液体材料中受激布里渊散射对受激拉曼散射的泵浦作用研究

激光受激散射是一个经久不衰的研究课题，前人对此多有报导。我们在研究水的受激散射性质的时候发现了一些新的实验现象：当入射激光为单模窄带宽时，SBS始终占据绝对优势，随着入射激光能量的增加，在一定范围内，SBS输出的增加时，背向SRS（BSRS）同时增长；入射激光的能量固定时，增加背向散射的相互作用长度，已经取得竞争优势的SBS能量反而开始下降，BSRS增长却更加明显；整个实验中FSRS始终没有明显变化。这些现象无法完全套用前人的理论来解释。本申请课题研究液体材料中受激拉曼散射与受激布里渊散射之间的关系。在实验上，测量液体材料中SBS和SRS转换效率；在理论上，分析SBS与SRS之间的竞争与泵浦关系，并进行数值模拟。这些工作对于进一步认识和理解非线性光学物理现象，以及探求这些新的现象对实际应用的影响，都有很重要的意义。

在液体材料中，我们在实验上观测到了受激布里渊散射对受激拉曼散射的泵浦现象，对此现象及相关问题我们进行了深入系统的研究。在研究中我们发现，这种实验现象主要存在于受激布里渊散射增益远大于受激拉曼散射增益的情况，也即受激布里渊散射在竞争中占主导地位。典型情况：该液体材料的受激布里渊散射有效增益系数大于受激拉曼散射有效增益系数，泵浦激光的脉宽和相干性足够好使得受激布里渊散射处于稳态或者准稳态，增益距离足够大。通过理论计算，我们发现，实际的增益过程是入射激光和背向散射是受激布里渊散射共同作用的结果。在此过程中，我们还观察到了前向拉曼散射和背向拉曼散射的竞争关系。我们研究了布里渊散射激光器的工作特性，证明了这是一个非平衡稳态的二阶相变系统，相变临界点就是泵浦激光的阈值。在实验上，我们实际测量了受激布里渊散射线宽和自发布里渊散射线宽的关系，实际观察到了受激布里渊散射线宽的压缩效应，并且发现，随着温度的增加，这两种线宽都在减小，最终合二为一，压缩效应消失。进一步，我们研究了受激布里渊散射的脉宽与线宽的关系，发现在合适的泵浦条件下，我们可以获得满足傅里叶变换关系的脉冲宽度-谱线宽度关系，此时，只要通过非常简单的傅里叶变换，我们就可以很容易地测量受激布里渊散射的线宽，而不再需要非常复杂的高分辨率光谱测量装置。在受激布里渊散射-温度关系实验中，我们还发现，随着温度的增加，受激布里渊散射的阈值在降低，相应地介质的有效增益系数在增加。最后作为未来受激散射的一个应用，我们理论上证明了以受激散射为代表的非线性光学效应可以用于对隐身衣（cloak）的探测，因为这类隐身衣从原理上来讲都是基于对材料电磁学常数的调制，而这种调制都线性的。