СПОНТАННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА

1. СПОНТАННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА Рассеяние может происходить только в неоднородной среде. Неустранимым источником неоднородностей служат флуктуации (термодинамические и квантовые). Для анализа рассеяния света более важны термодинамические флуктуации. По характеру изменения частоты при рассеянии различают: 1. Релеевское рассеяние – без существенного изменения частоты излучения - без изменения внутреннего состояния атомов, молекул, коллективных возбуждений. 2. Комбинационное рассеяние (Рамана-Ландсберга-Мандельштама) + рассеяние Мандельштама-Бриллюэна – с появлением в рассеянном свете линий, сдвинутых по частоте относительно возбуждающегосвета. В среде изменяется колебательное, вращательное или электронное состояние молекул-атомов (комбинационное рассеяние) или звуковых волн (фононов) – рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.

2. 2 2 1 1 Спектры рассеяния Спектр релеевского рассеяния – узкая несмещенная линия, окруженная более размытым фоном (крылья линии Релея). Для молекулярных газов: рассеяние на флуктуациях плотности дает узкую несмещенную линию; флуктуации анизотропии (ориентации молекул) приводят к размытой линии с шириной Существенное изменение частоты: стоксов и антистоксов сдвиги. Квантовая интерпретация КР (рамановское) – двухфотонный процесс. (τ – время свободного пробега). Отношение интенсивностей антистоксова и стоксова рассеяний Стоксов сдвиг Антистоксов сдвиг

3. ВЫНУЖДЕННОЕ РАССЕЯНИЕ ВРМБ (акустические волны, электрострикционный механизм нелинейности) Увеличение интенсивности падающего на среду лазерного излучения Увеличение интенсивности спонтанно рассеянного излучения Интерференция падающего и рассеянного излучения Усиление пространственной модуляции интенсивности Усиление пространственной модуляции плотности среды (электрострикция) Увеличение рассеяния излучения (положительная обратная связь)

4. 1 s 2 z 0 L ВРМБ Рассеяние может инициироваться флуктуациями или же облучением среды дополнительным лазерным излучением. Разделение излучения на прямое и рассеянное и конечная угловая расходимость излучения. Световые волны Звуковая волна Условие фазового синхронизма

5. Волновые и квазиоптические уравнения

6. Квазиоптические уравнения Нелинейная поляризация, приводящая к взаимодействию волн 1 и 2 Опускаем члены самовоздействия (в общем случае Одновременно протекают различные нелинейно- оптические процессы, включая самофокусировку)

7. Уравнения переноса - время жизни фонона, При существенном затухании фононов в установившемся режиме

8. Уравнения для оптических волн Уравнения для интенсивностей

9. Коэффициент ВРМБ-усиления В приближении заданной накачки g– коэффициент ВРМБ-усиления

10. Истощение накачки Для протяженной среды - полная перекачка в стоксову компоненту. В таких условиях необходим учет высших стоксовых и антистоксовых компонент

11. ВРМБ и вынужденное релеевское (энтропийное) рассеяние Термодинамическое описание среды с учетом электрострикции и поглощения излучения Описываемые единым образом типы вынужденного рассеяния: • Электрострикционное ВРМБ: рассеяние света на звуковых волнах, • вызываемое интерференцией лазерного и стоксова пучков из-за электрострикции 2. Тепловое ВРМБ: рассеяние света на звуковых волнах, вызываемое поглощением излучения, приводящим к нагреву среды и изменениям ее плотности. 3. Электрострикционное вынужденное релеевское рассеяние: рассеяние света на изменениях плотности среды, вызываемых электрострикцией. 4. Тепловое вынужденное релеевское рассеяние: рассеяние света на изменениях плотности среды, вызванных поглощением оптического излучения Описание среды: уравнения гидродинамики, уравнение теплопроводности, уравнение состояния

12. - коэф. вязкости Уравнение состояния Описание среды Уравнение непрерывности - плотность среды, u- скорость Уравнение Навье-Стокса Уравнение теплопроводности

13. Линеаризация Линеаризованное уравнение непрерывности Линеаризованное уравнение состояния

14. Линеаризация Линеаризированное уравнение Навье-Стокса Линеаризованное уравнение теплопроводности (Применяем div к линеаризированному уравнению Навье-Стокса и используем линеаризированное уравнение непрерывности) Исключаем скорость

15. Поле двух волн содержит перекрестный член, отвечающий биениям с частотой и волновым числом rи τ - медленно меняющиеся функции z (пренебрегаем их производными по z) – сильное затухание звука и других возмущений среды

16. Амплитуды волн в среде Резонансы знаменателя

17. ВРМБ Резонансы при Вынужденное релеевское рассеяние Низкочастотный резонанс – при Ω = 0

18. Нелинейная поляризация среды фазы

19. Интенсивности оптических волн ВРМБ – вклад электрострикции и поглощения:

20. ВРМБ, электрострикционный и абсорбционный механизмы Для электрострикционного вклада максимум при Для абсорбционного вклада максимум при Абсорбционный механизм сильнее электрострикционного в случае сильнопоглощающих жидкостей (с коэффициентом поглощения

21. Вынужденное релеевское рассеяние , , Электрострикционный механизм: максимум при Абсорбционный механизм: максимум при Сравнение абсорбционных механизмов релеевского и МБ-рассеяния: