相干喇曼散射光谱技术

引言相干喇曼光谱学(相干反斯托克斯喇曼散射 CARS 和相干斯托克斯喇曼散射 CSRS,统称为相干喇曼散射 CRS)引起了人们极大的兴趣。尤其是相干反斯托克斯喇曼散射光谱技术,以其高效率、高灵敏度、高分辨率、抗荧光干扰性强、信息量大、应用范围广等著称。因此,成为分析、检测、研究分子结构及高阶光学声子激发态的有力工具。CRS光谱学的技术基础是相干激发和可调谐激光技术。CRS 现象的发生是基于介质的三阶     

缩略词选登(三)

ACF autocorrelation function 自相关函数ATC automatic thresholdlevel control 自动阀值电平控制BPSK binary phase-shiftkeyed 二进制移相键控的CARS coherent anti-Stokes Raman scattering 相干反斯托克斯喇曼散射CARS coherent anti-Stokes Raman spectroscopy 相干反斯托克斯喇曼光谱学     

相干反斯托克斯喇曼散射实验初步取得成果

相干反斯托克斯喇曼散射是一种比自发喇曼散射转换效率高得多的非线性过程。由于可调谐染料激光器日趋成熟及商品化,使相干反斯托克斯喇曼光谱(CARS)近几年来在国外得到颇为迅速的发展,成为一种具有高光谱分辨率和高空间分辨率的新颖光谱技术,引起人们广泛的兴趣。     

重复脉冲YAG:Nd~(3+)激光泵浦获得相干反斯托克斯喇曼散射

相干反斯托克斯喇曼光谱学(CARS)是光谱学的一门新的重要分支,也是激光光谱学的一个重要领域。由于它具有独特性质而成为一个强有力的分析工具,所以引起人们越来越大的注意。我们建成了一套以重复脉冲 YAG:Nd~(3+)激光器作为光源的完整的 CARS 实验装置,并且获得相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)和相干斯托克斯喇曼散射(CSRS)。该装置由以下五部分组成:     

氢中后向一、二阶反斯托克斯受激喇曼散射

本文观察到氢的后向一、二阶反斯托克斯受激喇曼散射,分析了它们产生的机理,并比较了前向和后向受激喇曼散射的特性。     

液氮的受激喇曼散射研究

本文使用染料测Q红宝石激光激励液氮的受激喇曼散射，观察到一级斯托克斯、一级反斯托克斯和二级反斯托克斯线，测得散射光的喇曼频移、线宽、能量转换率和退偏振度等参数．并对所得结果进行了讨论。     

相干反斯托克斯喇曼散射光谱方法的化学应用研究

本文介绍了采用宽带染料激光的相干反斯托克斯喇曼散射光谱技术。实验结果证明,利用这一技术可同时记录CARS和CSRS谱图,在吡啶的情况下,同时记录一条以上的喇曼谱线也是可能的。     

相干反斯托克斯喇曼散射

本文描述了相干反斯托克斯(CARS)喇曼光谱技术实验结果。详细报导了实验装置与实验条件。以苯、甲苯、氯苯等液态样品为例进行了光谱演示实验,并与受激喇曼散射进行了比较。结果表明CARS光谱技术具有高灵敏度、高分辨率等一系列优点。由于CARS谱落在反斯托克斯区,特别适用于强荧光介质的研究。CARS过程是一典型的四波混频过程。 CARS现象是双频激光束在喇曼介质中通过介质的三阶非线性效应相互作用的结     

相干反斯托克斯喇曼散射光谱在推进剂火焰温度和浓度测量中的应用

相干反斯托克斯喇曼散射光谱在推进剂火焰温度和浓度测量中的应用冯振芳，高雅允，金伟其（北京理工大学工程光学系北京１０００８１）本文介绍了利用相干反斯托克喇曼散射（ＣＡＲＳ）光谱测量推进剂火焰温度和浓度的原理，并给出了实验原理图，表明了ＣＡＲＳ技术在推进...     

红宝石激光泵浦甲烷的高阶受激喇曼散射

报道用红宝石激光泵浦甲烷的高阶受激喇曼散射，并讨论了高阶反斯托克斯光产生的条件。     

基于受激电子喇曼散射效应的红外可调谐激光系统的研究

发展红外区的连续可调谐激光器是当前激光技术及其应用的一个重要研究课题.近几年来发展了一种由金属原子蒸气中的受激电子喇曼散射效应产生可调谐相干红外辐射的方法.这种方法可将脉冲染料激光所输出的调谐的可见辐射直接转换为调谐相干红外辐射.图1为铯原子产生6S～7S喇曼跃迁的有关能级图.ω_L为泵浦光频率;7P为喇曼跃迁的近共振中间态.则斯托克斯辐射频率为:     

High enhancement factor of Au nano triangular prism structure for surface enhanced coherent anti-Stokes Raman scattering

Coherent anti-Stokes Raman scattering spectroscopy(CARS) is a well-known detecting tool in biosensing and nonlinear spectroscopy. It can provide a non-invasive alternative without the need for exogenous labels, while the enhancement factor for surface plasmon resonances(SPR) are extensively used to increase the local field close to the oscillators and which can obtain high enhancement. In this work, we investigate the enhancement factor of our structure for surface-enhanced coherent anti-Stokes Raman scattering. The absorption spectrum of the structure has been studied, a wide range of absorption has been realized. The enhancement can be as high as 10¹⁶ over standard CARS. Our design is very useful for improving the enhancement factor of surface-enhanced coherent anti-Stokes Raman scattering.     

交叉蝴蝶结纳米结构的Fano共振效应用于表面增强相干反斯托克斯拉曼散射的理论研究

Fano共振效应拥有独特的局域场增强效果,在表面增强相干反斯托克斯拉曼散射中,不同波长局域场增强空间位置相同的结构结合Fano共振效应,可以实现混合频率共振模式,使得表面增强相干反斯托克斯拉曼散射总的增强因子得到大幅度提高。采用FDTD软件系统研究了对称的交叉蝴蝶结Au纳米结构的Fano共振效应,该效应使得交叉蝴蝶结结构中心位置附近的电场强度得到大幅度的增强,把该结构应用到表面增强相干反斯托克斯拉曼散射中,可以使表面增强相干反斯托克斯拉曼散射信号的增强因子高达1013,达到单分子检测的水平。     

A Theory of the Multimode Resonant Raman Scattering Compared with the Experiment

The dynamics of the Resonant Raman Scattering (RRS) of multimode broadband lasers is described and resolved without neglecting the phase and cavity effects. The multimode pump structure leads to an equivalent Raman structure by mixing interaction. When the stokes and the pump modes have the same phase, the forward multimodal Raman scattering shows a gain equivalent to the gain of a single mode pump with an equivalent mean power, so that in a Raman resonator the Raman modes can be synchronously amplified to the saturated power until the de phasing destroys the Raman conversion. All these effects have been experimentally observed. Besides an incoherent scattering process is always present in competition with the coherent one.     

产生高阶相干喇曼辐射的两种不同物理机制的研究

研究了受激喇曼散射(SRS)实验中观察到的高阶相干喇曼辐射的两种不同成因。一种是级联(多阶)受激喇曼散射过程,另一种是喇曼共振增强的四波混频(四光子参量)过程,以方解石样品为例所作判断实验结果表明,上述两种物理过程既可先后分别产生,亦可同时发生。     

A continuously tunable sequential Stokes Raman laser

We have obtained continuously tunable coherent radiation in the1-12 mum region via sequential Raman scattering of pulsed-dye-laser radiation in hydrogen. A multiple-pass-cell was used to enhance the Raman gain and produce an overall quantum conversion efficiency of at least 45 percent in the wavelength range from 0.9 to 5μm. At 5 μm, an energy output of 1 mj in a 7 ns pulse at a 10 Hz repetition rate has been obtained. Inherent four-wave mixing initiates the sequential Stokes conversion to the infrared and produces single transverse mode (TEM00) radiation in a 0.2 cm^-1bandwidth. We have developed a nonlinear model of the process that includes the effects of diffraction, four-wave mixing, and temporal pulse shape and gives numerical outputs in agreement with experiment.     

Optically heterodyned coherent Raman spectroscopy

A convenient variation of Raman-induced Kerr effect spectroscopy (RIKES) which overcomes many of the previous limitations of coherent Raman spectroscopy is introduced. Quantum limited signal-to-noise ratios may be approached by the use of optical heterodyne detection (OHD). Detector current, linearly proportional and phase sensitive to the third-order nonlinear susceptibility, and linearly proportional to the Raman scattering cross section, is produced. Heterodyne detection in coherent Raman spectroscopy enables the detection of weak Raman signals that would otherwise be obscured by noise resulting from background sources.     

斯托克斯光种子法固体相干反斯托克斯拉曼频移器的理论研究

以波动方程和受激拉曼散射(SRS)物质方程为基础,采用光种子法,建立了固体相干反斯托克斯拉曼频移器的归一化耦合波方程,研究了晶体中反斯托克斯光转换效率。在脉冲抽运条件下分析了归一化增益系数G、归一化相位失配系数ΔK以及一阶斯托克斯光种子的归一化光场振幅ψs0三个变量对固体相干反斯托克斯拉曼频移器的影响,并作出了一系列相应曲线,由所得曲线估算了各归一化变量的合理取值范围。分析结果表明,在ΔK=0时,通过增大sψ0来打破拉曼增益抑制的影响,其转换效率峰值可达到44%。而当sψ0较弱时,可选取合适的相位失配系数,反斯托克斯光转换效率可达40%。     

用单次脉冲非稳腔空间增强探测CARS技术测量火焰温度

采用宽带相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)技术测量了甲烷-空气预混火焰温度场分布,并分析了温度测量的不确定度.建立的宽带CARS实验系统采用非稳腔空间增强探测(USED)相位匹配构造,其横向空间分辨率约0.1 mm,纵向空间分辨率约3 mm,该系统能实现10 Hz重复频率测量火焰瞬时温度.采用宽带非稳腔空间增强探测CARS在甲烷-空气预混火焰中获得了单次激光脉冲的高信噪比氮气Q支CARS实验谱,用CARS理论计算软件拟合理论谱和实验谱确定了预混火焰的温度随高度的分布,采用单次激光脉冲的氮气Q支CARS实验谱测量火焰温度的不确定度小于5%.     

CARS显微术的基本原理及其进展

相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)以其散射强度高、方向性好、背景干扰小等优点成为分子研究的有力工具,CARS显微镜不仅可以对样品进行光谱研究,还可以对其进行功能性成像．提高了分子分析的信息量。介绍了CARS显微术的理论结果、不同结构及其在生物学领域的应用等。