激光光谱学课件-第十章.ppt

1、Chapter 1010 激光拉曼光谱激光拉曼光谱 拉曼光谱是研究分子振动、转动的有力光谱方法。但传统光源弱，限制了它的应用。激光的引入大大促进了拉曼光谱的应用，并产生了新的拉曼光谱技术：受激拉曼和CARS(Coherent anti-Stokes Raman Scattering)或超拉曼光谱。1、自发拉曼散射以及实验观察、自发拉曼散射以及实验观察拉曼光谱用一个激光波长，不用扫描。早期检测用摄谱仪，现在多用单色仪。当然，用福立叶光谱仪更好。把液体放入毛细管光纤中可以大大增强强度。用氩离子激光488纳米激发C2N2得到的拉曼光谱。拉曼散射经典理论拉曼散射经典理论定性定性:介质极化看做电磁场的激

2、发源介质极化看做电磁场的激发源,也就是也就是,原子或者分子在场原子或者分子在场的作用下产生诱导偶极距而导致极化的作用下产生诱导偶极距而导致极化,而极化的原子或者分子发而极化的原子或者分子发射散射光射散射光.分子永久偶极距的常数项分子永久偶极距的常数项.红外活性模红外活性模瑞利散射瑞利散射拉曼散射拉曼散射:比激发光能量低的散射光被称为比激发光能量低的散射光被称为Stokes线，比激线，比激发光能量高的线被称为发光能量高的线被称为 anti-Stokes线。线。量子论观点来解释强度不同的原因.分子的振动是量子化的.拉曼散射过程可以看做是入射光子在介质中产生或者湮灭声子(分子的振动量子).Stock

3、:散射是将入射光子损失的能量交给了分子.即光子在系统中产生了振动量子(声子),产生声子与原有量子无关,几率与T无关.Anti-Stock:从分子吸收能量,使振动量子(声子)湮灭,但声子湮灭的几率与系统所处的激发振动态的几率有关,与T有关.共振拉曼散射,拉曼散射:需实能级拉曼信号强度与共振拉曼散射振动拉曼,近共振拉曼,共振拉曼散射实验装置超拉曼散射:原子可以同时吸收两个光子或者多个光子而从低能态到高能态的跃迁过程.功率提高,激光电场诱导的高阶极化现象明显,新的拉曼散射现象.具有好的方向性和相干性,相干拉曼散射:SRS,SRGS,IRS,CSRS,CARS特点:信号强度大,比自发大9个量级,新的光

4、谱信息.2、受激拉曼散射（、受激拉曼散射（SRS）当激光强度增加到一定强度时，拉曼散射光的强度与入射当激光强度增加到一定强度时，拉曼散射光的强度与入射激光强度有非线性关系。拉曼散射光强随激光强度增加而激光强度有非线性关系。拉曼散射光强随激光强度增加而非线性增加。非线性增加。一 定义二:实验描述Woodbury在在1962年发现年发现.红宝石激光的调红宝石激光的调Q实验实验.光束中光束中 694.3nm入射激光入射激光,767.0nm(一级一级Stock 散射线散射线),功率再增功率再增加加,767.0nm谱线强度迅速增加谱线强度迅速增加,发散角减小发散角减小,线宽变窄线宽变窄,具有具有了受激性

5、质了受激性质.再加强再加强,散射有方向性散射有方向性,有阈值有阈值.RLsn解释:能量守恒和动量守恒对于激光激励下产生的正常拉曼散射对于激光激励下产生的正常拉曼散射:入射光相干入射光相干,声子是有热振动产生声子是有热振动产生,位相是无规则分布位相是无规则分布,所以散所以散射光位相也无规则分布射光位相也无规则分布,不相干的不相干的.受激拉曼散射受激拉曼散射:入射光子主要不是受热振动声子所激发入射光子主要不是受热振动声子所激发,而是被受激的相干声子所而是被受激的相干声子所散射散射.(如相干光子和一个热振动声子碰撞如相干光子和一个热振动声子碰撞,产生一个产生一个Stock光子和一光子和一个受激声子个

6、受激声子,受激声子再与入射光子作用受激声子再与入射光子作用)受激声子形成的声波和入射光波都是相干的受激声子形成的声波和入射光波都是相干的.所以受激拉曼散射所所以受激拉曼散射所产生的产生的Stock光子也是相干的光子也是相干的.图图量子观点量子观点:拉曼散射是分子振动的声子对入射光散射的结果拉曼散射是分子振动的声子对入射光散射的结果.受激拉曼散射机制（调制理论）：三三.相干反斯托克斯相干反斯托克斯拉曼光谱学CARS（Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy）a)CARS能级图b)位相匹配c)在液体、固体中有发散时的情况相干斯托克斯相干斯托克斯 和相干反斯托克斯和相干反斯托克斯拉曼光谱学，