Khảo sát cường độ tản xạ brillouin cưỡng hức trong trường hợp ba chiêu

BD GIÁO
LỜI
DDC
CẢM
VÀƠN
ŨÀO TŨO
TRDDNG DŨI HDC VINH

LÒI cảm ơn đầu tiên tác giả xin gửi đến trương ĐH
Vinh, trương ĐH Sài Gòn, khoa vật lý trường ĐH Vinh đã
tạo mọi điều kiện trong quá trình tác giả học tập và nghiên
cứu luận văn.
•

Tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo
CHU VĂN LANH người đã trực tiếp giảng dạy, tận tâm
định hướng, hướng dẫn tác giả nghiên cứu và hoàn thành
luận văn này.

Cán bộ hướng dẫn: TS. Chu Văn Lanh

1
2


MỤC LỤC
Mở đầu..........................................................................................................................1

Chương 1. TỎNG QUAN VÈ TÁN XẠ BRILLOUIN
1.1. Quá trình tán xạ tự phát và tán xạ kích thích của ánh sáng........................................3
1.1.1 Quá trình tán xạ tự phát...........................................................................6

1.1.2

Tán xạ Brillouin của ánh sáng.................................................................8

1.1.3

Tán xạ Raman ánh sáng..........................................................................9

1.1.4 Quá trình tán xa cưỡng bức............................................................. 10
1.1.5. Phương trình sóng và phân cực phi tuyến...................................... 14
1.1.6. Lý thuyết tán xa Brillouỉn cưỡng bức............................................. 16
1.1.7 Tán xạ Brillouin cưỡng bức nhiệt.................................................... 21
Chương 2. KHẢO SÁT CƯỜNG ĐỘ TÁN XẠ
BRILLOIN TRONG KHÔNG GIAN BA CHIÈU

2.1. Trường hợp SBS với chùm tia phân bố Gauss.............................................. 28
2.2 Trường hợp SBS ba chiều không bão hòa...................................................... 35
2.3. Kết luận chương 2.......................................................................................... 44
KẾT LUẬN CHUNG............................................................................................ 45

3


MỞ ĐÀU
1. Lý do chọn đề tài

Tán xạ Brillouin được nhà Vật lý Louis Brillouin phát hiện năm 1922. Đó là
hiện tượng tán xạ ánh sáng xảy ra khi ánh sáng tương tác với sóng âm trong các
môi trường vật chất như rắn, lỏng, khí. Tán xạ Brillouin rất khó quan sát khi sử
dụng các nguồn sáng thông thường.

Tuy nhiên đến năm 1960, khi các nhà khoa học dùng nguồn sáng laser có
cường độ cực lớn chiếu vào các môi trường vật chất, làm xuất hiện tán xạ Brillouin
cưỡng bức (SBS) có cường độ lớn và dễ quan sát. Lúc này tán xạ Brillouin được
các nhà khoa học quan tâm đặc biệt vì nó có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực
khác nhau như: tạo sự liên hợp pha, tạo sự ncn xung, tăng cường sự trộn bốn sóng
trong sợi quang ... Đặc biệt vào năm 2007, một nhóm các nhà nghiên cứu Vật lý
người Mĩ tại trường Đại học Duke và Đại học Rochester đã nghiên cứu thành công
trong phòng thí nghiệm một phương pháp cho phép “lưu giữ'’ tín hiệu ánh sáng
dưới dạng sóng âm nhờ áp dụng hiệu ứng tán xạ Brillouin cưỡng bức trong sợi
quang. Đây quả là một thành công đáng mừng đối với công nghệ sản xuất bộ nhớ
toàn quang cho hệ thống viễn thông tương lai.

4


3. Nhiệm vụ nghiên cún của đề tài

- Dan ra phương trình mô tả cường độ tán xạ Brillouin cưỡng bức.

- Đưa ra lời giải xác định cường độ tán xạ Brillouin trong các trường hợp đặc
biệt như: chế độ dừng, chế độ bỏ qua sự hấp thụ cảm ứng...

4. Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cúư đề tài

Chương 1. TỎNG QUAN VÈ TÁN XẠ BRILLOUIN
1.1. Quá trình tán xạ tự phát và tán xạ kích thích của ánh sáng

5

nhưng trong môi trường hợp ánh sáng bị tán xạ bởi sự dao động hoặc sự kích thích
của các đặc tính quang học của môi trường (cụ thé là thay đối mật độ môi trường).
Quá trình tán xạ sẽ làm mất đi các photon tới và sinh ra các photon tán xạ lệch so
với hướng ban đầu và có tần số dịch đi so với tần số ban đầu. Một số tán xạ được
biết như tán xạ Rayleigh, tán xạ Brillouin và tán xạ Raman. Trong điều kiện ánh
sáng thường, tán xạ là một quá trình thống kê ngẫu nhiên xảy ra trong vùng tần số
góc rộng như chỉ ra trong hình 1.1. Trong chương này, chúng tôi chủ yếu làm rõ
hiện tượng tán xạ Brillouin. Tuy nhiên, chúng tôi dành một phần để đề cập một
cách ngắn gọn đen quá trình tán xạ Raman, nó đóng một vai trò quan trọng trong
quang học phi tuyến và có thế song hành với tán xạ Brillouin, đây là các cơ ché tán
xạ chiếm ưu thế [1], [2].

ơ cấp độ cơ bản nhất, tán xạ có thể được mô tả bằng phương pháp cơ học
lượng tử, mặc dù trong thực tế bản chất của một số dạng tán xạ có thế được mô tả
đầy đủ bởi cơ chế cố điển ( Ví dụ như trong tán xạ Brillouin, phonon có năng
lượng bc hơn kBT, kB là hằng số Boltzmann và T là nhiệt độ). Tán xạ xảy ra do sự
tương tác của các sóng ánh sáng (cổ điên) với các kích thích (dao động) trong môi
trường. Trong lý thuyết lượng tử, ánh sáng có thể được xem là tập hợp của các

6


Môi trường tán xạ

Hình 1.1. Tản xạ tức thời của ảnh sảng tới

Tán xạ ánh sáng Brillouin bắt nguồn từ sự tương tác ánh sáng với sự lan
truyền sóng âm (hoặc phonon âm). Các photon tới bị mất đi, cùng với việc sinh ra
hoặc làm mất đi một phonon sẽ dẫn đến các photon tán xạ (bức xạ), có tần số

tương ứng gọi là Stokes hoặc đối Stokcs. Thành phần Stokcs có tần số dịch về phía
thấp hơn và thành phần đối Stokes có tần số dịch về phía cao hơn. Khi nhìn vào
phố tần số của ánh sáng tán xạ theo một hướng cụ thế (xem hình 1.2) xuất hiện như
là hai vạch có tần số gần với tần số ánh sáng tới, do tần số âm thanh nhỏ hơn nhiều
so với tần số quang, và được gọi là vạch đôi Brillouin ( hình 1.2). Mặt khác, khi
ánh sáng bị tán xạ bởi dao động phân tử, hoặc các phonon quang học, đó là tán xạ
Raman. Dịch chuyền tần số với các tần số khác nhau, giữa hàng trăm và hàng ngàn
số dao động (cm’1), có thể xảy ra do sự tán xạ Raman và được xác định bằng tần số
dao động khác nhau (và tần số quay) của vật chất. Khoảng dịch tần có thé so sánh
với tần số quang học (ví dụ như ánh sáng xanh ở bước sóng X = 500nm, có số dao
động = \ / X = 20000cm’1). Trong các nguyên tử hay phân tử có tồn tại các trạng
7


Rayleigh

Hình 1. 2. Phố tần sổ của ánh, tần sổ thấp hơn tần số ánh sáng tới (Stokes) và tần
so cao hơn tần so ảnh sảng tới (đoi stokes)

Cũng giống như một vài hình thức tán xạ khác, phụ thuộc vào bước sóng, khi bước
sóng càng ngắn thì tán xạ càng mạnh (ví dụ như ánh sáng màu xanh) và nó giúp
chúng ta giải thích tại sao nhìn thấy nền trời màu xanh trong ngày.

Khi cường độ ánh sáng tới yếu, quá trình tán xạ ánh sáng được gọi là tự
phát. Trong trạng thái này tán xạ được gây ra bởi sự kích thích lượng tử hoặc kích
thích nhiệt của môi trường và cường độ tán xạ tỉ lệ với cường độ của ánh sáng tới.

8

I

s(z) = Is(0)Q*V(ẽBILz)

(1.1)

giảm mạnh.
Ngược
lại, tán
pháttán
nhưxạ đã
biết vị
đếntrí làz cực
dụ nhưI s(0)
phần
Trong
đó Is(z)
là cường
độ xạ
ánhtựsáng
ở các
trongnhỏ
môi(vítrường,
là
tán xạ ~độ10~
bởitại
vậy
nó ítban
ảnhđầu,
hưởng

sựsố
truyền
ánhđại
sáng.
cường
tán5),xạ
điểm
g B đcn
là hệ
khuếch
của quá trình tán xạ. I L là
cường độ của chùm ánh sáng tới, và / là chiều dài của môi trường khuếch đại.

1.1.1

Quá trình tán xạ tự phát

Như chúng ta sẽ thấy trong phần sau, sự khuếch đại theo hàm số mũ của ánh
sáng tán xạ có thể được xảy ra trong trạng thái tán xạ kích thích được xác định bởi
công thức:

Môi trưòng tán xạ

Hỉnh 1.3. Sự tương tác photon tới, photon tản xạ và phonon

môi trường.

9

C0L = COs + CDQ

(1.2)

KL = Ks + KQ
Trong đó C0L, cos, COQ là tần số góc và KL, Ks, KQ là véc tơ sóng tương ứng với ánh
sáng tới, ánh sáng tán xạ và vật liệu kích thích (phonon) [13].

Hỉnh 1.4. Bức tranh tương tác photon-phonon cuả tản xạ cho thấy mối quan hệ
giữa (a) tần so và (b) véc tơ sóng.

Hình 1.4 biểu diễn hình ảnh về mối quan hệ của phương trình (1.2). Mối
quan hệ tán xạ mô tả liên quan giữa véc tơ sóng với tần số sẽ xác định xung lượng
phù hợp với sự dịch chuyển tần số theo hướng 9.

(13)

AV = % = 410


dPs / dz = p, {dơ / c/Q)AQ

(1.4)

Trong đó Ps và PL là công suất tương ứng của ánh sáng tán xạ và ánh sáng tới,
AQlà góc khối.

1.1.2

Tán xạ Brillouin của ánh sáng

Hiện tượng tán xạ Brillouin bắt nguồn từ sự tương tác ánh sáng với một sóng
âm (phonon âm).

Tần số Brillouin C0B là đại lượng nhỏ hơn so với tần số quang học, do đó, có
thé lấy xấp xỉ CỜL « (ở s và \K I«\K S \ . Khi đó, tam giác véc tơ sóng trong hình 1.4 (b)
L

11


=
103 m / s. Do
đó,tần
quãng
đường
đặc trưng
siêukếâmđối
(vBvới
1GHz)
Dịch
trong
tán truyền
xạ Raman
là tỉ của
phầnsóng
đáng
tần sốlà quang học.

Đối với bức xạ tại bước sóng X = 500nm (v = 2.104 cm _1) , dịch tần Raman VR =

lOOOcm’1 tương ứng với một sự thay đổi (VR / v) = 5% hoặc khoảng 25 nm.
ỈB = V ĨB = lpm.

1.1.3

Tán xạ Raman ánh sáng

Bảng 1.1: So sánh tần số dịch chuyên, độ rộng vạch phô, hệ số khuếch đại,
thời gian song của các dao động giữa tán xạ Raman và tán xạ Brillouin.

Hĩnh 1.5. Quả trình tán xạ Raman rung động và tản xạ Raman quay của dao động
1.1.4
Quá trình tán xạ cưỡng bức
của một phân tử

Tán xạ cưỡng bức ánh sáng [3] khác với tán xạ tự phát qua các yếu tố sau:
Thời gian dao động của phân tử có thế được suy ra từ độ rộng của vạch

12
13


Hiện tượng tán xạ ánh sáng có thể xẩy ra do hiện tượng thăng giáng đặc tính
quang học của hệ vật chất. Quá trình tán xạ ánh sáng gọi là tự phát khi sự thăng
giáng của môi trường (thông thường thăng giáng hằng số điện môi) làm cho hiện
tượng tán xạ ánh sáng đưọc kích hoạt bởi các hiệu ứng nhiệt hoặc hiệu ứng lượng
tử điểm không (không có mặt của ánh sáng). Ngược lại, hiện tượng tán xạ ánh sáng
gọi là cưỡng bức, khi thăng giáng được cảm ứng dưới tác động của ánh sáng. Tán
xạ cưỡng bức thông thường hiệu quả hơn nhiều so với tán xạ tự phát. Ví dụ, một
phần 10’5 công suất chùm laser sẽ bị tán xạ tự nhiên khi đi qua lcm nước, nhưng

hầu như 100% công suất sẽ tán xạ trong quá trình cưỡng bức.

Tán xạ Brillouin cưỡng bức (SBS) và tán xạ Raman cưỡng bức (SRS) rõ
ràng là quá trình được tăng cường do sử dụng bức xạ mạnh. Tán xạ cũng là một
quá trình kết hợp, phải thỏa mãn định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng. Do
đó đòi hỏi sự kết hợp hoàn toàn về thời gian và không gian của các nguồn bức xạ
(ví dụ như tia laser). Quá trình tán xạ tự phát có thế được mô tả bằng quang học
tuyến tính. Nhưng khi cường độ bức xạ tới cao, cường độ của tán xạ cưỡng bức
không còn tuyến tính, sự tăng cường của môi trường kích thích dẫn đến sự tăng
cường trong tán xạ. Cường độ ánh sáng tới lớn hơn một ngưỡng giới hạn thì xảy ra
quá trình phản hồi dương và chế độ tán xạ cưỡng bức xuất hiện và đặc trưng bởi sự
khuếch đại theo hàm số mũ của các bức xạ tán xạ:
14


khuếch đại của quá trình tán xạ cưỡng bức sẽ làm cho độ rộng phồ hẹp hơn so với
trường họp tán xạ tự phát. Trong tán xạ Brillouin cưỡng bức (SBS) hướng chiêm
ưu thế của sự tán xạ là theo hướng ngược (9=180°). Điều này xảy ra vì nhiều lý
do:

a) Chiều dài tối đa đạt được thường là dọc theo trục của chùm tia và tương ứng với
chiều dài của môi trường tương tác (1). Đối với các góc khác (ví dụ 90°) có
chiều
dài tương tác được giới hạn bởi đường kính (d) của chùm tia tới ( d « 1).

4

1

»

Hĩnh 1.6. Tản xạ ngirợc kích thích (6 = 180°) là cơ chế chủ yếu đối với SBS

15


Trong hầu hết các trường hợp thí nghiệm [2], cường độ ban đầu của tán xạ Is
(đầu vào) bắt nguồn từ sự tán xạ tự phát yếu. Đối với kiểu tán xạ ngược hình 1.6,
sự tán xạ tự phát xảy ra ở mặt sau của vùng tương tác, nó có cường độ tỉ lệ thuận
với cường độ laser, với nhiệt độ phòng chuẩn, giá trị của I s(l) — IL(1)CXP(-30) . Khi
độ khuếch đại G ~ exp(30) ~ 10 13, quá trình khuếch đại cưỡng bức sẽ đưa tán xạ
ban đầu đến giá trị Is(0) có thế so sánh với các cường độ laser ban đầu. Nó là cách
gọi thông dụng đé nói về một cường độ giới hạn cho SBS khi bắt đầu có sự phụ
thuộc mạnh theo hàm số mũ của cường độ tới. Yếu tố này được lấy G = exp (30),
tương ứng với một ngưỡng cường độ.

IL * - — 7

gBl

(1.8)

Tại cường độ này, sự chuyến đối từ bức xạ laser sang bức xạ tán xạ bắt đầu
xảy ra. Thật vậy, phương trình (1.7) cho dự đoán hiệu suất chuyển đối sẽ là 100%.
Điều này là không đúng đối với laser có cường độ thay đối trên chiều dài tương
tác và cần xây dựng một công thức đầy đủ cho phép sự suy giảm laser. Một
phương án hữu ích là đôi khi sử dụng ngưỡng G = exp (25), tương ứng với việc
chuyển đối khoảng 1% của bức xạ laser vào Stokes (và giả thiết gần đúng không
16

này làm cho quá trình tán xạ cưỡng bức được quan tâm nhiều. Khi sử dụng chùm
sáng tới có cường độ lớn, một môi trường trong suốt có the trở thành gần như
không truyền tải và điều này có vai trò quan trọng trong thông tin quang.

1.1.5. Phương trình sóng và phân cực phi tuvến

Phần trước, chúng ta đã mô tả quá trình tán xạ cưỡng bức ở mức độ định
tính. Đế khảo sát về mặt định lượng, ta xét sự lan truyền của ánh sáng đi qua môi
trường tán xạ trên cơ sở sử dụng hệ phương trình Maxwell.

Sự tương tác của ánh sáng với môi trường tán xạ được mô tả bởi hệ phương
trình Maxwell:

17


ỈŨTj

PfLexp(+iKJz)

2 £ữcn

(1.11)

(1.12)

Gần đúng đường bao biến thiên chậm, tức là giả thiết biên độ thay đổi chậm so với
_ n ÔE dE
ỉ

ylE,+-t
+ ^aE. =
kr
2J
õ2 õ2

(1.13)

Trong đó toán tử V2 =—— + —— tính với nhiêu xa ngang của sóng và các ký hiêu

p. = en ỵzĩ% + ỵzĩ%E: +
j,k
],k,l

(1.14)

18


1.1.6. Lý thuyết tán xạ Briỉlouin cưỡng bức

(1.15)
Trong đó cường độ phụ thuộc vào độ thay đối mật độ Ap (tại nhiệt độ xác
định) và thay đối nhiệt độ ÀT (tại mật độ không đổi). Sự tương tác của tia laser và
trường Stokes gây ra sự giao thoa làm biến đổi mật độ môi trường và sinh ra một
sóng âm. Có hai cơ chế ứng với hiện tượng này. số hạng đầu tiên trong (1.15) cho
biết nguyên nhân thay đối mật độ cảm ứng do hiện tượng điện giảo gây ra bởi sự
giao thoa giữa trường laser và trường Stokes. Đây là cơ chế chính SBS. số hạng
thứ hai (1.15) xảy ra trong môi trường hấp thụ, ở đó các trường giao thoa với nhau
làm xuất hiện thăng giáng nhiệt độ, dẫn đến sự thay đổi mật độ và tạo ra một sóng

âm. Cơ chế này được gọi là tán xạ Brillouin cưỡng bức do nhiệt (STBS) và chỉ xảy
ra trong môi trường hấp thụ.

Trong phần này, chúng tôi sử dụng các phcp gần đúng để dẫn ra lý thuyết
mô tả tán xạ Brilloin do sự thay đối mật độ cảm ứng. Chúng tôi giả thiết rằng:
19


ư

>h ye
sP

E

L

exp[i(KLz

- coLt)\ + E[ exp[— i(K Lz - CởLt)] I

1+ Es exp[;(-Ẫ'sz - cost)]+E's exp[- K~KSZ Cởst)]\
Ap = — {/?exp[/(ẪTz - cot)]+ c.c.}

(1.16)

(1.17)
trong đó: co = C0L - cos của laser và trường Stokes, KL, Ks và K là độ lớn của các
véc tơ sóng với K = KL+ KS — 2KL. Các trường laser dịch chuyển theo hướng +z ,
trường Stokes theo hướng - z (tán xạ ngược) và mật độ sóng âm được dịch chuyển

theo hướng + z. Đế tống quát, chúng ta cho phép một sự thay đổi nhỏ so với tần số
cộng hưởng Aco = Củ-Cở0

Công thức (1.17) được dẫn ra là do lực điện giảo trong môi trường. Nó phụ
thuộc vào bình phương của điện trường E2. Điều này làm cho mật độ tăng ở khu
<®L

n dEL

AcnL p0

c Ôt
ÕES n ÔES+ —aE„5
2
ôz c ôt
(1.18)

(1.19)
20
Trong đó ỵe = pữ{ds!dp) là hệ số điện giảo


Đế thu được biên độ của các nhiễu loạn phi tuyến cảm ứng trong mật độ môi

Trong phương trình này, các đạo hàm theo không gian của các trường âm đã
,

,

02 p

Chúng tôi có thế sử dụng xâp xỉ —Y « 2cờ(ôp/ẽt), điều này là phù hợp neu

ẼR + (_;A® + ĩỉ-)p =

p.ggg*

-

e

(1.21)

(1.22)

y—

21


dz
dls
-7- = -gB(A(ữ)ILỉs
(1.23a)
1

(1.23b)

^(/)2
s,(0) =

nvp0YB
(A
(1.24a)

(1.24b)
Trong đó, g5(0) = gB là hệ số khuếch đại cực đại cộng hưởng, và chúng tôi đã

400 = /s(/)exp[gfi(A22i(0)(/ - z)]

(1-25)


iỉữ

x

ĩe

\cn p0

Phương trình (1.21) cho biết mật độ sóng âm tại cộng hưởng khi không có

(1.27)

1B

Đối với các trường hợp mà sóng tán xạ được bắt đầu từ tạp âm, quá trình sẽ
đạt cực đại ở cộng hưởng. Tập hợp các phương trình mô tả trường hợp cộng hưởng

i 2n
2K L

kc

x

ÕE L Ô E L 1

p

c dt dz
dE~ 1

„ ÌCỞ„ YB „

-------------— + Ea Ị£ =

(1.30b)
p

23


I(ữ

s

4 cn

l

ôp r

Ye£ữ^-B Ị£ ££*

1.1.7 Tán xạ Briỉlouin cưỡng bức nhiệt

(1.30c)

Trong phần này, chúng ta xét tán xạ Brillouin cưỡng bức nhiệt (STBS).
Trong STBS, sự hấp thu ánh sáng tạo ra bién đổi nhiệt độ, do đó mật độ cũng biến
đối, đây là một nguồn thứ cấp của sóng âm, nó sẽ kết hợp cùng với sóng ánh sáng
T=T-T0, T«Tữ, T = -{Texp[i(Kz-ũ)t)] + c.c}

ạẼì

n
+ —cxE„
2*
8ES

(1.31)

— ELp
+

(1.32)
4A C O /Y B

1

g°B=

S,(Afi>) = sỉ(0)

i+(2Aứ)/rs)2

asr y
2 cinvpữIE

(1.34)
(1.33)

Số hạng điện giảo giống như trước còn số hạng của độ hấp thụ có giá trị của
24


Trong đó Ỵ a = a(yc 2PT/CpũT s ) được gọi là hằng số hấp thụ liên kết, T là hệ số giãn
nở nhiệt và cp là nhiệt dung riêng đẳng áp. Sự hấp thụ làm cho hệ số khuếch đại
đạt giá trị lớn nhất tại Aro = rs/2. Nó sẽ triệt tiêu tại tần số cộng hưởng đối với
SBS thuần túy và có thể thêm vào số hạng điện giảo cho

ACÕ

> 0 ( bên Stokes),

hoặc trừ đi cho Acơ < 0 (bên đối Stokes), trong trường hợp này gB được bỏ qua nếu
sự hấp thụ đủ lớn. Rõ ràng là STBS dẫn đến một sự tăng cực đại tại một độ dịch
tần số cộng hưởng lệch so với quá trình SBS điện giảo thuần.

1.1.8 So sánh SRS và SBS

Như đã đề cập, tán xạ Raman cưỡng bức (SRS) và tán xạ Brillouin cưỡng
bức (SBS) là quá trình tán xạ chủ yếu không đàn hồi. Nguồn sóng laser có tần số
coL(nguồn bơm) kích thích sự dao động bên trong môi trường với tần số

COQ

thời tạo ra một chùm tán xạ kèm theo, gọi là sóng Stockes, có tần số co s = C0L -

đồng
COQ.

Trong cộng hưởng SRS, cộng hưởng nội là chuyển dịch lượng tử do dao động phân
tử thường được gọi là phonon quang học, trong khi SBS tạo ra sự tương tác với
một sóng âm, đôi khi được gọi là phonon âm. Hai quá trình tán xạ khá giống nhau
25


•

Thời gian tắt dần của SRS là rất ngắn, thường thì
khi đó SBS ĨR

Ở

ZR

khoảng vài pico giây, trong

trong phạm vi nano giây, nó thường sinh ra hiện tượng trong

suốt
đối với quá trình tán xạ SBS. Do thời gian tắt dần trong SBS dài nên cần có sự
phân tích quá trình trong suốt trong lời giải của các phương trình. Hiện tượng
trong
suốt nói trên không đề cập trong chc độ ổn định.

•

Tán xạ SRS thẳng và tán xạ SRS ngược đều có thể xảy ra với độ khuếch đại cực
đại và thường là theo hướng thuận. Do điều kiện hợp pha trong SBS, chỉ có tán
xạ
ngược xảy ra, không có sự tán xạ theo hướng thuận như có trong môi trường
đẳng
hướng. Việc tạo ra vạch Stockes thứ hai có tần số cao hơn trong quá trình SRS là
do do cơ chế tán xạ thuận rất mạnh giới hạn sự hoạt động của tán xạ Raman tại
các
bộ chuyển đổi mức cao, mặc dù các tần số bậc cao hơn Stokes và đối Stokes có
thể
có ứng dụng quan trọng. Tán xạ bậc cao ảnh hưởng ít hơn đến tán xạ Billouin
26


liệu cho hiệu suất SBS cao và thích hợp với các laser bước sóng thích hợp. Chính
vì vậy SBS có các đại lượng đặc trưng sau đây:

• Độ dịch tần SBS

VB = (ỞB Ỉ2n = 2n(pIc)v, =2vIẲL

(1-35)

trong đó V và c/n tương ứng là vận tốc sóng âm và vận tốc ánh sáng trong môi
trường, u L , Ă r tương ứng là tần số và bước sóng của laser.

• Độ rộng vạch phổ SBS AvB= Y Bl2n,

27