Особенности вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) света. Как выглядит обычно спектр ВКР?

Вынужденное комбинационное рассеяние света (ВКР) было обнаружено Вудбери и Нгом в 1962 г. при работе с импульсным излучением большой мощности рубинового лазера с модулированной добротностью. В их экспериментах для уменьшения времени высвечивания рубинового лазера в качестве оптического затвора применялась ячейка Керра на нитробензоле. При этом было обнаружено, что в излучении помимо основной частоты рубинового лазера (694 нм) присутствуют побочные частоты 776 нм, характерные для спектра КР нитробензола, но имеющие очень высокую интенсивность. Интенсивность линий нитробензола была всего в 5 раз слабее основной линии накачки.

В период с 1962 по 1965 г.г. проведен целый ряд экспериментов по наблюдению ВКР в различных средах. В работах Хеллоурта и Эдгардта (октябрь 1963 г.) было исследовано несколько жидкостей - бензол, толуол, пиридин, циклогексан и т.д. В спектрах каждого из этих веществ наблюдались только одна-две стоксовы линии, соответствующие наиболее интенсивным полносимметричным линиям в спектрах обычного КР, и их гармоники. Причем, эти гармоники не совпадали с соответствующими обертонами: в противоположность обертонам частоты гармоник с большой точностью кратны фундаментальным частотам. Геллер и др. наблюдали этот эффект в нескольких кристаллах (август 1963г.), Минк, Терхьюн - в газообразном водороде (сентябрь 1963г.).

В 1962г. теорию ВКР разработал Н.Бломберген, а в 1963г - Р.В.Хохлов.

Все авторы указывали на ряд новых фактов, обнаруженных в этих экспериментах и свидетельствующих о том, что на смещенных частотах появляется генерация:

1) Высокая степень когерентности лучей, выходящих из кюветы, - такая же, как для рубинового генератора.

2) Высокая интенсивность излучения на "побочных" частотах. Если спонтанное КР составляет 10^-7 - 10^-8 часть возбуждающего света, то ВКР составляет по интенсивности до 50% от возбуждающего света. В излучении наблюдалась только одна смещенная линия и линии с кратными частотами (ω', 2ω'',...).

3) Сужение линий по сравнению с КР, возрастающее по мере повышения энергии накачки.

4) Существование порога по выходной мощности генератора на рубине.

Распределение интенсивностей в спектрах ВКР:

- В спектрах ВКР проявляется лишь небольшое число частот из полного спектра КР вещества за счет перекачки мощности падающей волны в КР (в ВКР переходит до 80% мощности падающего возбуждения).

Наиболее существенной особенностью спектров ВКР является значительная интенсивность антистоксовых линий и стоксовых и антистоксовых гармоник. Например, в спектре ВКР бензола: интенсивность первой стоксовой линии составляет 85% интенсивности рассеянного излучения, второй стоксовой линии - 9.8%, третьей - 0.1%; первой антистокосовой - 0.8%, второй - 0.7%, третьей - 002%.

Таким образом, под действием интенсивного (выше определенного порога) когерентного лазерного излучения может возникнуть вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР). ВКР - это результат нелинейного взаимодействия падающей и рассеянных волн. Существует ряд вариантов реализации и использования этого эффекта, например, для получения преобразования частоты излучения, поскольку в ВКР могут возникать частоты w±kw₀ (k³1), но главное, интенсивность комбинационных частот может быть сравнима с интенсивностью волн "накачки" и при прочих равных условиях зависит от квадрата концентрации рассеивающих центров, т.к. при когерентном рассеянии складываются амплитуды волн. Необходимым условием когерентности, как и вообще нелинейных эффектов при преобразовании частот является условие синхронизма, которое заключается в том, что векторная сумма волновых векторов до и после преобразования частот должны быть равны. Дисперсия показателя преломления приводит к тому, что в твердых и жидких телах нелинейное преобразование частот наблюдается только при определенных угловых ориентациях направлений накачки и рассеяния ("углах синхронизма"). Однако в газах дисперсия мала, и если изменение частот при преобразовании мало по сравнению с исходной частотой, то эффект может наблюдаться в коллинеарных пучках.