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GLAD：瞬態(tài)拉曼效應(yīng)

概述
 

1928年，光波被散射后頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象被印度物理學(xué)家拉曼發(fā)現(xiàn)，因此被命名為拉曼散射。拉曼散射可以分為自發(fā)拉曼散射和受激拉曼散射。自發(fā)拉曼散射源于熱振動(dòng)聲子對(duì)于入射光的散射。受激拉曼散射則是強(qiáng)激光與物質(zhì)相互作用時(shí)產(chǎn)生的受激聲子對(duì)于入射光的散射。

 

系統(tǒng)描述
 

本例展示了如何模擬瞬態(tài)拉曼效應(yīng)。當(dāng)高功率超短激光脈沖在大氣中傳播時(shí)，若脈沖寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于拉曼過程的時(shí)間常數(shù)，則該作用過程就可以通過求解描述瞬態(tài)拉曼過程的方程組進(jìn)行模擬。理論手冊(cè)第9章中包含對(duì)瞬態(tài)拉曼效應(yīng)方程的完整描述。
 

在瞬態(tài)拉曼效應(yīng)的模擬過程中有一個(gè)關(guān)鍵問題需要解決，那就是如何處理自發(fā)輻射的角度。更精細(xì)的空間采樣就可以考慮更大的立體角。在本例中，我們只考慮初始10ps的作用過程，這樣瞬態(tài)增益將會(huì)比穩(wěn)態(tài)增益小很多。模擬過程中我們將傳播距離分30步完成，每一步1km，每一步綜合考慮自發(fā)拉曼效應(yīng)、受激拉曼效應(yīng)以及衍射效應(yīng)。
 

沒有受激拉曼放大下的自發(fā)輻射開始會(huì)線性增長(zhǎng)，但是隨著傳播距離的增加，就會(huì)有越來越多的空間分量散射出主光路，最終自發(fā)輻射到達(dá)一個(gè)穩(wěn)定值。越大的采樣陣列能夠涵蓋的自發(fā)輻射角度越大，但同時(shí)散射效應(yīng)作用的距離也更短。

模擬結(jié)果

 

圖1.沒有受激拉曼放大下時(shí)自發(fā)輻射的增長(zhǎng)過程（采樣陣列為64*64）

圖2.沒有受激拉曼放大下時(shí)自發(fā)輻射的增長(zhǎng)過程（采樣陣列為256*256）

 

  

圖3.30km處斯托克斯光的分布（采樣陣列為64*64）

 

圖4.30km處斯托克斯光的分布（采樣陣列為256*256）

 

  

圖5.斯托克斯光與入射激光的強(qiáng)度比隨傳輸距離的變化（對(duì)數(shù)坐標(biāo)，采樣陣列為64*64）

 

圖6.斯托克斯光與入射激光的強(qiáng)度比隨傳輸距離的變化（對(duì)數(shù)坐標(biāo)，采樣陣列為256*256）