非线性光散射课件

1、非线性光散射，1，学习AC PPT，光散射，当光在透明介质中传播时，一些光偏离原始传播方向向所有方向传播的现象光散射，2，学习AC PPT，本章讨论了具有介质和能量交换的二阶非线性光学现象，即受激拉曼散射和受激布里渊散射主要利用经典模型讨论了两类非线性散射的物理机制和规律。光散射是光通过介质后能量按频率再分配的现象。光散射是由介质的光学不均匀性引起的。3，学习交换PPT，瑞利散射：原子，分子空间分布的随机起伏，散射中心的规模比波长小得多，散射强度和入射光波长的关系是波长越长，强度越弱。散射光的频率与入射光的频率相同，属于弹性散射。瑞利翼散射：由于各向异性分子的方向起伏，散射光的光谱在入射光波长

2、的两侧连续展开，属于非弹性散射。根据介质光学不均匀性的原因，自发辐射光散射可以分为以下几类：4，学习交流PPT，布里渊散射：介质密度(折射率)由随时间波动的声波(或声子)引起。这也是一种非弹性散射，与声子能量相对应，散射光的频率移动量很小。还有斯托克斯和范斯托克斯散射光。拉曼散射：由于介质中原子、分子空间分布的振动或旋转而产生的非弹性散射，散射频率与入射光的频率不同，频率较大，相当于振动动能水平差。散射光频率下降器，又称斯托克斯散射光；把散射光频率上移(蓝色移动)的人称为反斯托克斯散射光。5，学习AC PPT，图6.0.1显示了上述几种自发发射光散射光谱：6，学习AC PPT，弹性散射，光和物

3、质分子之间的碰撞具有弹性，没有能量。入射光与散射光频率相同，散射光强度与频率4平方成正比。非弹性散射，散射光频率不等于入射光频率。原始频率组件和和组件。与物质的特性相关，与入射光频率无关。7，学习交换PPT，弹性散射，非弹性散射，8，学习交换PPT，瑞利散射和拉曼散射，采样通过光线透射弹性碰撞非能量交换，瑞利散射不变性，垂直方向观察，原始波长两侧的散射非弹性碰撞，能量交换，波长的变化，拉曼散射变化，9，学习AC PPT，样品池，学习AC PPT，CCl4的拉曼光谱，Stocks lines，室温下基态振动能级上的分子很少，抗堆线也比stocks线少得多。温度升高，反斯托克斯线增加。12，学习交

4、流PPT，自然发射光散射(如普通拉曼散射和布里渊散射)，由于低入射光，入射光不改变介质的光学特性，散射光仍是非相干自发发射光。感应散射：入射到强光下时，某些介质的散射过程会具有这里光的特性，散射光线会突然变强。受激拉曼散射和受激布里渊散射，散射和入射激光类似的强激光作用产生的受激辐射是一致的受激辐射。入射光改变介质的光学特性，属于三阶非线性效应。，自发散射和刺激散射，13，学习AC PPT，诱导散射具有以下新特性：高输出强度：诱导辐射的输出光可以耗尽与入射光相同的强度或更强(放大作用)入射光能量；高方向：正向和反向散射光的发散角度可以达到类似入射激光的发散角度，例如达到毫弧度或衍射极限。高单色

5、：散射光谱的宽度明显变窄，得到与入射激光相似或更窄的单色光；14，学习交流PPT，阈值：入射激光的强度大于阈值亮度时，散射光的一致性、方向和散射光强度明显增加；高阶散射特性：加强输入强度或增加介质长度会在光谱中产生更多高阶斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光。相位共轭特性：产生的刺激散射光的相位特性与入射光的相位特性具有共轭关系。脉宽可压缩性：感应散射光脉宽比入射激光脉冲宽度小得多。15，学习通信PPT，1，受激拉曼散射，拉曼，印度物理学家。1921年开始研究，1928年发现光散射的拉曼效应，1930年获得诺贝尔物理学奖。与唐天秀一起，他成为了唯一两个没有接受过西方教育的诺贝尔科学奖获奖者。承认雷

6、曼对印度科学进步的巨大贡献，印度政府将2月28日定为“拉曼节”。16、交流ppt学习、拉曼散射效果进展：拉曼散射效果是印度物理学家拉曼(C . v . Raman)1928年首次发现的，本人也获得了1930年诺贝尔物理学奖。19128940年，受到广泛关注，一度是研究分子结构的主要手段。因为可见光光谱技术和照片感光技术发达；19140960年，拉曼光谱的地位急剧下降。由于拉曼效果太弱(入射强度约为10-6)，测试的样品体积足够大，需要无色、无尘、无荧光等。所以直到40年代中期，红外技术的进步和商业化使拉曼光谱的应用一度衰退。自1960年以来，激光技术的发展使拉曼技术复苏。激光束的亮度、方向、偏

7、振性等优点使其成为拉曼光谱的理想光源。由于勘探技术的改进和测试的样品要求的减少，目前拉曼光谱在物理、化学、医药、产业等各个领域得到了广泛应用，受到了研究者的关注。17，教信PPT，1928年，拉曼发现自发拉曼散射。他在散射光谱中除了原来的频率成分外，还有新的频率成分和。被称为斯托克斯线，被称为凡斯托克斯线。一般斯托克斯线比范斯托克斯线强几个阶段。图6.1.1使用能量准尉图说明拉曼散射的形成。18，随着学习AC PPT的分子振动能级的变化，适合于分子结构分析，与入射光波长无关。19、学习AC PPT，将基态分子吸收频率为p的泵光子转换为虚拟能量准尉，然后在虚拟能量准尉中分子的振动能量准尉(第一激

8、发态)，发射频率为s的斯托克斯光子。20，学习AC PPT，将振动能级的分子吸收频率为p的光子转换为其他虚拟能级，然后在此虚拟能级的基态，发射频率为a的反斯托克斯光子。21，学习AC PPT，在热平衡时，基态的分子数大于振动旋转能量准上的分子数，因此产生频率为s的光子比产生频率为a的光子多得多，所以斯托克斯散射光比反斯托克斯散射光强得多。22，学习交流PPT，受激拉曼散射光谱不同于自发拉曼散射光谱，如上图所示。受激拉曼散射谱中有很多高阶散射谱。23，介绍了利用非线性耦合波方程学习交流PPT，分析受激拉曼散射过程的经典理论。，频率为的光场的耦合波方程如下：由于散射场是由频率为的入射场的泵产生的，

9、因此相应的非线性极化率为：24，AC PPT，并将(2)赋给(1)。由于介质各向同性，可以用标量方程解决。将非线性极化率分为实际部分和虚拟部分，实际部分反映相位调制，虚拟部分反映强度变化。在散射过程中，为了讨论光和介质的能量交换关系，仅考虑虚拟项目，25，学习通信PPT，其中g元素是，可见的，g是增益系数。你会看到小于零的东西。所以斯托克斯光场呈指数增长。26，学习通信PPT目前由经典电磁理论推导R(3)的具体表达。假设介质系统的每个单位体积内有n个没有相互作用的分子谐振子。每个谐振子都有谐振频率和衰减常数。谐振子的长度与平衡状态长度Q0的偏差用q(t)表示。光场E (z，t)和偶极相互作用(

10、强迫振动)如图6.1.3所示。27，学习AC PPT，描述分子强迫振动的经典运动方程是：表达式的外部电场作用力；m是构成偶极的原子的质量。28、学习交流PPT，偶极在电场中的极化强度为：中间电系数与极化率之间的关系为：式的分子电极化率。分子的极化率不统一。偶极受电场作用，强迫振动，振荡器长度随时间变化。即表达式中分子的平衡状态的线性极化速度；第二个项目是非线性极化率。29学习AC PPT，场电场力的偶极：偶极的静电能量，30，学习AC PPT，图6.1.4显示了受激拉曼散射形成的物理图像。31，学习交流PPT，频率抽运激光入射介质，通过频率介质振动调制，生成频率斯托克斯光；32，学习交换PPT

11、，这种振动通过进一步调制入射激光产生新的斯托克斯光，增加了斯托克斯光的雪崩。斯托克斯光和原始激光干涉，形成作用于介质的频率的新光场，增加基于频率的振动。33，定量描述了学习交换PPT、拉曼散射过程。将介质的“总光”字段设置为：由于总光域中有两个不同频率的光，因此存在多个不同频率的项，忽略了等频率的项，只剩下低频率的项。在这里学习定义，34，AC PPT，偶极的力可以表示为：求解运动方程(7)的尝试解决方案：将(15)和(16)赋给(7)，从而学习(35，AC PPT)，因此偶极振动的振幅为：介质的极化强度为：36，学习aa其中，频率由斯托克斯光引起的介质的非线性极化强度是：拾取(21)具有相位

12、的项目。非线性极化强度的振幅为38，学习AC PPT，比较可以得到三阶极化率公式。也就是说，考虑到邻近共振条件，常识可以写成：三阶非线性极化强度的定义、39、学习交流PPT、极化率可分为实际部分和虚拟部分。图6.1.5显示了受激拉曼斯托克斯散射光非线性极化率的实际部分和虚拟部分的曲线。40，学习交换PPT，如你所见，拉曼非线性极化率的虚拟部分是负数。也就是说，由于场具有可以用(6)表示的正增益g，所以受激拉曼散射的斯托克斯场在z方向传播。41，学习交换PPT同样分析了范斯托克斯场的传播规律，只要改变，范斯托克斯光的非线性极化率如下。因为有关系，即，42，学习交换PPT，实际和虚拟部分的表达在共

13、振条件下分别学习，43，交换PPT，所以g因子为负，反斯托克斯场根据z衰减。范斯托克斯场的振幅为44，学习通信PPT，图6.1.6说明了斯托克斯和范斯托克斯受激拉曼散射的非线性极化率之间的关系。，45，学习通信PPT，受激拉曼散射方向问题。初级受激拉曼散射遵循能量和动量守恒关系，受激斯托克斯和受激范斯托克斯同时存在。介质对两者的折射率一般不同，因此两种散射光一般不共线。46，学习通信PPT，一阶半斯托克斯散射光和入射激光通过三阶非线性过程发生，以下波矢量匹配条件，47，学习通信PPT，能量保存条件，48，49，学习交换PPT，红宝石激光入射硝基苯的拉曼散射实验证明，每个阶拉曼散射以一定的锥体角

14、度发射，形成环形。每个阶斯托克斯的最大强度位于圆环的中心，圆环的边缘有多个最大环。50，学习交流PPT，激光输出光频移器，激光输出频率范围扩展；拉曼放大器在光通信中的受激拉曼散射的重要应用，可以用光泵光纤产生等频率间隔的多光束，可用于放大宽带波分复用信号光学；用作硅波导拉曼激光器，使用1.54微米脉冲激光抽运硅波导生成1.675微米斯托克斯激光输出。51，学习AC PPT，2，诱导布里渊散射，与自发布布里渊散射不同，诱导布里渊散射在激光电场下，通过电伸缩效应，在介质中产生周期密度和介电常数的变化，诱导音波场，入射光和声波场之间的一致散射过程。布里渊散射源于激光电场与分子或固体中声波场的相互作用

15、，即光子与声子的相互作用，也称为声子散射。强入射激光场是在介质中探测和散射强声波场的非线性光效应。(模拟蓝光发射散射)，52，AC PPT学习，强抽运激光场进入介质时，光波的电伸缩效应开始工作，介质中特定状态的声振(声子)大大增强，增强的音波场反过来提高入射光的散射，以及，入射激光的强度达到阈值时，介质的音波场和散射光场的提高补偿了各自的损失效果，诱导音波场和布里渊散射光场的诱导放大或振动效应，散射光具有受刺激的发射特性，如发射角度小，线宽小，所以被称为诱导布里渊散射(SBS)。53，学习交流PPT，入射光子，散射斯托克斯光子和声子之间必须满足能量守恒和动量守恒。布里渊散射分为前向散射和后向散射，动量匹配如图6.2.1所示。54，学习交换PPT，声波矢量和之间的关系是介质的声速。因为可以认为声速比光速小几个。如图6.2.1所示，55，学习通信PPT，风格：这里是散射波和入射光波的角度。时无，即布里渊频移；使用最大值时，向后散射到布里渊的频率最大。测量结束后，将RF移动到布里渊，可以利用常识计算介质的声速。56、学习通信PPT，刺激布里渊散射经典理论，在此简要介绍了相关的处理方法，我们可以采用类似冲击