第6章非线性光散射VIP专享

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...