染料荧光增强受激拉曼散射的实验研究

摘要

利用脉冲激光泵浦拉曼活性介质,当达到其受激拉曼散射(Stimulated Raman scattering---SRS)阈值时,介质将产生受激拉曼散射,视介质种类的不同而形成不同频移和不同阶次的斯托克斯(Stokes)谱线和反斯托克斯(Anti-Stokes)谱线.由于SRS可用以产生新频率的相干辐射,扩展激光的频谱范围,因而在激光物理及其应用研究中具有十分重要的意义.与光学参量振荡器(OPO)和染料激光器(DL)相比,SRS有很多优点:拉曼频移确定、线宽很窄、方向性好和成本相对较低等.但SRS的转换效率较低,使它在实际应用中受到限制.近年来,很多科研工作者都在寻求增强SRS的新方法.工作物质在光泵作用下,能量被储存在激活介质内处于激发态的粒子中,系统处于粒子数反转状态.当一定频率的外来信号通过该激活介质时,激发态粒子在信号光作用下产生受激辐射,这种辐射叠加于外来光信号并使之得到加强.使用荧光染料作为增强介质,当SRS产生的Stokes辐射通过处于粒子数反转状态的荧光介质时,可以实现Stokes波的有效放大.该文报道所开展的应用染料荧光增强SRS的系列实验研究及结果:在若丹明6G染料荧光增强CS<,2>的受激拉曼散射实验中,散射介质和荧光介质的共线配置使CS<,2>的一阶和二阶Stokes波分别获得了1.7和96.6的增益.为避免CS<,2>的SRS效应中强烈自聚焦的影响,开展了C<,6>H<,6>的SRS在R6G中的放大研究.苯的受激喇曼散射阈值较CS<,2>高,当相互作用长度足够长时,能够较CS<,2>获得较稳定的SRS输出.由于R6G乙醇溶液的荧光谱峰和C<,6>H<,6>的SRS一阶Stokes波的波长相近,当C<,6>H<,6>的Stokes光经过R6G染料池时,Stokes波和染料荧光的相互作用,可获得二波近共振耦合,实现Stokes波的共振放大.C<,3>H<,6>O是一种弱拉曼增益介质,自聚焦阈值也相对较高,一般情况下难于激发SRS,可以预期,在染料荧光增强实验中,用C<,3>H<,6>O作为SRS介质,可以得到更加稳定的SRS放大结果.C<,3>H<,6>O的拉曼频移较大(2920cm<'-1>),若丹明B(RB)的荧光谱范围比R6G更宽,用RB作为荧光染料放大C<,3>H<,6>O的SRS,不仅可以获得Stokes波的有效放大,而且在一定染料浓度范围内,泵浦激光(532nm,绿色)、染料激光(575-598nm,黄色)和红色Stokes光(629.9nm)同时存在,稳定输出.变化染料浓度,三色激光的强度关系可变,且染料激光波长在575-598nm范围内可调谐.

目录

文摘

英文文摘

引言

1染料荧光增强受激拉曼散射的理论基础

1.1受激拉曼散射

1.1.1受激拉曼散射研究概述

1.1.2受激拉曼散射的经典理论

1.1.3受激拉曼散射的实验方法

1.2有机染料分子荧光及激光机制

1.2.1有机染料分子能级结构

1.2.2染料分子的受激与去激

1.2.3染料分子的泵浦循环

1.2.4影响荧光强弱的因素

1.3荧光增益介质中的激光放大机制

2染料荧光增强受激拉曼散射实验研究

2.1 R6G染料荧光对CS2受激拉曼散射的高效放大

2.2若丹明6G共振增强苯(C6H6)的受激拉曼散射实验研究

2.3若丹明B中丙酮(C3H6O)的SRS放大及三色激光的同时输出

3结论及讨论

3.1小信号增益分析

3.2染料荧光和STOKES波的共振增强作用

3.3可调谐染料激光的产生

3.4染料荧光增强SRS的其它实验

3.5一些非线性效应的影响

3.6染料荧光增强SRS实验研究的意义及可能应用

参考文献

攻读硕士期间完成和发表的论文

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