趙崎策，陶宗慧，夏 騰，杜 丹，王琳楠

(長(zhǎng)春中國(guó)光學(xué)科學(xué)技術(shù)館，長(zhǎng)春130117)

光在通過(guò)介質(zhì)的時(shí)候，會(huì)有一部分的能量偏離原來(lái)的傳播方向而向空間的其他方向彌散開(kāi)來(lái)，我們把這種現(xiàn)象稱(chēng)之為散射。

1928年，印度物理學(xué)家拉曼(C.V.Raman)和克利希南(K.S.Krishnan)在研究液體苯對(duì)光的散射時(shí)候，從實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了這種散射，所以稱(chēng)它為拉曼散射。受激拉曼散射效應(yīng)的出現(xiàn)，不僅豐富了受激發(fā)射的波長(zhǎng)，而且開(kāi)拓了強(qiáng)激光與物質(zhì)相互作用新的領(lǐng)域。從基礎(chǔ)研究的角度來(lái)看，SRS效應(yīng)的出現(xiàn)不僅促進(jìn)了已有的拉曼散射技術(shù)的新發(fā)展，而且擴(kuò)展了產(chǎn)生強(qiáng)相干光輻射的基本物理機(jī)制。目前，受激拉曼散射是產(chǎn)生可調(diào)諧激光輻射的有效方法之一［1，2］。

1 受激拉曼散射

受激拉曼散射與自發(fā)拉曼散射相比有以下幾點(diǎn)特性［3］:

第一，受激拉曼散射有明顯的閾值性。只有當(dāng)入射的激光光強(qiáng)超過(guò)一定值以后，受激拉曼散射才會(huì)發(fā)生。而不論入射光強(qiáng)如何，自發(fā)拉曼散射總是能發(fā)生。

第二，受激拉曼散射光的方向性很好。當(dāng)入射的激光光強(qiáng)超過(guò)了激勵(lì)閾值以后，拉曼散射的光束空間發(fā)散角顯著變小，一般是可以達(dá)到和入射激光相接近的發(fā)散角。一階斯托克斯輻射的發(fā)散角約為1o～2 o，并且受激拉曼的散射光主要發(fā)生在前向和后向，而自發(fā)拉曼散射光方向性不明顯。

第三，受激拉曼散射光的強(qiáng)度很高。它的光強(qiáng)可以達(dá)到與入射激光光強(qiáng)或功率密度相比擬的程度。在一般的情況下，入射光向拉曼散射光的能量轉(zhuǎn)換效率為25%。當(dāng)入射光的強(qiáng)度達(dá)到閾值后，拉曼散射光甚至隨入射功率的增加而成指數(shù)倍的增長(zhǎng)。

第四，受激拉曼散射光具有高階散射性。在加強(qiáng)入射光的光強(qiáng)或增加介質(zhì)長(zhǎng)度時(shí)，便可出現(xiàn)高階散射光［4，5］。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)一:一級(jí)放大1064 nm激光實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)所采用的是退壓式電光調(diào)Q方式，室溫時(shí)，電光晶體的關(guān)門(mén)電壓為946 V，合適晶壓為3460 V。未加放大級(jí)測(cè)得的1064 nm激光的輸出能量，如表1所示。

表1 1064 nm輸出能量隨注入能量的變化Tab.1 1064 nm output energy changes with the implantation energy

實(shí)驗(yàn)中所用的電源的儲(chǔ)能電容為C=100 μF，電源注入能量的計(jì)算公式為E=1/2*C*V2，其中V為電源注入電壓。在本振級(jí)注入能量一定時(shí)，依次加大放大級(jí)的注入能量，測(cè)得的1064 nm激光的輸出能量如表2所示。

表2 輸出1064 nm激光的基本參數(shù)Tab.2 Basic parameters of output 1064 nm laser

2.2 實(shí)驗(yàn)二:以LBO為三混頻晶體的BN晶體受激拉曼散射的實(shí)驗(yàn)

第一，用LBO作為三混頻晶體，由于考慮到LBO的尺寸很小，實(shí)驗(yàn)中在本振級(jí)的YAG棒上加一Φ2的小孔。

圖1 實(shí)驗(yàn)光路圖Fig.1 Experimental light path diagram

小結(jié):實(shí)驗(yàn)得到了355 nm紫光，但是未觀察到受激拉曼散射現(xiàn)象，分析原因是紫光太弱。因?yàn)榧由闲】坠怅@后，只有低階橫模才能形成振蕩，高階橫模因衍射損耗掉，因此泵浦光能量很小。

第二，在上面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)稍作改動(dòng)，拿去Φ2小孔，在倍頻晶體后放一1 m透鏡，將光斑聚焦到三混頻晶體LBO上。

圖2 實(shí)驗(yàn)光路圖Fig.2 Experimental optical path diagram

因考慮到晶體有一定的損傷閾值，通過(guò)透鏡聚焦后，峰值功率密度很大，為了防止損傷晶體，電源注入能量不大。在實(shí)驗(yàn)中得到355 nm的紫光，但未觀察到受激拉曼散射現(xiàn)象。

3 小結(jié)

本文簡(jiǎn)要介紹了拉曼散射的發(fā)展過(guò)程和拉曼散射發(fā)展?fàn)顩r。以受激拉曼散射的理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建了一套完整的BN晶體受激拉曼散射實(shí)驗(yàn)系統(tǒng):泵浦源部分是采用了1064 nm激光倍頻和頻光355 nm激光;拉曼晶體部分為BN晶體。

從試驗(yàn)一中的光斑圖可看出，光斑的模式均勻性較好，無(wú)強(qiáng)點(diǎn)，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)的要求。當(dāng)光具有強(qiáng)點(diǎn)的時(shí)候，局部產(chǎn)生大的峰值功率密度，易造成晶體的損壞。加一級(jí)放大的目的是保證輸出能量有一定的余量，實(shí)驗(yàn)中若355 nm激光不足以達(dá)到BN晶體的拉曼閾值，可以通過(guò)加大注入能量使得輸出的1064 nm激光的能量進(jìn)一步加大，從而達(dá)到輸出的355 nm激光的能量加大的目的。

［1］ T.T.BASIEV，A.A.SOBOL，P.G.ZVEREV，etc.Raman spectroscopy of crystals for stimulated Raman scattering［J］.Opt.Mater，1999，11(4):307—314.［2］ P.G ZVEREV，W JIA，and H LIU.Vibrational dynamic of the Raman-active mode in barium nitrate crystal［J］.OPTICS LETTERS，1995，20(23):2378—2380.

［3］ 沈柯.激光原理［M］.北京:高等教育出版社，1986.

［4］ 葛文偉.鎢酸鋇拉曼激光晶體的生長(zhǎng)及其性質(zhì)研究［D］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2007.

［5］ 劉頌豪，赫光生.強(qiáng)光光學(xué)及其應(yīng)用［M］.廣州:廣東科技出版社，1995.