A(z,t )=
2.3.1. Tán xạ Raman
Tán xạ Raman được sinh ra do tác động qua lại giữa sóng ánh sáng bơm với các phonon (các phân tử) được mô tả như trong hình 2.1. Đối với thủy tinh, một số các photon bơm giải phóng năng lượng để tạo ra các photon khác có năng lượng nhỏ hơn tại tần số thấp hơn, phần năng lượng còn lại bị hấp thụ bởi các phân tử thủy tinh tạo ra trạng thái dao động kích thích. Sự khác biệt quan trọng với tán xạ Brillouin là các mức năng lượng dao động của thủy tinh chỉ ra giá trị dịch tần Raman R=p-s. Vì không liên quan đến sóng âm nên tán xạ Raman tự phát là một quá trình đẳng hướng hay xảy ra ở mọi hướng.
Quá trình tán xạ Raman bị kích thích khi công suất bơm vượt quá một giá trị ngưỡng. SRS có thể xảy ra ở cả chiều thuận và chiều ngược trong sợi quang. Về mặt vật lý, sự phách giữa nguồn bơm và ánh sáng tán xạ theo cả hai chiều tạo ra một thành phần tần số tại tần số phách p-s, cái hoạt động như một nguồn kích thích các dao động phân tử sinh ra sự hồi tiếp dương. Phổ khuyếch đại Raman phụ thuộc vào thời gian tắt dần cùng với trạng thái dao động kích thích. Đối với sợi quang thủy tinh, độ rộng băng tần khuyếch đại có thể lớn 10 THz như cho thấy trong hình 2.1. Bản chất băng rộng và nhiều đỉnh của phổ là do bản chất vô định hình của thủy tinh. Cụ thể hơn, các mức năng lượng dao động của các phân tử thủy tinh gộp lại với nhau hình thành một dải băng. Kết quả là tần số Stokes s có thể khác với tần số bơm p
trên một dải rộng. Hệ số khuyếch đại lớn nhất xảy ra khi sự dịch Raman
R=p-s khoảng 13 THz. Giá trị đỉnh gR là khoảng 1x10-13 m/W tại bước sóng 1 µm. Giá trị này định cỡ tuyến tính theo p sinh ra gR là khoảng 6x10-13 m/W tại bước sóng 1.55 µm.
Hình 2.1. (a) Phổ khuyếchđại Raman của thủy tinh nóng chảy. (b) Giản đồ mức năng lượng trong quá trình tán xạ Raman.
Cho đến nay, tán xạ Raman đã có nhiều ứng dụng, trong đó hai kết quả nổi bật là trong quang phổ và sử dụng để kiểm tra các chế độ rung của vật liệu. Trong quá trình tán xạ Raman không kích thích phi tuyến, nhờ ảnh hưởng của chùm tia laze cường độ cao mà hiệu ứng này có thể được hình thành một cách hiệu quả. Kết quả là băng thông Raman được kích thích trong soliton đã vượt quá lượng mà silic thu được. Các thành phần tần số thấp được khuếch đại với hao phí tần số là tương đối cao và hiệu ứng tổng thể được gọi là dịch chuyển tần số soliton trong đó xung sẽ dịch chuyển sang bước sóng dài hơn (tần số thấp hơn).