Комбинационное рассеяние света
-
Комбинационное рассеяние света
- Неупругое рассеяние фотонов веществом
- Обмен энергией и изменение направления света
- Молекула получает энергию колебаний при смещении фотонов на более низкую энергию
-
История открытия
- Эффект назван в честь К. V. Рамана
- Открыт в 1928 году Раманом и Кришнаном
- Теоретически предсказан Адольфом Смекалем в 1923 году
-
Приборы и методы
- Современная рамановская спектроскопия использует лазеры
- Ранние методы использовали ртутную лампу и фотопластинки
- Современные детекторы включают ПЗС-матрицы
-
Теория и молекулярные колебания
- Комбинационное рассеяние дает информацию о колебаниях молекул
- В газах можно получить информацию об энергии вращения
- В твердых телах наблюдаются фононные моды
-
Степени свободы и вибрационная энергия
- Для молекулы существует 3N степеней свободы
- Энергия молекулярных колебаний квантуется
- Стоксово комбинационное рассеяние приводит к изменению энергии
-
Комбинационное рассеяние света
- Включает виртуальный электронный энергетический уровень
- Поглощение фотона возбуждает молекулу, повторное излучение приводит к рассеянию
- Стоксово рассеяние дает волновое число ν~0 — ν~M, антистоксово рассеяние дает ν~0 + ν~M
-
Спектр комбинационного рассеяния света
- Показывает интенсивность рассеянного света в зависимости от разности частот Δν
- Стоксовые и антистоксовые пики образуют симметричный узор вокруг линии Рэлея ΔΝ=0
-
Зависимость от температуры
- Нижнее состояние более населено при термодинамическом равновесии
- Скорость переходов из нижнего состояния в верхнее выше, чем обратно
- Пики Стоксова рассеяния сильнее пиков антистоксова рассеяния
-
Правила выбора
- Комбинационное рассеяние требует изменения поляризуемости
- Нормальный режим комбинационно-активен при преобразовании с симметрией квадратичных форм
- Разрешены только фундаментальные возбуждения
-
Симметрия и поляризация
- Мониторинг поляризации помогает определить пики в спектрах
- Симметрия колебательной моды определяется коэффициентом деполяризации
- Деполяризация означает, что колебания не полностью симметричны
-
Стимулированное комбинационное рассеяние
- Процесс происходит спонтанно или вынужденно
- Вынужденное комбинационное рассеяние усиливает стоксово излучение
- Используется в рамановских усилителях и лазерах
-
Требование к пространственной согласованности
- Фазовый сдвиг возникает из-за разницы в длинах волн
- Оптическая параметрическая генерация и импульсное вынужденное комбинационное рассеяние улучшают амплитуду
-
Обратный рамановский эффект
- Стоксово рассеяние может превышать антистоксово
- Наблюдается линия поглощения при vL+vM
- Применяется в обратной рамановской спектроскопии
-
Генерация суперконтинуума
- Используется в лазерах для создания суперконтинуума
- Процесс можно рассматривать как четырехволновое смешение
- Недостаток шума преодолевается выделением спектра или обратной связью
-
Приложения
- Рамановская спектроскопия используется для анализа веществ
- Применяется для газов, жидкостей, твердых тел и биологических систем
- Используется в физике атмосферы и для манипулирования энергетическими уровнями
- Применяется в оптических усилителях и для создания видимости голубого неба
-
Методы анализа поверхности
- Национальный день науки (Индия)
- Нелинейная оптика
- Комбинационный лазер
- Рамановская спектроскопия
- Резонансная рамановская спектроскопия (RR)
- Рассеяние
- Поверхностно-усиленная рамановская спектроскопия (SERS)
-
Рекомендации
- Дальнейшее чтение
- Внешние ссылки
-
Эффект комбинационного рассеяния
- Классическая теория
- Объяснение из раздела «Гиперфизика в астрономии» gsu.edu
- Рамановская спектроскопия – Учебное пособие по Kosi.com
- Профессор R. W. Вуд демонстрирует новый «эффект комбинационного рассеяния» в физике (Scientific American, декабрь 1930)
- Краткое описание спонтанного комбинационного рассеяния света
- Эффект комбинационного рассеяния: снятие отпечатков пальцев со Вселенной