定义
涉及光学声子的非线性散射过程。
非线性 χ(3)透明光学介质对通过介质传播的光的光强度的响应非常快，但不是瞬时的。特别是，延迟非线性响应是由晶体（或玻璃）晶格的振动引起的。当这些振动与光学声子相关时，这种效应称为拉曼散射，而声声子与布里渊散射有关。例如，当两个具有不同波长（通常具有相同偏振方向）的激光束通过拉曼活性介质一起传播时，较长波长的光束（称为斯托克斯波）可以经历光放大，而牺牲较短波长的光束。此外，晶格振动被激发，导致温度升高。较长波长光束的拉曼增益可用于拉曼放大器和拉曼激光器。如果斯托克斯频移对应于几太赫兹的频率差，则该增益可能很大。
图1显示了光纤中拉曼散射的数值模拟，用于纳秒脉冲的信号放大。它表明，在合适的条件下，拉曼转换可以非常高效。
图1：抛物线折射率多模光纤中光功率的演变，作为案例研究的一部分，使用软件 RP 光纤功率的数值光束传播功能进行仿真。信号波被强烈放大，而泵浦波被强烈耗尽。转换过程中涉及多种模式。
拉曼散射不仅可能发生在固体材料中，还可能发生在液体或气体中。例如，分子玻璃具有振动/旋转激发，观察到的斯托克斯位移与这些激发有关。
拉曼效应与克尔效应一起发生，克尔效应是由（近乎）瞬时的χ(3)电子的响应。
光子和声子的相互作用
在拉曼散射过程中，一个泵浦光子被转换成一个低能信号光子，光子能量的差异被声子（晶格振动的量子）带走。
原则上，已经存在的声子也有可能与泵浦光子相互作用以产生一个更高能量的光子，属于较短波长的反斯托克斯波。然而，这个过程通常很弱，特别是在低温下。但是请注意，如果该过程是相位匹配的，则四波混合也可能产生强烈的抗斯托克斯光。
拉曼散射可以是自发的，也可以是刺激的。当有泵浦波但没有信号输入波（即没有信号输入光子）时，就会发生自发拉曼散射。它可以被认为是一种量子效应——信号场零点振荡的放大。
拉曼散射也称为非弹性散射，因为所涉及的光子能量损失有点让人联想到机械物体碰撞中动能的损失。
拉曼活性培养基
一些典型的拉曼活性培养基是
- 某些分子气体，例如氢气（H2），甲烷（ CH4）和二氧化碳（CO2），例如用于拉曼移位器的高压单元
- 固态介质，如玻璃纤维或某些光学晶体，例如氮化钡 = Ba（NO3)2，各种钨酸盐，如KGd（WO4)2= KGW 和 KY（WO4)2= KYW 和人造金刚石
级联拉曼散射
当产生的斯托克斯波的强度变得足够高时，该波可能再次充当进一步拉曼过程的泵浦。特别是在一些拉曼激光器中，可以观察到几个斯托克斯阶（级联拉曼激光器）。
超短脉冲拉曼散射
拉曼散射也可能发生在宽光谱范围内，例如超短光脉冲，有效地将脉冲的光谱包络向更长的波长移动（拉曼自频移，当涉及孤子脉冲时也称为孤子自频移）。
在光纤设备（例如用于强脉冲的光纤放大器）中，拉曼散射可能是有害的：它可以将大部分脉冲能量转移到不会发生激光放大的波长范围内。图 2 显示了一个示例案例的模拟。这种效应会限制此类设备可实现的峰值功率。
图2：光纤放大器中脉冲频谱的演变。在右端附近，很大一部分功率通过受激拉曼散射转移到更长波长的分量中。作为案例研究的一部分，使用软件RP光纤功率进行了仿真。
更多关于不必要的拉曼散射信息
即使在连续波高功率光纤激光器和放大器中，拉曼散射也可能是一个问题。然而，对于这些问题，有各种各样的解决方案，包括啁啾脉冲放大和使用特殊的光纤设计（参见例如[9]），通过衰减拉曼位移波长分量来抑制拉曼散射。
在块状介质中，例如某些非线性晶体材料，如果泵浦强度相当高且光束宽度足够大，即使通过非共线相位匹配也可能发生不需要的受激拉曼散射。例如，在以强泵浦脉冲运行的光学参数发生器中，可能会发生这种情况。
拉曼光谱
拉曼散射可用于拉曼光谱。特别是，它允许人们研究固体材料的振动模式和分子的振动/旋转状态。
参考文献
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