T325 拉曼效應、拉曼散射、拉曼受激散射、拉曼受激散射放大器

2021-01-18 光通信女人

    計劃是寫拉曼放大器,這得先寫受激拉曼散射,又牽扯到拉曼效應。

   

   之前那篇拉曼效應因為電腦壞掉原始文檔也over了,乾脆再畫一遍。


   拉曼爺爺在印度是神一般的存在,自帶光環的一生,雖然拉曼在科學上作出卓越的貢獻,可他最喜歡的是玫瑰。   去世時,被葬於他的玫瑰花園。



1921年,33歲的拉曼,代表印度最高學府加爾各答大學,到牛津參加大英國協的大學會議,還去英國皇家學會發表個演講。


   要知道,這在當時的印度有多難,想當年18歲的拉曼就發表nature的文章,可是印度是英國的殖民地,要想成為科學家就先要到英國受訓,拉曼帥哥身體不好達不到受訓的條件。


   當時的印度只有會計這個職業不需要去英國受訓,19歲高智商的拉曼考了會計第一名,去財政部賺五鬥米餬口,業餘時間做科研。


    這是一種多fighting的人生,多無奈的現實啊。10年之後,拉曼業餘的科研成就已經卓越的不要不要的,就被特聘成教授。


   所以33歲的拉曼叔叔代表印度最高學府參加大英國協的大學會議,是相當不容易。


   意氣風發的拉曼叔叔在回程的郵輪上,人生如此輝煌,天藍藍海藍藍


然後,遇到一位母親無法回答孩子的問題,拉曼叔叔是科學家叔叔啊,16歲就知道瑞利叔叔,他說:


可是,科學家拉曼再一琢磨,細細的觀察之後,發現


藍和藍不一樣

拉曼爺爺的小宇宙再次爆發,參加學術會議還帶著各種光學儀表呢,邊做實驗邊寫論文。

在船中途靠岸休息時,這兩篇光芒四射的論文寄走了。


他寫的是什麼:海水的藍,不是天空的藍的反射,而是光與水分子作用後的新光子,新頻率導致的新顏色。

之後的7年,拉曼叔叔的小組開始各種研究,用量子力學的角度來解釋拉曼散射和瑞利散射。


瑞利散射木有能量交換隻改變了光子的方向


瑞利散射有能量交換





7年發表了五六十篇論文。國華在想,19歲拉曼同學考會計時時什麼心情~~~


這麼閃耀的大獎,大伙兒不知道怎麼用,因為散射的光太弱啦。

人生就是這樣子,一直做一直做,春天的玫瑰種子總有一天開出耀眼的玫瑰,一朵朵鮮豔的玫瑰來安撫拉曼的人生。


之後,拉曼叔叔繼續做著研究,42歲的拉曼叔叔,靜靜地研究到72歲的拉曼爺爺,這時世界上傳來一個聲音


梅曼發明雷射器啦~~~~


拉曼爺爺的小宇宙再次迸發,我的散射終於派上用場啦~~


1962年伍德伯裡(Woodburry)和恩戈(Ng)在研究以硝基苯作Q開關紅寶石雷射器的克爾盒時,探測到從克爾盒發射出的強紅外輻射信號,波長是767.0nm。按照紅寶石的能級及其與諧振腔的耦合來看,該裝置輸出的雷射光譜只存在694.3nm譜線。然而,用分光儀測量波長時,發現若無克爾盒時,確實只存在694.3nm譜線,—旦在腔中加上硝基苯克爾盒,則除了694.3nm外,還有767.0nm譜線。經反覆研究,紅寶石材料的確不存在767.0nm譜線。後來證實它是硝基苯所特有的,是由強紅寶石雷射引起的一條拉曼散射斯託克斯譜線


什麼是斯託克斯線,前頭有斯託克斯光子的說法,光子把能量送給分子,產生一個斯託克斯光子,在光譜上是這樣。


光子把能量給分子,咦,這不是電子可以獲得能量了哇( 這和雷射器的受激輻射咋就辣麼像?)   


光子有時候也欺負物體分子,吸收人家的能量。叫反斯託克斯光子,生成的光譜叫反斯託克斯線。


斯託克斯光子,是物體吸收光子能量,哇,這事情好玩兒。然後就有了受激拉曼散射。



光子把能量送給電子,電子激發,加上分子振動,然後一生二,二生四,這就可以放大啦~~~


有些物體有點貴,比如金剛石啦,這要給國華,首選做成鑽戒。


來一段教科書:


(1)液體:主要是以苯(C6H6)、二硫化碳(CS2)、四氯化碳(CCl4)、丙酮、二甲亞碸等為代表的幾十種有機液體,它們具有較大的拉曼散射截面和一些熟知的散射頻移譜線,散射頻移對應這液體分子的振動拉曼躍遷。


(2)固體:主要是以金剛石、方解石、鈮酸鋰、硝酸鋇、鎢酸鋇等為代表的單晶體,此外尚有光學玻璃和光學玻璃纖維等介質,散射頻移也對應這分子或玻璃體網絡單元的振動拉曼躍遷。


(3)氣體:高效率的SRS可在很多分子氣體(如H2、D2、N2、CH4、SF6等)系統中產生,受激拉曼可以分別是基於這些分子的振動、振-轉或純轉動拉曼躍遷,工作氣壓通常在幾十個大氣壓以上,以獲得較高的增益因子。此外,利用某些金屬原子蒸氣作為介質,也可以產生對應於電子躍遷的受激喇曼散射。




拉曼光纖放大器(Raman Fiber Amplifier,RFA),是利用受激拉曼散射效應(SRS:Stimulated Raman Scattering)來工作的。


如果一個弱信號光與一個強泵浦光同時在一根光纖中傳輸,強泵浦光的能量通過SRS耦合到光纖矽材料的振蕩模中,然後又以較長的波長發射,該波長就是信號光的波長,從而使弱信號光得到放大,獲得拉曼增益。




相關焦點

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    2、引導學生理解課文中含義深刻的句子,體會拉曼不斷追求、勇於探索的精神。3、學會「惰、忌、諱、液」4個會認字和「惰、稚、疚、液」4個會寫字,掌握「惰性氣體、愧疚、液體、閉目塞聽、陽光融融、暖風徐徐、源源不斷」等詞語。教學重點:了解印度科學家拉曼是如何發現光散射效應的。
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  • 從海水顏色到拉曼效應
    「拉曼效應」又稱拉曼散射,是在強光照射時產生的一類散射現象。拉曼效應是研究海水顏色發現的,也因此一舉使拉曼獲得了諾貝爾物理學獎的殊榮。
  • 拉曼光譜儀如此受市場歡迎的關鍵點在於什麼?
    拉曼光譜(Raman spectra),是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基於印度科學家C.V.拉曼(Raman)所發現的拉曼散射效應,對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉動方面信息,並應用於分子結構研究的一種分析方法。
  • 神奇的拉曼光譜
    拉曼Raman是一位印度物理學家,因光散射方面的研究工作和拉曼效應的發現,獲得了1930年的諾貝爾物理學獎,是亞洲第一個諾貝爾物理學獎。他16歲就完成大學學業,19歲以優異成績獲得碩士學位。1906年,他18歲時在英國著名科學雜誌《自然》發表了論文,是關於光的衍射效應的。
  • 拉曼光譜到底是什麼
    拉曼發明了「拉曼」1928年印度科學家拉曼實驗發現單色入射光透射到物質中的散射光包含與入射光頻率不同的光,即拉曼散射。拉曼因此獲得諾貝爾獎。受散射光強度低的影響,拉曼光譜經歷30年的應用發展限制期。直到1960年後,雷射技術的興起,拉曼光譜儀以雷射作為光源,拉曼散射信號強度大大提高,拉曼光譜技術才得以迅速發展。每一種物質都有其特徵的拉曼光譜,利用拉曼光譜可以鑑別和分析樣品的化學成分和分子結構;通過分析物質在不同條件下的系列拉曼光譜,來分析物質相變過程,也可進行未知物質的無損鑑定。拉曼光譜技術可廣泛應用於化學、物理、醫藥、生命科學等領域。
  • 雷射拉曼光譜的發展歷史、原理以及應用
    若分子回到電子能級基態中的振動能級基態,則光子的能量未發生改變,發生瑞利散射。如果樣品分子回到電子能級基態中的較高振動能級即某些振動激發態,則散射的光子能量小於入射光子的能量,其波長大於入射光。這時散射光譜的瑞利散射譜線較低頻率側將出現一根拉曼散射光的譜線,稱為Stokes線。
  • 【分析】基於表面增強拉曼散射的單細胞多色成像技術
    武漢大學的胡繼明教授和沈愛國副教授等利用表面增強拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering, SERS)無水幹擾、高靈敏且具備分子指紋識別能力等優勢,在活細胞生理過程研究中將SERS無標記與標記檢測有機結合(對於拉曼信號區分度差,
  • 鈮酸鋰微諧振器中的拉曼雷射和孤子鎖模
    研究人員在X切LNOI晶片中,通過腔幾何控制充分抑制拉曼效應,實現鎖模。該研究中對拉曼效應的分析為LNOI平臺上開發基於晶片的光子器件提供了指導。該研究成果發表在國際頂尖光學期刊《Light: Science & Applications》上。 近年來,LNOI技術的發展為光電子鄰域帶來了新的機遇。由於其結構具有較高的光學約束,可以實現性能更好、功耗更低、佔用空間更小的器件。
  • 雷射拉曼光譜儀的工作原理
    雷射拉曼光譜儀一定波長的電磁波作用於被研究物質的分子,引起分子相應能級的躍遷,產生分子吸收光譜。引起分子電子能級躍遷的光譜稱電子吸收光譜,其波長位於紫外~可見光區,故稱紫外-可見光譜。電子能級躍遷的同時伴有振動能級和轉動能級的躍遷。引起分子振動能級躍遷的光譜稱振動光譜,振動能級躍遷的同時伴有轉動能級的躍遷。