RP 系列激光分析设计软件 | 拉曼散射

透明光学介质对通过该介质传播的光的光强的非线性χ(3)响应非常快，但不是瞬时的。特别地，延迟的非线性响应是由晶体（或玻璃）晶格的振动引起的。当这些振动与光学声子相关时，这种效应被称为拉曼散射，而声学声子与布里渊散射相关。例如，当具有不同波长（通常具有相同的偏振方向）的两个激光束一起传播通过拉曼活性介质时，较长波长的光束（称为斯托克斯波）可以以较短波长的光束为代价进行光学放大。此外，晶格振动被激发，导致温度上升。较长波长光束的拉曼增益可用于拉曼放大器和拉曼激光器。如果斯托克斯位移对应于几个太赫的频率差，则该增益可能是相当大的。

图1示出了用于纳秒脉冲信号放大的光纤中拉曼散射的数值模拟。它表明在合适的条件下，拉曼转换可以是高效的。

图1：作为案例研究的一部分，使用RP Fiber Power软件的数值光束传播功能模拟了抛物线指数多模光纤中光功率的演变。信号波被强烈放大，而泵浦波被强烈损耗。转换过程涉及多种模式。

某些拉曼晶体最常被用作拉曼增益介质，尽管可以考虑各种玻璃(特别是光纤的形式).。

拉曼散射不仅可以发生在固体材料中，也可以发生在液体或气体中。例如，分子气体具有振动/转动激发，并且观察到的斯托克斯位移与这些相关。

在拉曼散射过程中，一个泵浦光子被转换成一个较低能量的信号光子，光子能量的差异被声子(晶格振动的量子)带走。

原则上，一个已经存在的声子也有可能与泵浦光子相互作用，产生一个更高能量的光子，属于更短波长的反斯托克斯波。然而，这一过程通常很弱，尤其是在低温下。注意，如果四波混频过程是相位匹配的，则强反斯托克斯光也可以从四波混频中产生。

拉曼散射可以是自发的或受激的。当存在泵浦波但没有信号输入波(即没有信号输入光子)时，发生自发拉曼散射。它可以被认为是一种量子效应——信号场零点振荡的放大。

拉曼散射也被称为非弹性散射，因为它所涉及的光子能量损失在某种程度上类似于机械物体碰撞中动能的损失。