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石英光纤的受激拉曼散射及拉曼光纤激光器研究.pdf


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石英光纤的受激拉曼散射
及拉曼光纤激光器研究

(深圳大学工程技术学院机械设计制造及其自动化邓莹)

论文摘要:受激拉曼散射(SRS)是光纤非线性光学中一个很重要的非线性过程,SRS
一般具有较高的阈值,在以往的实验中通常以调 Q 固体激光器或锁模激光器作为泵浦源;
本次实验利用连续波掺 Yb 双包层光纤激光器为泵浦源,对单模石英光纤中受激 Raman 散
射谱的形成过程进行了实验研究。结果表明,由自发 Raman 散射向受激 Raman 散射演化的
过程中 Stokes 谱宽度不断变窄。当 Stokes 波信号功率较强时,在 Raman 光谱内部会出现能
量红移现象。通过实验对受激拉曼散射的物理机制进行研究学****同时,利用受激拉曼散射
产生红外波段激光,并对其振荡机理进行了分析。
关键词:受激拉曼散射;非线性效应;拉曼光纤激光器;拉曼增益
教师评点:利用连续掺 Yb 双包层光纤激光器为泵浦源,在解决泵浦光与单模石英光纤
有效耦合的基础上,对光纤中受激拉曼(Raman)散射谱的形成过程进行了实验研究。结果
表明,由自发拉曼散射向受激拉曼散射演化的过程中光谱宽度不断变窄,并观察到光谱峰值
相对于泵浦光的频移量从 440cm-1 转化到 490 cm-1,并对 F-P 腔的拉曼激光器进行了初步研
究。通过实验研究,掌握了必要的知识和研究方法,在实验中表现出较强的动手能力,并对
实验中观察到的现象能进行一定的分析,是一篇优秀论文。

1 引言
受激拉曼散射(SRS)是光纤非线性光学中一个很重要的非线性过程。通过对受激散射
效应的研究,大大加深了人们对强激光与物质相互作用规律的认识。拉曼光纤激光器是一种
基于受激拉曼散射效应的光纤激光器,只要具备合适的泵源,它能够在很大的波长范围那获
得激光输出,并可进行宽带调谐。早在 20 世纪 70 年代人们就研制了拉曼光纤激光器,但由
于泵浦源及光纤制作工艺的制约,这种激光器的性能一直未达到实用的水平。近年来激光器
和光纤技术取得了巨大进步,为拉曼光纤激光器的发展创造了十分有利的条件。
2 受激拉曼散射基本原理
拉曼散射现象通常发生在由分子组成的纯净介质中。组成介质的分子是由一定的原子和
离子组成的,它们在分子内部按一定方式运动。分子内部粒子间的这种相对运动导致分子感
生电偶极矩随时间的周期性调制,从而可以产生对入射光的散射作用。在单色光入射情况下,
这将使散射光的频率相对于入射光而言发生一定的移动,频移量的大小正好等于上述调制频
率,亦即与散射分子的组成和内部相对运动规律有关。因此,拉曼散射光谱是研究物质结构
的重要工具。激光为散射介质提供了一个高亮度的相干光源,其散射光也具有相干特性,称
作受激拉曼散射(SRS)。
当一束频率ωp 的光入射进其共振频率为ωv 的介质时,当ωs=ωp-ωv 时称作斯托
克斯散射,ωas=ωp+ωv 时称作反斯托克斯散射。斯托克斯散射光的强度可比反斯托克
斯强度大几个量级。共振频率ωv 可以是介质分子的振动频率,也可以相应于电子能级或其
他能态。这种拉曼散射过程如图 1 所示。图(a)表示分子原来处于基态 v=0 上,一频率为
ωp 的入射光子被分子吸收的同时发射一个频率为ωs=ωp-

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