一个光子变成光和振动
每次散射把一个光子从这一阶移到下一阶,但两阶光子的能量不同。
L27 · 靠散射工作的激光
透明玻璃也能成为激光增益介质吗? 可以。强泵浦光在玻璃的分子振动(Raman)或声波(Brillouin)上散射,同时放大频率往低处移的 Stokes 光,不需要粒子数反转。超过阈值后,下一阶 Stokes 光会长起来,抽走上一阶的能量,把它钳在固定水平。
泵浦石英光纤,越过 Stokes 阈值,看后一阶怎样钳住前一阶。采集瞬态,再计算稳态泵浦扫描。
物理教程
背景泵浦光提供的能量,一部分变成 Stokes 光,一部分变成材料的振动。
为什么值得理解透明玻璃也能靠散射放大光。泵浦石英光纤,越过 Stokes 阈值,看后一阶怎样钳住前一阶,再采集瞬态,计算稳态泵浦扫描。
先抓重点
每次散射把一个光子从这一阶移到下一阶,但两阶光子的能量不同。
增益重叠计入了设定的间距偏差。泵浦光谱展宽会降低 Brillouin 增益。
时间以往返次数计。耗尽项里的频率比,算的是放出的声子带走的能量。
光纤里的泵浦按系数 a 衰减。每多一阶 Stokes,对前一阶的功率要求就更高。
Brillouin 散射损失的光能比例很小,Raman 散射则大得多。
每个平衡分支里正在振荡的各阶,都由这个关系求出。最后一阶后面没有更高阶来抽走它的功率。
另一个低频小相位涨落模型使用同样的稳态功率。下一阶起振后,会多出反 Stokes 噪声;泵浦的技术噪声没有计入。
模拟的相位记录可以用来检验扩散和相干性。指数形式的相干函数做傅里叶变换,得到这个全宽的 Lorentzian 谱。
容易误解显示的增益带宽,就是输出激光的线宽。
正确理解增益带宽属于功率模型。单独的相位模型计算相位匹配的稳态噪声极限,并记录相位怎样扩散;泵浦的技术噪声和阈值附近的涨落都不在它的范围内。
容易误解每一阶 Stokes 都随泵浦一直增加。
正确理解下一阶起振后会抽走前一阶的功率,前一阶就进入被钳住的分支。
比较“低于阈值”和 Raman,再拖动泵浦旋钮。每次调参都会自动记录六百次往返。
你会看到: 固定的种子光在阈值以下衰减,在阈值以上增长,直到泵浦耗尽限制住增长。选择“级联各阶”,观察三种颜色的输出和下方的泵浦扫描。展开“高级参数与更多演示”,再与“仅允许一阶”比较。
你会看到: 新一阶增长时,前一阶被钳住。单独计算的扫描能看到一个接一个的阈值。在相同功率下比较窄谱和宽谱 Brillouin 泵浦,查看后向和前向端口。
你会看到: 重叠变小,阈值升高。奇数阶和偶数阶 Brillouin 光从相反的端口出射。展开“高级参数与更多演示”,选“仅允许一阶”,点击“记录输出相位”。在下方展开单独的相位噪声记录,再与级联比较。
你会看到: 输出线宽和增益带宽不是一回事;级联时,下一阶还会带来额外的噪声通道。探针与测量 · 阅读路径
这条阅读路径里用到本实验的文章,后面跟着它们推荐的其他实验。