激拉曼散射
關注創建者：墨光科技 創建時間：2020-06-23
激拉曼散射的實例教程
對RP光纖功率軟件進行了擴展，使受激拉曼散射可以用于數值光束傳播的模擬。它的實現是非常靈活的，允許任意的非線性系數的橫向剖面和不同波長的大量波之間的相互作用。
最近，使用RP光纖功率軟件的研究人員告訴我們，他們忽略了在基于數值光束傳播的模擬中包括受激拉曼散射的可能性。通過激光增益和交叉相位調制的相互作用已經實現，但還沒有 SRS。
我們最初對這個想法持懷疑態度，但最終得出的結論是，它可能對很多人都有用。最初的擔憂是，大量的拉曼轉換通常需要許多米的光纖，而對于數值光束傳播，通常只需要幾個微米的數值步長。這種組合導致大量的數值步驟和相應的長計算時間。首先，一些研究人員準備好讓軟件運行幾個小時，如果這能產生一些重要的結果。其次，在納秒脈沖的背景下，我們可以有相當大的峰值功率，即使在相當有限的光纖長度內——甚至可能遠低于一米——也能產生強大的拉曼轉換。
橫向依賴是相關的
另一方面，在一些情況下，使用數值光束傳播是完全有意義的，不僅考慮光場的橫向依賴關系，而且考慮光纖結構的橫向依賴關系——考慮折射率、非線性指數和拉曼增益系數。(需要注意的是，二氧化硅纖維的折射率曲線往往是由鍺摻雜曲線形成的，鍺摻雜曲線也會影響非線性指數和拉曼增益系數。)我們可以很容易地想象這樣的情況:忽略橫截面的簡化模擬無法提供所需的答案。
顯然，我們不僅要考慮折射率的任意橫向依賴性，還要考慮非線性指數和拉曼增益系數的任意橫向依賴性。對于后者，我提供了新的函數bp_set_SRS();這樣，用戶就可以為當前的波束傳播裝置指定一個數學表達式。軟件會自動檢查是否依賴于徑向坐標r或x或y。
關于數值步長的考慮
如上所述，要正確處理折射率剖面和衍射的影響，需要相當精細的數值步驟。另一方面，拉曼轉換發生在更長的空間尺度上。
展開 本課程演示了受激拉曼散射對短孤子脈沖的影響。
布局及其全局參數如圖1和圖2所示。
圖1.光路布局
圖2.全局參數設置
圖3.脈沖生成器設置
非線性色散光纖組件的參數如圖4所示。該布局模擬了高階孤子脈沖的傳播。
脈沖寬度（FWHM）為450.62fs，對應的T0值為T0≈（TFWHM/1.763）=255.6fs。
圖4.非線性光纖設置
設置完成后運行程序，可以看到輸出脈沖形狀和頻譜如圖5所示。
圖5.初始脈沖
輸出脈沖形狀和頻譜如圖6所示。可以看出，受激拉曼散射對高階孤子的影響是將其分解。
圖6.輸出脈沖
此外，通過比較輸入和輸出脈沖頻譜，可以清楚地看到孤子自頻移現象。
歸一化頻移：
展開 本課程演示了受激拉曼散射對短孤子脈沖的影響。
布局及其全局參數如圖1和圖2所示。
圖1.光路布局
圖2.全局參數設置
圖3.脈沖生成器設置
非線性色散光纖組件的參數如圖4所示。該布局模擬了高階孤子脈沖的傳播。
脈沖寬度（FWHM）為450.62fs，對應的T0值為T0≈（TFWHM/1.763）=255.6fs。
圖4.非線性光纖設置
設置完成后運行程序，可以看到輸出脈沖形狀和頻譜如圖5所示。
圖5.初始脈沖
輸出脈沖形狀和頻譜如圖6所示。可以看出，受激拉曼散射對高階孤子的影響是將其分解。
圖6.輸出脈沖
此外，通過比較輸入和輸出脈沖頻譜，可以清楚地看到孤子自頻移現象。
歸一化頻移：
展開 本課程演示了受激拉曼散射對短孤子脈沖的影響。
布局及其全局參數如圖1和圖2所示。
圖1.光路布局
圖2.全局參數設置
圖3.脈沖生成器設置
非線性色散光纖組件的參數如圖4所示。該布局模擬了高階孤子脈沖的傳播。
脈沖寬度（FWHM）為450.62fs，對應的T0值為T0≈（TFWHM/1.763）=255.6fs。
圖4.非線性光纖設置
設置完成后運行程序，可以看到輸出脈沖形狀和頻譜如圖5所示。
圖5.初始脈沖
輸出脈沖形狀和頻譜如圖6所示。可以看出，受激拉曼散射對高階孤子的影響是將其分解。
圖6.輸出脈沖
此外，通過比較輸入和輸出脈沖頻譜，可以清楚地看到孤子自頻移現象。
歸一化頻移：
展開 由于光纖中非線性效應較強，受激拉曼散射明顯：光纖端面處，大部分光能量因拉曼效應移至低頻（長波）。
圖形如下所示：
圖1為泵浦功率的變化。
圖2為時域脈沖圖形。
圖3為頻域脈沖圖形。
圖4為脈沖的光譜圖。
圖5為光纖內光譜的變化圖形。
圖6為各脈沖參量與傳輸位置關系。
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GLAD：瞬態拉曼效應10天前
拉曼散射可以分為自發拉曼散射和受激拉曼散射。自發拉曼散射源于熱振動聲子對于入射光的散射。受激拉曼散射則是強激光與物質相互作用時產生的受激聲子對于入射光的散射。
系統描述
本例展示了如何模擬瞬態拉曼效應。當高功率超短激光脈沖在大氣中傳播時，若脈沖寬遠遠小于拉曼過程的時間常數，則該作用過程就可以通過求解描述瞬態拉曼過程的方程組進行模擬。理論手冊第9章中包含對瞬態拉曼效應方程的完整描述。
原理
有一束頻率為ωp的泵浦光和一束頻率為ωs的斯托克斯光(或稱之為信號光)一起注入到光纖中，兩束光在光纖中傳輸的同時，泵浦光的一部分能量將會通過受激拉曼散射效應對斯托克斯進行放大，這表現為對斯托克斯光的拉曼增益。
2. 仿真過程
2.1設置全局參數
2.2搭建光路
整體光路
3.
可以看出，受激拉曼散射對高階孤子的影響是將其分解。
圖6.輸出脈沖
此外，通過比較輸入和輸出脈沖頻譜，可以清楚地看到孤子自頻移現象。
歸一化頻移：
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1.原理
有一束頻率為ωp的泵浦光和一束頻率為ωs的斯托克斯光(或稱之為信號光)一起注入到光纖中，兩束光在光纖中傳輸的同時，泵浦光的一部分能量將會通過受激拉曼散射效應對斯托克斯進行放大，這表現為對斯托克斯光的拉曼增益。
可以看出，受激拉曼散射對高階孤子的影響是將其分解。
圖6.輸出脈沖
此外，通過比較輸入和輸出脈沖頻譜，可以清楚地看到孤子自頻移現象。
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受激拉曼散射，一種非彈性散射。拉曼散射光的光譜（通過特殊的窄帶二向色濾光片（如梳狀濾光片）與泵浦光分離）包含分子振動的信息。有關更多詳細信息，請參閱有關拉曼光譜的文章。
高能激光雷達系統（例如在大氣研究中使用）允許遠距離遠程光譜測量。在這里，我們可以利用反向散射光的多普勒頻移來揭示縱向風速。人們已經開發了多種方法，可以遠程測量溫度、壓力、痕量氣體濃度和云粒子密度等許多特性。
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