液芯光纤中全反式β胡萝卜素对二硫化碳（CS2）受激拉曼散射影响的研究

论文摘要

光纤中受激拉曼散射是一种非线性光学现象，因其转换效率高，可调谐波长范围广等特点被认为是获取多频率光源的有效手段之一。我们利用共轭自然染料分子全反式β胡萝卜素分子的荧光作为受激拉曼散射的种子信号，多阶斯托克斯拉曼谱线的阈值得到了降低，谱线强度增强，实现了以自然染料分子为介质的液芯光纤中多频率光源输出的新技术。这种新技术不但能够克服普通激光染料分子带来的激光增益过程与受激拉曼散射的能量竞争问题，而且荧光种子技术提高了在以液体为介质的空核光纤中受激拉曼技术基础上的多频率光源的输出效率。在理论上，通过两组受激拉曼耦合波理论模型的拟合分析，我们探讨了荧光种子诱导受激拉曼散射的物理机制，加深了对受激拉曼耦合波理论模型中斯托克斯谱线之间多重相互作用的认识；另一方面，通过这组实验我们也得到了受激拉曼耦合波方程模型在不同近似条件下的形式与应用范围。这对于光纤中受激拉曼理论的发展、光纤光源以及光纤激光器的发展都有着重要意义。本文将分成五个部分，对以自然染料分子为液芯介质的液芯光纤中受激拉曼斯托克斯谱线输出的实验和理论模型进行了深入研究。第一部分介绍了自发和受激拉曼效应，液芯光纤中受激拉曼散射现象的历史与研究现状，以及论文的主要内容。第二部分介绍光纤中受激拉曼散射的耦合波理论。第三部分介绍全反式β胡萝卜素分子的光学性质及其在荧光种子诱导受激拉曼散射过程中的所起的作用。第四部分介绍光纤内随溶液中β胡萝卜素分子浓度变化的一阶斯托克斯谱线的阈值、饱和值变化及二阶斯托克斯谱线随荧光种子信号的加入发生的阈值变化。理论上，一组近似下的耦合波理论方程被用来对实验结果进行拟合分析解释。第五部分介绍液芯光纤内实现一、二、三阶低阈值斯托克斯谱线同时输出的实验与理论研究。理论上，通过加入了谱线相互作用项的耦合波方程的拟合对比分析，揭示出荧光种子效应对受激拉曼散射影响的物理机制与意义。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 自发拉曼效应
• 1.1.1 拉曼跃迁的量子诠释
• 1.1.2 自发拉曼散射与微分拉曼散射截面
• 1.2 受激拉曼效应
• 1.2.1 受激拉曼散射的量子理论
• 1.2.2 受激拉曼散射的电磁理论以及非线性拉曼极化率特征
• 1.2.3 受激拉曼散射的特征
• 1.3 液芯光纤受激拉曼散射技术研究现状
• 1.4 本论文的主要内容和意义
• 第二章 光纤中受激拉曼散射耦合波理论
• 2.1 斯托克斯波的耦合波理论
• 2.1.1 泵浦波与斯托克斯波的耦合模型
• 2.1.2 光波与物质激发波的参量耦合模型
• 2.1.3 分子振动或光学声子引起的受激拉曼散射模型
• 2.2 斯托克斯波与反斯托克斯波耦合
• 2.3 高阶拉曼效应（级联散射）
• 第三章 全反式β胡萝卜素分子的光学性质
• 3.1 全反式β胡萝卜素分子结构
• 3.2 全反式β胡萝卜素分子的可见吸收光谱
• 3.2.1 实验
• 3.2.2 全反式β胡萝卜素分子的可见吸收光谱特征
• 3.3 全反式β胡萝卜素分子的荧光光谱
• 3.3.1 实验
• 3.3.2 全反式β胡萝卜素分子的荧光光谱特征
• 第四章 全反式β胡萝卜素分子的吸收与荧光性质对二硫化碳一阶斯托克斯谱线的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验样品及其参数
• 4.2.2 样品溶液的配制
• 4.2.3 液芯光纤的制作
• 4.3 荧光种子诱导受激拉曼散射实验装置
• 4.4 溶液吸收对一阶斯托克斯谱线阈值的影响
• 4.5 溶液吸收与荧光性质对二阶斯托克斯谱线阈值的影响
• 4.6 溶液对一阶斯托克斯谱线饱和值的影响
• 4.7 小结
• 第五章 荧光种子作用下多阶斯托克斯谱线产生与相互作用
• 5.1 引言
• 5.2 荧光种子作用下的多阶斯托克斯谱线实验装置
• 5.3 荧光种子作用下的多阶斯托克斯谱线相互作用
• 5.4 荧光种子的物理机制在不同浓度溶液中对于一阶、二阶斯托克斯谱线阈值的应用
• 5.5 小结
• 论文总结
• 参考文献
• 攻读博士学位期间论文完成情况
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract