布里淵散射，拉曼光譜布里淵散射光譜紅外吸收光譜的區(qū)別和聯(lián)系

來源：整理時間：2024-11-08 14:53:03 編輯：智能門戶手機版

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1，拉曼光譜布里淵散射光譜紅外吸收光譜的區(qū)別和聯(lián)系
2，布里淵散射的介紹
3，什么叫布里淵散射和布拉格散射
4，BOTDR技術是什么技術
5，光的散射的介紹
6，布里淵散射的概念

1，拉曼光譜布里淵散射光譜紅外吸收光譜的區(qū)別和聯(lián)系

飛秒檢測發(fā)現(xiàn)拉曼光譜是基于分子的對稱振動產(chǎn)生的能量輻射和吸收，布里淵散射也屬于喇曼效應，即光在介質(zhì)中受到各種元激發(fā)的非彈性散射，其頻率變化表征了元激發(fā)的能量。與拉曼散射不同的是，在布里淵散射中是研究能量較小的元激發(fā)，如聲學聲子和磁振子等。而紅外吸收光譜是基于分子的不對稱振動而產(chǎn)生的吸收和能量輻射

拉曼光譜布里淵散射光譜紅外吸收光譜的區(qū)別和聯(lián)系

2，布里淵散射的介紹

布里淵散射是布里淵于1922年提出的，可以研究氣體，液體和固體中的聲學振動，但作為一種實用的研究手段，是在激光出現(xiàn)以后才發(fā)展起來的。布里淵散射也屬于喇曼效應，即光在介質(zhì)中受到各種元激發(fā)的非彈性散射，其頻率變化表征了元激發(fā)的能量。與喇曼散射不同的是，在布里淵散射中是研究能量較小的元激發(fā)，如聲學聲子和磁振子等。

布里淵散射的介紹

3，什么叫布里淵散射和布拉格散射

在彈性散射(elastic scattering)中: 入射光的能量沒有損耗,但入射光的傳播方向發(fā)生變化.當入射光之波長(如X光)與物質(zhì)晶格間距接近時,為所謂布拉格散射(Bragg scattering);若入射光之波長(如可見光)遠大於物質(zhì)晶格間距時,為所謂雷利散(Rayleigh scattering). 布里淵散射一種最重要的非彈性散射稱為布里淵散射(Brillouin scattering)。它是由于聲波通過介質(zhì)時所引起的折射率不均勻而產(chǎn)生的。

什么叫布里淵散射和布拉格散射

4，BOTDR技術是什么技術

布里淵散射是光在光纖中傳輸過程中發(fā)生的一種非線性效應。由于它的存在使光信號產(chǎn)生傳輸損耗,這對信號傳輸而言是不利的,但人們可以利用這種效應對光纖進行測量。布里淵散射是由光子與聲子的相互作用產(chǎn)生的,其結果是散射光相對于入射光產(chǎn)生頻移,頻移的大小與材料的聲速成正比,而聲速與光纖應變成正比。光在光纖中傳播時，從光纖返回的后向散射光有3種成分：（1）由光纖折射率的微小變化引起的瑞利（RayLeigh）散射，其頻率與入射光相同；（2）由光子與光聲子相互作用而引起的拉曼（Raman）散射，其頻率與入射光相差幾十太赫茲；（3）由光子與光纖內(nèi)彈性聲波場低頻聲子相互作用而引起的布里淵（Brillouin）散射。其頻率與入射光相差幾十吉赫茲。因此，時域分布光纖檢測系統(tǒng)按光的載體可分為三種形式：基于拉曼散射的分布式光纖檢測系統(tǒng)、基于瑞利散射的分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)和基于布里淵散射的分布式光纖檢測系統(tǒng)（BOTDR）。當前，前二種形式的研究和應用較多，后一種形式是國際上近年來才研發(fā)出來的一項尖端技術，國內(nèi)研究才剛剛起步。由于后一種形式可用來測量光纖沿線的應變分布，可以預計，不久在這方面將有所突破，并且前二種形式將發(fā)展成更多的應用種類，逐漸向大壩安全監(jiān)測的各個領域滲透。光纖網(wǎng)絡布置形式將更趨豐富多樣，更趨科學合理。布里淵散射的基本原理是利用光纖中的布里淵散射光的頻移變化量與光纖所受的軸向應變和溫度之間的線性關系。布里淵散射光與其他散射光相比的另一個突出優(yōu)點是它的頻移變化量與溫度相關性比應變的相關性要小得多（0.002%/℃）。生技論壇：http://bbs.biogo.net實驗技術討論群：14493489

5，光的散射的介紹

光的散射（scattering of light）是指光通過不均勻介質(zhì)時一部分光偏離原方向傳播的現(xiàn)象。偏離原方向的光稱為散射光。散射光波長不發(fā)生改變的有丁鐸爾散射、分子散射；波長發(fā)生改變的有拉曼散射、布里淵散射和康普頓散射等。丁鐸爾散射首先由J.丁鐸爾研究，是由均勻介質(zhì)中的懸浮粒子（如空氣中的煙霧、塵埃）以及浮濁液、膠體等引起的散射。真溶液不產(chǎn)生丁鐸爾散射，化學中常根據(jù)有無丁鐸爾散射來區(qū)別膠體和真溶液。分子散射是由分子熱運動所造成的密度漲落引起的散射。波長發(fā)生改變的散射與散射物質(zhì)的微觀結構有關。

入射光與介質(zhì)的分子運動間相互作用而引起的頻率發(fā)生改變的散射。1928年c.拉曼在液體和氣體中觀察到散射光頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象，稱拉曼效應或拉曼散射。拉曼散射遵守如下規(guī)律：散射光中在原始入射譜線（頻率為ω0）兩側對稱地伴有頻率為ω0±ωi(i=1,2,3,…)的一組譜線，長波一側的譜線稱紅伴線或斯托克斯線，短波一側的譜線稱紫伴線或反斯托克斯線，統(tǒng)稱拉曼譜線；頻率差ωi與入射光頻率ω0無關，僅由散射物質(zhì)的性質(zhì)決定。每種物質(zhì)都有自己特有的拉曼譜線，常與物質(zhì)的紅外吸收譜相吻合。在經(jīng)典理論的解釋中，介質(zhì)分子以固有頻率ωi振動，與頻率為ω0的入射光耦合后產(chǎn)生ω0、ω0－ωi和ω0+ωi三種頻率的振動，頻率為ω0的振動輻射瑞利散射光，后兩種頻率對應斯托克斯線和反斯托克斯線。拉曼散射的詮釋需用量子力學，不僅可解釋散射光的頻移，還能解決諸如強度和偏振等問題。按量子力學，晶體中原子的固有振動能量是量子化的，所有原子振動形成的格波也是量子化的，稱為聲子。拉曼散射和布里淵散射都是入射光子與聲子的非彈性碰撞結果。晶格振動分頻率較高的光學支和頻率較低的聲學支，前者參與的散射是拉曼散射，后者參與的散射是布里淵散射。固體中的各種缺陷、雜質(zhì)等只要能引起極化率變化的元激發(fā)均能產(chǎn)生光的散射過程，稱廣義的拉曼散射。按習慣頻移波數(shù)在50—1,000/厘米間為拉曼散射，在0.1—2/厘米間是布里淵散射。

6，布里淵散射的概念

在光纖中傳播的光波，其大部分是前向傳播的，但由于光纖的非結晶材料在微觀空間存在不均勻結構，有一小部分光會發(fā)生散射。光纖中的散射過程主要有三種：瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射，它們的散射機理各不相同。其中，布里淵散射是光波與聲波在光纖中傳播時相互作用而產(chǎn)生的光散射過程，在不同的條件下，布里淵散射又分別以自發(fā)散射和受激散射兩種形式表現(xiàn)出來。在注入光功率不高的情況下，光纖材料分子的布朗運動將產(chǎn)生聲學噪聲，當這種聲學噪聲在光纖中傳播時，其壓力差將引起光纖材料折射率的變化，從而對傳輸光產(chǎn)生自發(fā)散射作用，同時聲波在材料中的傳播將使壓力差及折射率變化呈現(xiàn)周期性，導致散射光頻率相對于傳輸光有一個多普勒頻移，這種散射稱為自發(fā)布里淵散射。自發(fā)布里淵散射可用量子物理學解釋如下：一個泵浦光子轉換成一個新的頻率較低的斯托克斯光子并同時產(chǎn)生一個新的聲子；同樣地，一個泵浦光子吸收一個聲子的能量轉換成一個新的頻率較高的反斯托克斯光子。因此在自發(fā)布里淵散射光譜中，同時存在能量相當?shù)乃雇锌怂购头此雇锌怂箖蓷l譜線，其相對于入射光的頻移大小與光纖材料聲子的特性有直接關系。由于構成光纖的硅材料是一種電致伸縮材料，當大功率的泵浦光在光纖中傳播時，其折射率會增加，產(chǎn)生電致伸縮效應，導致大部分傳輸光被轉化為反向傳輸?shù)纳⑸涔?，產(chǎn)生受激布里淵散射。具體過程是：當泵浦光在光纖中傳播時，其自發(fā)布里淵散射光沿泵浦光相反的方向傳播，當泵浦光的強度增大時，自發(fā)布里淵散射的強度增加，當增大到一定程度時，反向傳輸?shù)乃雇锌怂构夂捅闷止鈱l(fā)生干涉作用，產(chǎn)生較強的干涉條紋，使光纖局部折射率大大增加。這樣由于電致伸縮效應，就會產(chǎn)生一個聲波，聲波的產(chǎn)生激發(fā)出更多的布里淵散射光，激發(fā)出來的散射光又加強聲波，如此相互作用，產(chǎn)生很強的散射，這就是受激布里淵散射（SBS）。相對于光波而言，聲波的能量可忽略，因此在不考慮聲波的情況下，這種SBS過程可以概括為頻率較高的泵浦光的能量向頻率低的斯托克斯光轉移的過程。這樣受激布里淵散射可以看成僅僅是在有泵浦光存在的情況下在電致伸縮材料中傳播的斯托克斯光經(jīng)歷了一個光增益的過程。在受激布里淵散射中，雖然理論上反斯托克斯和斯托克斯光都存在，一般情況下只表現(xiàn)為斯托克斯光。

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