GLAD：瞬態拉曼效應

概述
 

1928年，光波被散射后頻率發生變化的現象被印度物理學家拉曼發現，因此被命名為拉曼散射。拉曼散射可以分為自發拉曼散射和受激拉曼散射。自發拉曼散射源于熱振動聲子對于入射光的散射。受激拉曼散射則是強激光與物質相互作用時產生的受激聲子對于入射光的散射。

 

系統描述
 

本例展示了如何模擬瞬態拉曼效應。當高功率超短激光脈沖在大氣中傳播時，若脈沖寬遠遠小于拉曼過程的時間常數，則該作用過程就可以通過求解描述瞬態拉曼過程的方程組進行模擬。理論手冊第9章中包含對瞬態拉曼效應方程的完整描述。
 

在瞬態拉曼效應的模擬過程中有一個關鍵問題需要解決，那就是如何處理自發輻射的角度。更精細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，這樣瞬態增益將會比穩態增益小很多。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拉曼效應、受激拉曼效應以及衍射效應。
 

沒有受激拉曼放大下的自發輻射開始會線性增長，但是隨著傳播距離的增加，就會有越來越多的空間分量散射出主光路，最終自發輻射到達一個穩定值。越大的采樣陣列能夠涵蓋的自發輻射角度越大，但同時散射效應作用的距離也更短。

模擬結果

 

圖1.沒有受激拉曼放大下時自發輻射的增長過程（采樣陣列為64*64）

圖2.沒有受激拉曼放大下時自發輻射的增長過程（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度比隨傳輸距離的變化（對數坐標，采樣陣列為64*64）

 

圖6.斯托克斯光與入射激光的強度比隨傳輸距離的變化（對數坐標，采樣陣列為256*256）