什么是拉曼散射?

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透明光学介质对穿过介质的光的光强度的非线性响应非常快, 但不是瞬间的. 特别, 非瞬时响应是由晶格中的振动引起的 (或玻璃). 当这些振动与光声子相关时, 这种效应称为拉曼散射, 而声学声子与布里渊散射有关. 例如, 当两束波长不同的激光束 (通常具有相同的极化方向) 通过拉曼活性培养基一起繁殖, 波长较长的光束 (称为斯托克斯波)) 可以光学放大，但代价是较短波长的光束. 另外, 晶格振动被激发, 导致温度升高. 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. 如果斯托克斯频移对应于几太赫兹的频差，则增益可能很大.

拉曼散射不仅发生在固体材料中, 但也存在于液体或气体中. 例如, 分子玻璃具有振动/旋转激发，观察到的斯托克斯位移与这些相关.

拉曼散射过程中, 泵浦光子被转换为能量较低的信号光子, 光子能量的差异被声子带走 (晶格振动的量子). 原则上, 已经存在的声子也可能与泵浦光子相互作用，以产生属于较短波长反斯托克斯波的更高能量的光子. 然而, 该过程通常较弱, 尤其是在低温下. 注意, 然而, 如果过程相位匹配，则四波混合也会产生强烈的反斯托克斯光.

当产生的斯托克斯波的强度变得足够高时, 该波可以再次充当进一步拉曼过程的泵. 尤其是在一些拉曼激光器中, 可以观察到多个 Stokes 阶数 (级联拉曼激光器).

拉曼散射也称为非弹性散射，因为所涉及的光子能量损失在某种程度上让人想起机械物体碰撞中动能的损失.

除了上述激发的拉曼散射效应外, 可以用经典物理学来描述, 还有由量子效应引起的自发拉曼散射.

拉曼散射也可能发生在, 例如, 超短光脉冲, 从而有效地将脉冲的光谱包络转移到更长的波长 (拉曼自频移, 也称为孤子自频移).

一些典型的拉曼活性介质是

某些分子气体, 如氢气 (H 2 ), 甲烷 (中文 4 ), 和二氧化碳 (CO 2 ), 用于拉曼移位器的高压电池
固体介质（如玻璃纤维）或某些晶体（如氮化钡）= Ba(不 3)2, KGd 等各种钨酸盐(窝 4)2 = KGW 和 KY(窝 4)2 = KYW, 和合成钻石

拉曼效应与克尔效应同时发生, 这是由于 (几乎) 电子的瞬时响应.

数字 1: 光纤放大器中脉冲频谱的演变. 靠近右端, 激发拉曼散射将大部分功率转移到较长波长的分量中. 作为案例研究的一部分, 使用软件 RP Fiber Power 进行模拟.
数字 2: 抛物线折射率多模光纤中的光功率演变, 作为案例研究的一部分，通过软件 RP Fiber Power 的数字波束传播功能进行仿真. 信号波被强烈放大，而泵浦波被严重耗尽. 转换过程涉及多种模式.

在强脉冲光纤放大器等光纤设备中, 拉曼散射可能是有害的: 它将大部分脉冲能量转移到没有发生激光放大的波长范围内. 这种影响可能会限制此类设备中可实现的峰值功率. 即使在连续波高功率光纤激光器和放大器中也是如此, 拉曼散射可能是一个问题. 然而, 此问题有几种解决方案, 包括 CHI 脉冲放大和特殊光纤设计的使用) 通过衰减拉曼位移的波长分量来抑制拉曼散射.

在块状介质中，例如一些非线性晶体材料, 如果泵浦强度相当高且光束宽度足够大, 即使通过非共线相位匹配，也可能发生不需要的激发拉曼散射. 这可能会发生, 例如, 在以强泵浦脉冲运行的光学参数发生器中.

拉曼散射也用于拉曼光谱. 特别, 它允许研究固体材料的振动模式和分子的振动/旋转状态.