Ramanovo raspršenje

Osnovni energetski nivo molekule sastoji se iz niza podnivoa, slika 6. Kada na molekulu djeluje foton hf ona se pobuduje i prelazi u prividno pobudeno stanje. Iz takvog stanja ona se brzo vraca u normalno stanje i daje foton hf koje smo nazvali Rejlijevim rasipanjem. Medutim, cesto se dogada da se molekula ne vraća na isti podnivo, unutar osnovnog nivoa. Ukoliko se molekula vraca na viši podnivo u okviru osnovnog nivoa, govorimo o Stoksovom nivou (Stokes) prelazu. U tom slucaju oslobodeni foton ima manju energiju od pobudnog fotona hfs < hf, što znaci da dobijamo manju frekvenciju zracene svjetlosti, odnosno vecu talasnu dužinu. Ako se pobudena molekula vrati u osnovno stanje, ali na podnivo, koji je niži od onog sa kojeg je pobudena, govorimo o anti – Stoksovom prelazu. U tom slucaju frekvencija nastale svjetlosti je veca od frekvencije pobudne (upadne) svjetlosti. Naravno sa stanovišta statistike, najvjerovatniji je Rejlijev prelaz, medutim sa malom vjerovatnocom (reda 10-6) moguci su i Stoksov, odnosno anti – Stoksov prelaz. U sva tri slucaja govorimo o Ramanovom rasipanju.

Stimulisano Ramanovo raspršenje

Spada u klasu nelinearnih raspršenja. Raspršeno svjetlo je pomjereno u frekvenciji za oko 13 THz. Medutim, ukupni spektralni dobitak SRS-a se proteže cak i do 40 THz , dakle SRS je širokopojasna pojava. U jednomodnim optičkim vlaknima javlja se u oba smjera.Prema kvantno-mehaničkoj teoriji, Ramanovo raspršenja nastaje pri neelastičnim sudarima fotona sa optičkim fononima (kvanti vibracije kristalne rešetke). Prema klasičnoj teoriji nastaje interakcijom jakog svjetlosnog talasa sa molekulama sredine.Ukoliko snaga svjetlosti za dato vlakno prede odredeni prag (prag je reda 1W), tada dolazi do pojave stimulisanog Ramanovog rasipanja, koje možemo objasniti pomocu slike 7. Kada na molekulu djeluju dva fotona, hf i hfs, pri cemu fs odgovara Stoksovoj frekvenciji, tada dolazi do sljedece pojave: foton hf pobuduje molekulu, dok foton sa frekvencijom fs stimuliše molekulu da prede u normalno stanje (vrši indukovan prelaz). Zbog toga nastali foton ima istu frekvenciju i fazu, kao i foton hfs, - koji vrši stimulisani prelaz. Razlika frekvencija f-fs naziva se Ramanov pomak.

M o ž e se p r i m je n i t i n a 2 n ači n a : 1. Laseri bazirani na stimuliranom Ramanovom raspršenju. Ramanov laser

može istovremeno raditi na nekoliko talasnih dužina: 2. Pojačavači bazirani na SRS: Razliku energije ulaznog i nastalog fotona

apsorbuje medijum u obliku molekularnih vibracija (optički fononi). Odavde proizilazi da se pojačanje u ovakvom pojačavaču može ostvariti jedino ako se vrši optičko pumpanje. Ramanovi pojačavači tako ne ne zahtijevaju inverznu naseljenost energetskih nivoa. Korisni signal i signal pumpe vode se preko sprežnika, u vlakno, pri čemu sprežnik ima selektivne osobine. Energija se prenosi sa signala pumpe ωp na korisni signal, kojeg treba pojačati ωs i oba signala idu na filter, koji propušta pojačani korisni signal.Osnovni nedostatak Ramanovih pojacavaca je relativno velika snaga pumpe.

St i m u li r a n o B r ill o u i n o v o r a s p r š e n j e

Stimulirano Brillouinovo raspršenje (eng. Stimulated Brillouin Scattering – SBS) je nelinearni process. Briluenov prag iznosi 1mW. U slucaju SBS-a širina spektralnog dobitka je 100 MHz, dok je svjetlo pomjereno u frekvenciji za oko 11 GHz. U jednomodnim optičkim vlaknima nastaje samo u povratnom smjeru (prema ulazu u opticko vlakno). Ono nastaje zbog pojave jakog elektricnog polja elektromagnetnog talasa (svjetlosti), pod cijim uticajem dolazi do mehanicke deformacije sredine (stakla) kroz koju svjetlost prolazi. Pošto se ovdje radi o mehanickoj deformaciji, ona se prenosi kroz materijal brzinom zvuka.Prema kvantno-mehaničkoj teoriji, Briluenovo raspršenje nastaje pri neelastičnim sudarima fotona sa akustičnim fononima (kvanti energije akustičnog talasa). Prema klasičnoj teoriji nastaje interakcijom jakog svjetlosnog talasa sa akustičnim talasom.

Generalno, stimulirano Brillouinovo raspršenje može zavisiti od nekoliko faktora:1. snage signala – postoji vrijednost praga snage signala ispod

koje SBS nece prouzrokovati prebleme;2. širine spektra signala – što je uži spektar signala to je i SBS

veci problem jer zahtijeva manji prag 3. velicine jezgra vlakna – što je jezgro uže, to je veca

koncentracija snage i na taj nacin veci je i efekat SBS-a;4. talasne dužine – efekat SBSa je veci na 1550 nm nego na 1310 nm.

M o ž e se p r i m je n i t i n a 2 n ači n a : 1. Laseri bazirani na stimuliranom Brillouinovom raspršenju. Konstrukcija

Brillouinovih lasera može biti zasnovana na Fabry-Perot rezonatoru.2. Pojacavaci bazirani na stimuliranom Brillouinovom raspršenju: poja cavaci

se opticki pumpaju, a dio opticke snage se prenosi na signal, kroz proces SBS. Zrak pumpe se širi kroz medijum kao zvucni talas, dakle brzinom zvuka. Pojacanje nastaje samo ako se zraci signala i pumpe krecu u suprotnim pravcima