液N_2中高效受激拉曼散射的实验研究

一引言 液N2被认为是研究受激拉曼散射（SRS）过程的一种理想介质，人们对它的拉曼线宽、增益、自聚焦等早已作过研究。用这种介质如何实现高效率的拉曼转换，是人们特别感兴趣的。最近，

ICF驱动器长脉冲下三倍频晶体中的横向受激拉曼散射

ICF驱动器在脉宽为3ns的长脉冲条件下运行时,三倍频晶体中的横向受激拉曼散射效应将比短脉冲条件下的效应更为显著。针对长脉冲运行时,KDP晶体和KD P晶体产生的横向受激拉曼散射光对晶体的危害性作了对比分析,并研究了横向受激拉曼散射效应与增益系数之间的关系,为选择何种晶体作为三倍频晶体提供了理论依据。

强紫外激光在空气中长程传输受激旋转拉曼散射效应

采用瞬态受激旋转拉曼散射(SRRS)模型,详细考虑了激光脉冲波形、介质的非线性极化、泵浦光的衰减、斯托克斯光的非线性放大以及拉曼线宽等诸多因素,对强紫外激光束在空气中长程传输过程产生的SRRS效应进行了研究。讨论了产生SRRS效应的阈值条件,详细分析了SRRS效应对激光光束质量的影响。

LiIO_3晶体的受激拉曼散射

采用腔外单次通过方式,测量了LiIO3晶体在532 nm皮秒脉冲下的受激拉曼散射。实验中观察到3级斯托克斯线(556.07,582.30,611.76 nm)和1级反斯托克斯线(509.57 nm),由此可计算出其频率间隔为820 cm-1。测量了LiIO3晶体各级拉曼散射谱线的阈值和增益系数,受激拉曼散射的整体转换效率达到56%。基于LiIO3晶体实现了皮秒外腔式拉曼激光器的运转,双波长输出总转换效率为27%,最大输出能量1.4 mJ。

光纤拉曼放大器中级联的受激布里渊散射

在以25kmG652单模光纤为增益介质的光纤拉曼放大器中,观察到了级联的受激布里渊散射。光纤中的双瑞利折射作用导致了二阶布里渊散射光子的出现,加快了二阶布里渊散射的出现。在拉曼增益的作用下,随着二阶布里渊散射的饱和会出现级联的多阶布里渊散射,形成梳状光谱。该梳状光谱也具有明显的阈值特性。在拉曼泵浦功率是1200mW的时候,出现梳状光谱的阈值在1.5到2.5dBm之间。在传输系统中,级联的受激布里渊散射会导致放大器的增益饱和,严重恶化系统的信噪比,因此必须采用增加信号光的带宽或者对信号光进行调制等措施加以控制。但该现象也有可能被用来制造梳状光源。

受激旋转拉曼散射对强紫外激光相位的影响

利用瞬态受激旋转拉曼散射(SRRS)模型及相位畸变模型,对具有空间相位畸变的强紫外激光束在空气中长程传输的SRRS效应进行了研究。详细讨论了低频和中高频空间相位畸变对SRRS阈值条件、斯托克斯光转换效率、剩余泵浦光和斯托克斯光相位的影响。研究结果表明,泵浦光的初始相位畸变对斯托克斯光相位畸变的影响较剩余泵浦光的更为明显;高频相位畸变对转换效率影响较低频相位畸变更大;SRRS效应阈值随低频相位畸变的增大而减小,随高频相位畸变的增大而增大。

受激旋转拉曼散射效应对基频光光束质量的影响

采用瞬态受激旋转拉曼散射(SRRS)和空间相位扰动模型,定量分析了泵浦光强度和脉冲宽度对基频光在空气长程传输过程中产生的SRRS效应的阈值距离和转换效率的影响,讨论了泵浦光空间相位畸变对长程传输后的基频光光束质量的影响。研究结果表明:SRRS效应的阈值距离随着泵浦光强度和脉宽的增大而变短;空间相位畸变对斯托克斯光和泵浦光的光强分布存在一定影响,对斯托克斯光相位分布的影响比对泵浦光相位的影响大;SRRS效应的存在将导致基频光光束质量明显变差,对谐波转换效率产生明显影响。

非线性拉曼激光雷达测量CO_2气体的研究

提出了利用气体的受激拉曼散射(SRS)效应激光雷达光源来探测大气中的CO2气体的新方法,设计出探测大气中CO2气体含量的非线性拉曼增益激光雷达,用Nd:YAG激光器(1064nm)的三倍频光(354·7nm)通过分别装有CO2气体和N2气体的拉曼管,分别得到CO2气体和N2气体的受激拉曼散射的一阶斯托克斯线(S1),并用S1线作为雷达的种子发射光源。通过实验得到拉曼管中的气压与S1能量的变化关系,对其优化条件和物理机制进行了分析。该实验方法已经成功测出了大气中CO2气体的回波电压信号。

用皮秒KrF激光脉冲测量气体中的拉曼散射阈值

我们用ＫｒＦ激光系统的２０ｐｓ脉冲测量了多种气体的受激拉曼散射阈值。用能量最高为２００μＪ的脉冲观察到在５ａｔｍ以下甲烷、氢、氨和六氟化硫的受激散射。同样条件下，在氧或氮中则观察不到受激散射。测量结果与瞬态受激拉曼散射的理论符合很好。

液芯光纤中溶液吸收和荧光的性质对CS_2受激拉曼散射阈值的影响

利用液芯光纤技术研究了不同浓度的β-Carotene的CS2溶液的吸收与荧光的特性对CS2的一、二阶Stokes谱线阈值的影响.实验发现随溶液浓度(10-8—10-6mol/L)增加,CS2的一阶Stokes谱线的激发阈值相对变高;并且与纯CS2芯液的受激拉曼散射相比较,在低抽运能量激发下,就观察到CS2的二阶Stokes谱线.这主要是由于在CS2的受激拉曼谱线产生的过程中,β-Carotene的CS2溶液的吸收和荧光共同影响了CS2的一、二阶Stokes谱线的阈值.我们进行了理论上的拟合与分析,其结果与实验符合很好.

1480nm激光泵浦单模光纤受激拉曼效应实验研究

用拉曼光纤激光器产生的中心波长为1480nm的连续激光作为泵浦源,研究不同泵浦功率下76km常规单模光纤所产生的受激拉曼散射现象.实验中,泵浦功率从100mW到4W逐次注入光纤中.当泵浦功率增至2 2W时,观察到拉曼现象,发生泵浦能量向斯托克斯能量的有效转移,散射光强呈指数规律增长.在频移13 26THz处获得最大增益,呈现单峰斯托克斯光谱,其线宽大约为2nm,随着泵浦功率增强,基本保持不变.当泵浦功率增至2 5W时,呈现双峰斯托克斯光谱,斯托克斯峰442cm-1(13 26THz)处的峰值功率基本饱和,而485cm-1(14 6THz)处的尖峰却持续增长;且较短波长峰渐渐向长波长峰靠近,发生显著能量红移.

光纤拉曼放大器中拉曼阈值的理论分析

为探讨光纤拉曼放大器中的阈值条件,基于抽运光和信号光耦合方程组,推导了考虑抽运光能量转移给信号光能量时的阈值功率公式,并对满足阈值条件时光纤的最大损耗和最短长度进行了计算.将所得结果与文献中已有的阈值功率公式和近期实验结果作了比较,发现文中推导的阈值功率公式比原有的公式更严密,与实验结果更吻合.文中最后得出了设计光纤拉曼放大器时的最优抽运功率和光纤长度.

二氧化氮差分吸收激光雷达拉曼激光源的优化研究

Nd:YAG三倍频激光(355nm)抽运高压CH4,获得其第一级斯托克斯光S1(395.60nm),作为NO2差分吸收激光雷达(NO2-DIAL)的激光源λon.通过增大激光脉冲宽度、改变拉曼池耦合透镜的焦距和气体压强等条件,获得了满足实际使用要求的转化效率高、稳定性好的395.60nm波长拉曼激光输出.该实验结果已应用于差分吸收激光雷达的NO2探测.

反向抽运光纤拉曼放大器阈值的数值分析

为分析反向抽运光纤拉曼放大器的阈值特性,基于已有的耦合微分方程,采用龙格库塔法和打靶法相结合的算法,数值模拟了反向抽运光纤拉曼放大器中信号光功率沿光纤的演变过程,在此基础上根据实际情况推导出反向抽运光纤拉曼放大器的阈值公式,并详细分析了各个参数对反向抽运光纤拉曼放大器阈值特性的影响,结果表明,初始信号光功率、光纤有效长度、拉曼增益系数增加,阈值就会减小;光纤有效面积越大,阈值越大。

579nm外腔式拉曼激光器传输耦合方程的数值计算

为了提高以KGd(WO4)2晶体为拉曼介质的外腔式拉曼激光器的输出功率和转化效率,采用面积求和法编制matlab计算程序,对该激光器的传输耦合方程进行数值求解。计算得到了一至三阶斯托克斯光输出光强随时间的变化规律和受激拉曼散射的弛豫振荡过程。得出:拉曼谐振腔输出耦合镜对一阶斯托克斯光的反射率越高,拉曼谐振腔内的一阶斯托克斯光功率密度就越高,越有利于泵浦光向二阶斯托克斯光的转换。

单模光纤中受激拉曼散射的阈值特性研究

理论分析并仿真了单模光纤中前向和后向拉曼Stokes光功率随输入抽运光功率的变化规律,发现其具有明显的阈值特性。由此提出了一种新的单模光纤拉曼阈值的定义,将拉曼Stokes光功率随输入抽运光功率变化曲线的二阶微分的最大值对应的输入抽运光功率定义为单模光纤拉曼阈值,还给出了与之相应的单模光纤拉曼阈值的测量方法,通过对单模光纤拉曼阈值随单模光纤特征参数的变化规律进行仿真和拟合,分别获得了单模光纤中前向和后向拉曼阈值方程。搭建了实验平台,采用脉冲光抽运,对长度为24km的单模光纤中前向和后向受激拉曼散射的阈值特性进行了实验验证,结果表明,实验结果与理论分析和仿真结果相符合,验证了所提出的阈值定义和测量方法的有效性,实验中还发现,在不同的光纤特征参数下,单模光纤后向拉曼散射阈值比前向时平均提高了24.9%,与理论仿真结果的25.3%相符合,表明单模光纤中前向受激拉曼散射更容易产生。

单纵模Nd∶YAG激光抽运H_2-He混合气体中的强后向受激拉曼散射

用单纵模Nd∶YAG二倍频激光(波长532 nm,线宽0.003 cm-1,脉宽(半峰全宽,FWHM)6.5 ns)抽运H2/He气体,观察到很强的后向一阶斯托克斯(BS1)受激拉曼散射。在H2的分压分别为1.0 MPa和1.5 MPa的H2/He(体积比)(3/7)混合气体中,当抽运能量为92 mJ时,后向一阶斯托克斯光的量子转换效率高达69%左右,而在纯H2中后向一阶斯托克斯光的量子转换效率分别只有15%和18%。这是因为加入He增强了后向拉曼散射多普勒线宽的Dicke压窄效应,使后向一阶斯托克斯光的拉曼增益系数与前向一阶斯托克斯(FS1)光的拉曼增益系数的比率提高,而且因为后向一阶斯托克斯光与抽运光在反方向传播,它可以提取大部分抽运光的能量,并且脉冲被压窄到1.1 ns,使后向一阶斯托克斯光峰值功率达到了抽运光的2.6倍。从激光光斑的强度分布可以观察到后向一阶斯托克斯光呈现为抽运光的相位共轭波。

氟化氪准分子激光在氢气中受激拉曼散射阈值的实验研究

对纳秒级准分子激光泵浦的拉曼种子源的阈值特性进行了实验研究,讨论了受激拉曼散射过程的阈值条件及定义.实验测量了脉宽为25ns的氟化氪准分子激光在不同聚焦参数和不同氢气气压下的受激拉曼散射阈值.最后,分析了聚焦参数及四波混频过程对泵浦阈值的影响.

2μm波段单频拉曼光纤放大器中受激布里渊散射研究

2μm波段高功率单频拉曼光纤放大器(SF-RFA)的性能通常会受到受激布里渊散射(SBS)效应的影响。本文考虑SBS效应下拉曼光纤放大器的速率方程,建立了SBS限制下的SF-RFA理论模型,计算了SF-RFA的能量分布和功率输出。讨论了泵浦功率、光纤长度等因素对光纤放大器中SBS效应和输出功率的影响,总结了如何在提高放大器输出功率的同时有效抑制SBS效应的方法。本文数值模拟结果为实验研究高功率SF-RFA中抑制SBS效应提供一定的指导。

YVO_4晶体的高效受激拉曼散射

报道了YVO4晶体在532 nm、30 ps脉冲下的的高效受激拉曼散射。采用腔外单次通过方式测量了不同长度YVO4晶体1阶斯托克斯受激拉曼散射的阈值,并得到该晶体的稳态增益系数为16.0±0.5 cm/GW。实验中观察到2阶斯托克斯线(558.6 nm5、87.8 nm)和1阶反斯托克斯线(508.0 nm),受激拉曼散射的整体转换效率高于50%。