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受激布里渊散射及高超声速相干波的生成
由高超声速晶格震动和散射光想干放大激光的SBS已被在适应和蓝宝石中产生。
这个过程类似于分子震动被接近3x1010 cps的声波取代。
压缩或剪切都可以激发,其中压缩波最实用,可将其描述为电致伸缩效应。
两列频率差为一定值的光可以产生一个同等频率的,且压力与电场的二次方有关的压缩波,并形成拍频。
同样也可通过改变诱导磁矩大小与电磁波耦合。
假设有一列高频波、一列声波和散射的电磁波。
经过计算可得出K0=K-1+K s时可得到最大增益。
推导可得一关系式:当中v是频率为Ws的声波的速度,n是折射率(假设对于Wo和Wo-Ws是一致的)。
布里渊给出了最初的基于热激发声波的光散射理论。
而这里说的受激发射和放大是正常拉曼作用。
当光波在谐振器内振荡时,声波和散射波建立的阈值条件可以由公式导出,正常体积弹性模量下,谐振器输出的能流要想满足放大,阈值条件为1MW/cm2。
Kroll分析了行波的情况,尤其是后向散射光的过程,这种情况下需要满足阈值条件可由另一公式导出。
实际上利用巨脉冲激光器的短脉冲产生的声波和散射光,光的强度要相对阈值高,只有满足了这些条件,散射光才能更容易地被捕捉到(正常情况下散射光很难观察到)。
受激布里渊现象的观测实验的布置在图1给出。
一台红宝石巨脉冲激光器产生高能量密度的6940A激光,大约50MW,脉宽30ns的脉冲会被注入到样本中。
在晶体内的焦点处没有光学畸变,功率密度约为105MW/cm2量级。
布里渊后向散射光具有最大的频移量和对角度最低的特性,因此可以为实验带来更高的分辨率和对频移量更高的测量精度。
此外,散射光和相应的声波从波矢方程来看,当和入射光在同一方向时,能达到最大值。
由图1中凸透镜L1收集到的后向散射光将用两个F-P干涉
仪分析。
不同强度的激光在分束器和反射镜M1,M2(反射率分别为1和0.1)的作用下进入干涉仪。
因此通过对两个干涉仪的图像对比可以分辨出激光和后向散射光。
布里渊散射光很强,与入射光差不多。
蓝宝石的散射光干涉图相对较暗,这种情况在石英的90°散射时也出现了。
他们与Krishnan的正常布里渊散射的到的变化一致。
因此,与正常散射相比,我们确实观察到了高强度的布里渊散射,声波的发生和放大显著。
每个光脉冲都足以产生这种高强度的布里渊散射,却也引起晶体内部的损坏。
这是因为高强度的声波的局部高压或者声波的阻尼产生的局部热量造成的。
后者产生的热量相比好的光学材料的正常的光学吸收大得多。
在低温下,声学损失很小,阈值也低得多,较长、密度稍低的光脉冲也应该能激发更多的、更好的声波。
基于受激布里渊散射的高超音速声波的放大可能会被看作是光子的受激振荡过程,尽管也被称作参量放大,但是机制与利用顺磁性材料产生的光子受激振荡有很大差别。
它提供了一种产生高强度高超音速的方法。
远远高于以前得到的频率。
此外,超高音速可以在很多材料中获得与研究,而不是仅仅几种材料。
在反常色散区,如此高频率的相干振荡也能产生,与声学频谱的光分支和极端情况下分子的正常拉曼散射相符。