СПОНТАННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА Рассеяние может происходить только в неоднородной среде. Неустранимым источником неоднородностей служат флуктуации (термодинамические и квантовые). Для анализа рассеяния света более важны термодинамические флуктуации. По характеру изменения частоты при рассеянии различают: 1. Релеевское рассеяние – без существенного изменения частоты излучения - без изменения внутреннего состояния атомов, молекул, коллективных возбуждений. 2. Комбинационное рассеяние (Рамана-Ландсберга-Мандельштама) + рассеяние Мандельштама-Бриллюэна – с появлением в рассеянном свете линий, сдвинутых по частоте относительно возбуждающегосвета. В среде изменяется колебательное, вращательное или электронное состояние молекул-атомов (комбинационное рассеяние) или звуковых волн (фононов) – рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
СПОНТАННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА. Рассеяние может происходить только в неоднородной среде. Неустранимым источником неоднородностей служат флуктуации (термодинамические и квантовые). Для анализа рассеяния света более важны термодинамические флуктуации. - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
СПОНТАННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА
Рассеяние может происходить только в неоднородной среде. Неустранимым источником неоднородностей служат флуктуации (термодинамические и квантовые). Для анализа рассеяния света более важны термодинамические флуктуации.
По характеру изменения частоты при рассеянии различают:1. Релеевское рассеяние – без существенного изменения частоты излучения
- без изменения внутреннего состояния атомов, молекул, коллективных возбуждений.
2. Комбинационное рассеяние (Рамана-Ландсберга-Мандельштама) + рассеяние Мандельштама-Бриллюэна – с появлением в рассеянном свете линий, сдвинутых по частоте относительно возбуждающегосвета. В среде
изменяется колебательное, вращательное или электронное состояние молекул-атомов (комбинационное рассеяние) или звуковых волн (фононов)
– рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
Спектры рассеянияСпектр релеевского рассеяния – узкая несмещенная линия, окруженная более размытым фоном (крылья линии Релея). Для молекулярных газов: рассеяние на флуктуациях плотности дает узкую несмещенную линию; флуктуации анизотропии (ориентации молекул) приводят к размытой линии с шириной
Существенное изменение частоты: стоксов и антистоксов сдвиги. Квантовая интерпретация КР (рамановское) – двухфотонный процесс.
1
2
Стоксов сдвиг
1
2
Антистоксов сдвиг
Отношение интенсивностей антистоксова и стоксова рассеяний
2 1( )~ exp 1
Bk T
ВЫНУЖДЕННОЕ РАССЕЯНИЕ ВРМБ (акустические волны, электрострикционный механизм нелинейности)
(положительная обратная связь)
Увеличение интенсивности падающего на среду лазерного излучения
Увеличение интенсивности спонтанно рассеянного излучения
ВРМБРассеяние может инициироваться флуктуациями или же облучением среды дополнительным лазерным излучением. Разделение излучения на прямое и рассеянное и конечная угловая расходимость излучения.
z0 L
1
2
s
1 1 1, ,E k 2 2 2, ,E k
, , q
Световые волны
Звуковая волна
2 1
2 1
Условие фазового синхронизма 1 2 12 q k k k
Волновые и квазиоптические уравнения22 2 2
2 2 2 2
22 2 2
2
2
4, 1,2
,8
j j j
s
ee
E E Pnj
z c t c t
vt t
E
f
f
1 1 1 1
2 2 2 2
0
( , ) ( , ) exp[ ( )] . .
( , ) ( , ) exp[ ( | | )] . .
( , ) { ( , ) exp[ ( )] . .}
E z t E z t i k z t c c
E z t E z t i k z t c c
z t z t i qz t c c
Квазиоптические уравнения2
*1 2 exp[ ( ) . .
4eq E E i qz t c c
f
Нелинейная поляризация, приводящая к взаимодействию волн 1 и 2
1 2 1 10
*2 1 2 2
0
exp[ ( )] . .4
exp[ ( )] . .4
e
e
P E i k z t c c
P E i k z t c c
Опускаем члены самовоздействия (в общем случаеОдновременно протекают различные нелинейно-оптические процессы, включая самофокусировку)
Уравнения переноса
1 12
0
*2 21
0
22 2 2 *
1 2
2
2
2 ( ) 24
e
e
eMB MB s
E Eni E
z c t nc
E Eni E
z c t nc
qi i iqv E E
t z
2 11
2,s
MB MB p
nvq
c
p 1,2 - время жизни фонона,
При существенном затухании фононов в установившемся режиме
2 *1 2
2 24e
MB MB
q E E
i
Уравнения для оптических волн2 2 2
1 2 12 2
0
2 2 22 1 2
2 20
| |
8
| |
8
e
MB MB
e
MB MB
qdE E Ei
dz nc i
qdE E Ei
dz nc i
2| | , 1, 22j j
ncI E j
Уравнения для интенсивностей
1 21 2
dI dIgI I
dz dz 2
0 2 2
2 2
0 30
( / 2)
( ) ( / 2)MB
MB MB
e
s MB
g g
gnc v
Коэффициент ВРМБ-усиления
В приближении заданной накачки 1 constI
2 2( ) ( ) exp[ ( )]I z I L g L z g – коэффициент ВРМБ-усиления
/ 2MB / 2MB 0g
2
Среда , МГц , МГц см^2 /МВт
CS 5850 52 0.15
ацетон 4600 224 0.02
толуол 5910 579 0.013
вода 5690 317 0.005
кварц 17000 78 0.0045
Истощение накачки
1 2 1 2( ) ( ) , (0) (0)I z I z C C I I
2 1 22
1 1 2 2
(0)[ (0) (0)]( )
(0)exp{ [ (0) (0)]} (0)
I I II z
I gz I I I
2 1 22
1 1 2 2
(0)[ (0) (0)]( )
(0)exp{ [ (0) (0)]} (0)
I I II L
I gL I I I
Для протяженной среды 1 2 1 2( ) 0, (0) (0) ( )I L I I I L
- полная перекачка в стоксову компоненту. В таких условиях необходим учет высших стоксовых и антистоксовых компонент
ВРМБ и вынужденное релеевское (энтропийное) рассеяние
Термодинамическое описание среды с учетом электрострикции и поглощения излучения
Описываемые единым образом типы вынужденного рассеяния:
1. Электрострикционное ВРМБ: рассеяние света на звуковых волнах, вызываемое интерференцией лазерного и стоксова пучков из-за электрострикции
2. Тепловое ВРМБ: рассеяние света на звуковых волнах, вызываемое поглощением излучения, приводящим к нагреву среды и изменениям ее
плотности.3. Электрострикционное вынужденное релеевское рассеяние: рассеяние света
на изменениях плотности среды, вызываемых электрострикцией.4. Тепловое вынужденное релеевское рассеяние: рассеяние света на