Trong các vấn đề chúng tôi trình bày ở trên cho thấy, cờng độ tán xạ Raman cỡng bức chỉ đợc khuếch đại một lần khi đi qua môi trờng nên cờng độ thu đợc rất yếu dẫn tới khó quan sát và ít đợc ứng dụng nhiều trong thực tế. Để thu đợc cờng độ tán xạ Raman lớn ta cần đặt môi trờng hoạt chất Raman trong buồng cộng hởng khi đó bức xạ thu đợc sẽ có cờng độ lớn. ở đây chúng tôi chỉ xét môi trờng hoạt chất đợc đặt trong buồng cộng hởng sao cho chỉ phát ra sóng Stokes và laser có cấu trúc buồng cộng hởng nh vậy đợc gọi là laser Stokes [18].
Giả thiết rằng môi trờng tán xạ Raman đợc đặt trong buồng cộng hởng (hình 1.12). Khi môi trờng đợc kích thích bởi xung laser ngoài thì sóng tán xạ Stokes và đối Stokes, sóng thứ cấp phát sinh. Sóng nào trong hai sóng đó đợc khuếch đại còn phụ thuộc vào cấu trúc của buồng cộng hởng.
Chúng tôi giả thiết một laser có hoạt chất tán xạ Raman chứa trong buồng cộng hởng có chiều dài L giữa hai gơng có hệ số phản xạ Rp(s) và bơm bằng laser xung phân bố Gauss theo thời gian. Buồng cộng hởng chỉ khuếch đại sóng tần số Stokes và tần số bơm. Hình 1.12 mô tả cấu trúc của laser Raman phát sóng Stokes.
Trong sơ đồ cấu trúc này, gơng vào có hệ số truyền qua khoảng 50% (hệ số phản xạ cỡ 50%) đối với sóng bơm. Với các hệ số này chùm tia đợc bơm dọc theo trục của buồng cộng hởng. Một phần đi vào buồng cộng hởng có tác dụng kích hoạt quá trình tán xạ Raman trong hoạt chất. Một phần bị phản xạ trở lại. Gơng này có hệ số phản xạ 100% đối với sóng Stokes. Nhờ nó mà sóng Stokes bị giam giữ trong buồng cộng hởng, đi lại nhiều lần tạo nên quá trình tán xạ Raman cỡng bức. Gơng ra có hệ số phản xạ 100% đối với sóng bơm. Nhờ đó sóng bơm đợc giữ lại trong buồng cộng hởng tiếp tục kích hoạt tán xạ Raman. Hệ số phản xạ của gơng ra đối với sóng Stokes thay đổi trong khoảng từ 90% đến 99,9%. Nhờ đó mà sóng Stokes đợc khuếch đại nhiều lần trong buồng cộng
Hình 1.2- Cấu trúc của laser Raman phát sóng Stokes
Chùm tia bơm
Phần tia bơm phản xạ lại
Gương vào Rp=50 %, RS = 100%
Gương ra Rp=99,9 %, RS =95%
Chùm Stokes
hởng. Một phần (khoảng từ 1% đến 5%) đi ra ngoài trở thành chùm laser Stokes. Trong laser Stokes thì sóng đối Stokes có thể xuất hiện trong buồng cộng hởng, tuy nhiên không đợc khuếch đại.