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第6章非线性光散射

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7 5 第6 章 非线性光散射 主要内容:  本章介绍两种主动三阶非线性光学现象:受激拉曼散射和受激布里渊散射。主要采用经典理论模型,讨论两种非线性散射的物理机制和规律。  前言中综述几种线性光散射现象;指出非线性光散射与线性光散射的区别。 6.1 前言 光散射是光通过介质后发生能量按频率重新分布的现象。 光散射起因于介质折射率的不均匀分布。 按引起介质光学非均匀性的原因的不同,自发辐射光散射可分成以下几类: a) 瑞利散射: 起因于原子、分子空间分布的随机起伏,散射中心的尺度远小于波长。 散射光强度与入射光波长的关系为4.1 /scattI,即波长越短,散射光越强。散射光的频率与入射光的频率相同,属于弹性散射。 b) 瑞利翼散射: 起因于各向异性分子的取向起伏。 散射光的光谱向入射光波长的两侧连续展宽,属于非弹性散射。 c) 拉曼散射: 起因于介质内原子、分子的振动或转动所引起。也是一种非弹性散射。 散射光频率与入射光的频率不同,频移量较大,相应于振动能级差。 散射光频率红移者,称为斯托克斯散射光; 散射光频率兰移者,称为反斯托克斯散射光。 d) 布里渊散射: 起因于介质密度随时间周期性起伏形成的声波。也是一种非弹性散射。 散射光的频移量较小,相应于声子能量。 也有斯托克斯和反斯托克斯两种散射光。 图 6.1.1 给出以上几种自发辐射光散射的光谱图。 7 6 图6.1.1 几种自发辐射光散射的光谱图比较 自发辐射光散射(如普通拉曼散射与布里渊散射),因入射光较弱,入射光并不改变介质的光学特性,散射光仍是非相干的自发辐射光。 受激辐射光散射(如受激拉曼散射与受激布里渊散射),入射激光会改变介质的光学性质,散射光也是相干的受激辐射光。属于三阶非线性效应。 两种受激散射光具有如下新的特性: (1) 高输出强度。受激辐射的输出光可达到与入射光同数量级的强度,甚至更强(具放大作用)。受激散射光可把入射激光能量耗尽。 (2)高定向性。前向和后向受激散射光的发散角可达到与入射激光相近的发散角。如达到毫弧度,甚至衍射极限。 (3)高单色性。散射光谱的宽度明显变窄,可达到与入射激光相当或更窄的单色光。 (4)脉宽压缩性。受激散射光脉冲宽度远小于入射激光脉冲宽度。 (5)阈值性。入射激光的强度大于某一阈值光强后,散射光的相干性、方向性和散射光强才有明显提高。 (6)高阶散射特性。在加强输入光强或增加介质长度时,可出...

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