Vật lý - Lý thuyết vĩ mô về tán xạ kích thích

Bức xạ lối ra chứa đồng thời một lượng lớn bức xạ Stoke (-) (-2), và phản Stoke (+) (+2), Bức xạ Stokes làm tăng mật độ của mức dao động v=1 Các mức dao động Các mức ảo Tăng bức xạ AntiStokes Bức xạ s trở thành bức xạ kích thích -2 Khuyếch đại s )t,z(E dX d 2 1 )t,z(F 2 0 0         Lực tác động lên 1 dao động tử:     z)kk(l* 12 12 2 12 2 0 12eEE ]i[M4 x )z(X               Li độ dao động      12 2 21 Sự tích thoát của phân tử với vận tốc  gây ra dịch chuyển nhỏ về tần số so với phương lý tưởng 2- ])(i)([M8 E X Nik g 12 2 12 2 2 2 2 0 2 0 1                    Từ Ta xác định được tần số bức xạ: •Pha dao động phân tử (k2-k1)z •Dao động phân tử được kích thích nhờ tích của điện trường tần số 1 và 2  pha dao động bằng pha của lực kích thích •K không phụ thuộc vào tần số •Điều kiện đồng bộ pha phải được thỏa z)kk(t[i* 12 0 0 12e)z(EE M8 x i)t,z(X               Li độ dao động: Mối tương quan Manley-Rowe: Dòng photon: S S s P N    L L L P N    dz dN dz dN SL  Giới hạn tán xạ tự phát (Ns<<1) : )L(L)0(I)0('g)z(N effLRs  Số dòng photon Stoke tăng tuyến tính khi z<<-1 Giới hạn tán xạ kích thích (Ns>>1) : L)L(L)0(I)0('g s effLRe)z(N  Số dòng photon Stoke tăng theo hàm mũ khi z<<-1 Xác suất bức xạ tự phát phản Stokes nhỏ hơn tán xạ Stokes lần Tán xạ kích thích có kèm theo bức xạ phản Stokes với cường độ lớn Hướng bức xạ sẽ thành lập bề mặt hình nón có trục song song với hướng truyền của chùm laser Điều kiện đồng bộ không gian Trong môi trường đẳng hướng: Đó là nguyên nhân các thành phần phản Stokes thành lập bề mặt hình nón Trong thực tế tán xạ tổ hợp kích thích phức tạp hơn nhiều Giản đồ xác định hướng truyền của bức xạ phản Stokes N và M Năng lượng trạng thái ban đầu Năng lượng trạng thái cuối Tần số tán xạ s xác định bởi sự chuyển đổi năng lượng vòng quanh Biểu đồ mức năng lượng Tên Photon s Phân tử Photons Phân tử (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii) (viii) N=1 M=1 Tán xạ Rayleigh N=1 M=1 Tán xạ Raman (Stokes) N=2 M=1 Tán xạ Rayleigh bậc cao 11n  s11 )1n(   s11 )1n(   s11 )2n(   iE 11n  11n  iE iE if EE  fiif EE   1s  fi1s  if EE  1s 2 N và M Năng lượng trạng thái ban đầu Năng lượng trạng thái cuối Tần số tán xạ s xác định bởi sự chuyển đổi năng lượng vòng quanh Biểu đồ mức năng lượng Tên Photon s Phân tử Photons Phân tử (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii) (viii) N=2 M=1 Tán xạ Raman bậc cao N=3 M=1 Tán xạ Rayleigh bậc 2 N=3 M=1 Tán xạ Raman bậc 2 11n  s11 )2n(   s11 )3n(   s11 )3n(   iE 11n  11n  iE iE if EE  fiif EE   1s 3 fi1s 3 fiif EE   fi1s 2 