中的光束入射到某种介质中的光束入射到某种介质中的光束入射到某种介质中，，，，散射光散射光散射光散射光的频率小于入射光频率的频率小于入射光频率的频率小于入射光频率的频率小于入射光频率ωωωωpppp的拉曼散射称为斯托克斯拉曼散的拉曼散射称为斯托克斯拉曼散的拉曼散射称为斯托克斯拉曼散的拉曼散射称为斯托克斯拉曼散射射射射，，，，对应的频移对应的频移对应的频移对应的频移（（（（红移红移红移红移））））ωωωωv被称为斯托克斯频移或被称为斯托克斯频移或被称为斯托克斯频移或被称为斯托克斯频移或RamanRamanRamanRaman频频频频移移移移。。。。ωωωωs=ωωωωp–ωωωωvωωωωv:介质的拉曼频移介质的拉曼频移介质的拉曼频移介质的拉曼频移
反斯托克斯拉曼散射反斯托克斯拉曼散射反斯托克斯拉曼