Hiện tượng SBS xảy ra trong hầu hết các vật liệu khác nhau ở thể khí, lỏng, rắn và thậm chí plasma. Số lượng các vật liệu này là rất lớn, tuy nhiên chỉ có một số vật 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 [2]:
a) Độ dịch tần SBS:
B
ν =ωB/ 2π =2 ( / )nυ νc L =2 /υ λL (1.35)
Trong đó υ và c/n tương ứng là vận tốc sóng âm và vận tốc ánh sáng trong
môi trường, υ λL, Ltương ứng là tần số và bước sóng của laser.
Trong đó: ΓB= 2 0 eff 1 ( B/ ) B k ρ η
τ = , là nghịch đảo của thời gian sống τB, kB véc tơ sóng âm, ρ0 là mật độ môi trường, ηeff là độ nhớt hiệu dụng.
c) Hệ số khuếch đại SBS: gB = 2 2 0 ( e s ) B k n c γ ρ υ Γ (1.37)
Với kS là véc tơ sóng Stokes, γe là hằng số điện giảo. Đối với môi trường đối
xứng được cho bởi biểu thức sau: γ =e (n2−1) (n2 +2 / 3) , với n là chiết suất môi trường.
Các vật liệu sử dụng trong SBS là các vật liệu quang phi tuyến. Các loại vật liệu dạng khí nén sẽ loại bỏ được sự làm nghèo mật độ, tạo ra lỗ trống cho bọt khí và các dòng đối lưu nhiệt. Khi thay đổi áp suất khí thì độ rộng vạch phổ sẽ hẹp lại, ứng với thời gian sống lớn.
Các loại vật liệu là chất lỏng có ngưỡng SBS thấp hơn chất khí và độ rộng phổ Brillouin rộng hơn, ứng với thời gian sống ngắn. Trong gần đúng thứ nhất, độ khuếch đại Brillouin gB tỉ lệ với 2
0
ρ và thời gian phân sống tỉ lệ
2 0
ρ λ . Như vậy, đối với laser có bước sóng ngắn ( với xung cỡ 10ns), các chất khí có thể chỉ dịch chuyển trạng thái cao trong SBS, trong khi SBS đối với chất lỏng có thể được xem xét trong chế độ trạng thái cân bằng.
Thời gian sống tỉ lệ với bình phương bước sóng và cường độ ngưỡng SBS tỉ lệ với thời gian sống. Đây là nguyên nhân là giảm hiệu suất SBS với laser bước sóng dài chẳng hạn như CO2, nó thể hiện sự chuyển tiếp trạng thái cao và sự khuếch đại thấp.
Các vật liệu rắn sử dụng cho SBS, chủ yếu là các sợi quang, trong đó chiều dài tương tác lớn, làm cho độ khuếch đại Brillouin nhỏ. Các vật liệu SBS rắn được đặc trưng bởi bề rộng phổ nhỏ và do đó thời gian sống dài.
Để lựa chọn vật liệu tối ưu cho hệ thống thực nghiệm cụ thể, điều quan trọng là phải đảm bảo tính đặc trưng của vật liệu SBS. Các tiêu chí để lựa chọn một vật liệu phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm bước sóng laser, khoảng thời gian xung, độ hấp thụ trung bình, hệ số khuếch đại, thời gian sống phonon và cạnh tranh hiệu ứng phi tuyến. Như đã chỉ ra, các thông số chính đặc trưng cho vật liệu SBS là thời gian sống τB = Γ( B)−1, hệ số
khuếch đại trạng thái cân bằng gB và tần số âm νB. Ngoài ra vật liệu SBS
cần có độ trong suốt và giới hạn của sự phi tuyến khác. Nói chung với các hệ năng lượng thấp, người ta đòi hỏi hệ số khuếch đại Brillouin cao, trong khi làm việc với các xung ngắn, nó thích hợp để sử dụng vật liệu với thời gian sống ngắn. Trong nhiều ứng dụng, sử dụng khí nén là rất thích hợp do độ trong suốt xuyên qua miền nhìn thấy cao, bằng cách tăng áp suất của khí ( và do đó mật độ tăng), nó cũng có thể đạt được hệ số khuếch đại rất cao, mặc dù thông thường thời gian sống tăng. Thời gian sống quyết định độ dịch chuyển và ảnh hưởng của vật liệu đối với tán xạ Brillouin khi sử dụng xung quang học tương đối ngắn.