聯合散射

聯合散射是一種非彈性散射。1928年喇曼和曼傑利什塔姆(Л.И.Манделъштам)在研究液體和晶體內的散射時,幾乎同時發現在散射輻射中,除存在與入射輻射的波數v0相同的瑞利散射線外,在瑞利線的兩側還有波數為v0+\\-vM的散射線存在。在分子系統中,波數vM與入射光的波數v0無關,vM基本上落在與分子的轉動能級、振動能級和電子能級之間的躍遷相聯繫的範圍內。散射輻射的強度和偏振狀態依賴於觀測方向。通常把這類散射稱為聯合散射,也有人稱之為喇曼散射。

聯合散射
Raman scattering

在散射輻射的光譜中,新波數的譜線稱為喇曼線(Raman line),這些譜線的整體稱為喇曼光譜(Raman spectrum)。波數小於入射輻射波數的喇曼線稱為斯托克斯線;波數大於入射輻射波數的喇曼線稱為反斯托克斯線

喇曼散射的機理是物質分子和波數為v0的入射輻射相互作用,分子從入射輻射中獲得所需的能量,從低能態躍遷到高能態,這個過程所需要的能量可以認為是通過湮沒一個能量為hcv0的入射光子,同時產生一個能量為hc(v0-vM)的光子來提供;也可以是處在高能態的分子向低能態躍遷,在這過程中,分子的能量通過湮沒一個能量為hcv0的入射輻射光子,同時產生一個能量為hc(v0+vM)的光子提供出來。

用喇曼散射研究分子的振動躍遷和轉動躍遷,與用紅外光譜(infrared spectrum)相比,其優點是:喇曼譜線的波數同瑞利線的波數之差vM在0-3500cm^-1圍內。當採用4000—6000Å範圍內的任一入射輻射激發喇曼散射時,完整的喇曼譜線處於可見光譜區域內。套用喇曼光譜研究分子的轉動波數和振動波數,只需要一種色散系統和一個探測器,樣品池可用玻璃製成。用紅外吸收譜觀測轉動波數和振動波數,則必須採用各種不同的技術和適當材料製成的樣品池,覆蓋包括微波區域和紅外區域的整個吸收譜。
喇曼散射要求有強而銳的單色光源。雷射問世前,用汞燈發射的4358Å、4074Å或2537Å的譜線作為喇曼散射的激發線。現在用氦氖雷射器的6328Å譜線,氬離子雷射器的4880Å、5145Å譜線,紅寶石雷射器的6943Å和YAG雷射的二倍頻5320Å譜線作為喇曼散射的激發線。強而細的雷射束入射到少量樣品上,可獲得強喇曼散射光譜。

1962年從實驗上發現,用6943Å的雷射譜線激發硝基苯溶液,產生波長為7670Å的斯托克斯譜線。當雷射光源的發射功率達幾百兆瓦/平方厘米時,斯托克斯線的強度超過原來的幾百倍甚至上千倍,譜線變窄,具有與雷射同樣好的方向性,這種現象稱為受激喇曼散射(stimulated Raman scattering).

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