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水中受激布里渊散射和受激拉曼散射特性研究

夏健  
【摘要】:近来在非线性光学中对受激布里渊散射和受激拉曼散射的研究已成为非常重要的课题。受激布里渊散射(SBS)和受激拉曼散射(SRS)是两种相类似的受激散射过程。受激拉曼散射作为一种典型的受激散射,和受激布里渊散射共同竞争泵浦激光的能量,竞争的结果与作用介质的参数、入射激光光谱性质有关。就液体材料而言,在单纵模激光泵浦下,受激布里渊散射因其极大的稳态增益极易在竞争中占据绝对优势,而受激拉曼散射却被极大的抑制。然而最近的一些研究表明,随着激光能量的增强,液体水中的受激布里渊散射虽然占据主导地位,背向受激拉曼散射却开始呈指数上升的势头,他们之间不仅存在相互竞争,而且他们之间还存在共生关系。本文研究了水的衰减系数和有效增益长度对受激布里渊散射及受激拉曼散射之间共生关系的影响。 实验通过打开和关闭激光器上的激光种子开关可获得线宽宽带为30GHz,窄带为90MHz的激光,通过调节激光器放大和振荡级之间的延时来改变激光器输出的能量。实验选用5种不同衰减系数的水,四个有效增益长度为0.8米、1.2米、1.6米、2.0米进行测量;在相同的衰减系数下,分别测量和分析激光在四个有效增益长度的水槽中受激布里渊散射和受激拉曼散射能量信号;在相同的有效增益长度下,分别对不同衰减系数的水槽进行测量和分析。实验结果表明,由于脉宽压缩效应,当入射光能量足够高并且有效增益长度相对较长时,受激布里渊散射易获得高能量而形成极高的峰值功率。一旦这种峰值功率超过受激拉曼散射或者二阶受激布里渊散射阈值,受激布里渊散射就会作为一个新的激发源去激发受激拉曼散射或者二阶受激布里渊散射,从而消耗掉部分受激布里渊散射的能量,所以当入射激光能量足够高时,水的衰减系数越小,SBS输出能量越高,同时对受激拉曼散射放大效应就越大;有效增益长度越长,受激布里渊散射发生的越充分,用于激发SRS的能量就越多,SBS输出能量就越低。 同时本文从理论和实验上研究了水中的盐度与受激布里渊散射阈值的关系。结果表明,随着入射光能量增加到一定值时,窄带模式下的衰减系数曲线开始与宽带下的衰减系数曲线分离,也就是窄带下的入射激光能量达到了受激布里渊散射的阈值。并且随着水的盐度的增加,窄带下的衰减系数分离点的能量变大,受激布里渊散射的阈值也变大了。


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