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走近拉曼光譜,了解原理簡(jiǎn)介

提供者:北京卓立漢光儀器有限公司   發(fā)布時(shí)間:2024/6/11 10:58:59  閱讀次數:171次   進(jìn)入該公司店鋪

隨著(zhù)科技的飛速發(fā)展,光電應用與材料領(lǐng)域正不斷涌現出令人矚目的新知識和技術(shù)與新應用,為響應國家號召,作為光電行業(yè)的領(lǐng)*企業(yè),北京卓立漢光儀器有限公司積極承擔社會(huì )責任,特別策劃并推出《名家專(zhuān)欄》系列技術(shù)與應用新聞專(zhuān)欄,該專(zhuān)欄匯聚激光物理、拉曼光譜、等離子體、電化學(xué)、量子理論及激光誘導擊穿光譜等多領(lǐng)域系列,全系列專(zhuān)欄共計36篇,深入剖析前沿科技,為讀者帶來(lái)專(zhuān)*而豐富的知識盛宴,為廣大科研工作者提供一個(gè)交流與學(xué)習的平臺。

拉曼光譜在物理、化學(xué)、生物、醫藥、地學(xué)、材料科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域具有非常廣泛的應用,現已經(jīng)成為物質(zhì)科學(xué)研究的主要技術(shù)。首篇《名家專(zhuān)欄》拉曼光譜系列專(zhuān)欄,榮幸地邀請到了四川大學(xué)原子與分子物理研究所雷力老師、王揚斌老師,將簡(jiǎn)單介紹一下拉曼光譜的基本原理。

光是一種具有固定能量(頻率或波長(cháng))的電磁波,光子是傳播電磁相互作用的基本粒子。當能量為hv0入射光穿過(guò)透明介質(zhì)時(shí),光子與介質(zhì)中的分子發(fā)生彈性碰撞,光的方向或許發(fā)生變化,但其能量仍保持不變,這一現象叫做瑞利散射;而小部分光子會(huì )與分子發(fā)生非彈性碰撞,不僅光的方向發(fā)生了變化,光子的能量也發(fā)生了改變,散射光的能量與入射光能量不同(hv1≠hv0),這便是拉曼散射。印度科學(xué)家拉曼(1988-1977)由于首**現,這種光波在介質(zhì)傳播過(guò)程中被散射后頻率發(fā)生變化的現象,而獲得1930年諾貝爾物理學(xué)獎。

圖1. 光散射示意圖

除了光子與分子的相互作用,光子與聲子等元激發(fā)相互作用產(chǎn)生的非彈性散射皆可稱(chēng)為拉曼散射。由于拉曼散射光非常弱,其強度一般不及瑞利散射光強的千分。如果汞燈做為拉曼激發(fā)光源,獲得一幅完整的拉曼光譜是非常耗時(shí)的。激光器在光源亮度、單色性、方向性、相干性具有顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn),是拉曼光譜研究近乎理想的光源。激光器的出現使拉曼光譜學(xué)產(chǎn)生了重大技術(shù)變革,產(chǎn)生了激光拉曼譜學(xué)。

在光與物質(zhì)相互作用過(guò)程中,拉曼散射光與入射光的頻率差(拉曼頻移)反映物質(zhì)的固有屬性,可以根據拉曼頻移的大小來(lái)研究物質(zhì)的結構與物性。值得注意的是,拉曼散射現象和熒光現象物理的機制不同,拉曼效應不能用實(shí)際電子能級躍遷來(lái)解釋?zhuān)迷ぐl(fā)的虛能級躍遷來(lái)說(shuō)明。拉曼散射過(guò)程中,如果散射光子的能量小于入射光子的能量(hv1<hv0),稱(chēng)之為斯托克斯散射;如果散射光子的能量大于入射光子的能量(hv1>hv0),稱(chēng)之為反斯托克斯散射。在一次常規的拉曼散射物理過(guò)程中,正、反斯托克斯散射會(huì )同時(shí)發(fā)生,由于基態(tài)和激發(fā)態(tài)的相對熱占比遵循玻爾茲曼分布,室溫條件下正斯托克斯譜線(xiàn)的強度要高于反斯托克斯譜線(xiàn)的強度(Is>Ias),在實(shí)驗上可以通過(guò)測量正、反斯托克斯散射譜線(xiàn)強度比來(lái)推測物質(zhì)的溫度。

圖2. 光散射的能級關(guān)系

圖3. 熊貓與光散射(同步作為封面圖片)

作者簡(jiǎn)介

作者:雷力,王揚斌
作者單位:四川大學(xué)原子與分子物理研究所
雷力,四川大學(xué)原子與分子物理研究所研究員,博士生導師,主要開(kāi)展高壓譜學(xué)研究,F任中文核心期刊《光散射學(xué)報》常務(wù)副主編、編輯部主任,《高壓物理學(xué)報》編委,中國物理學(xué)會(huì )光散射專(zhuān)*委員會(huì )委員,中國化學(xué)學(xué)會(huì )高壓化學(xué)專(zhuān)*委員會(huì )委員。
個(gè)人主要貢獻:(1)提出“廣義壓強”概念,(2)發(fā)現一種新型聚合氮——“熊貓氮”,(3)發(fā)現新型高壓化學(xué)反應HSM和HPC,(4)創(chuàng )立國內高校首支以科研為背景的流行樂(lè )隊——高壓樂(lè )隊。(百*/必應搜索關(guān)鍵詞:“廣義壓強”、“熊貓氮”,“高壓耦聯(lián)”、“高壓樂(lè )隊”)

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