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1、.,激光喇曼光谱,背景,散射光按相对于入射光波数（1/）的改变情况，可将散射光分为三类：,由某种散射中心(分子或尘埃粒子)引起，其波数基本不变，这类散射称为米氏散射；,由入射光波场与介质内的弹性波发生相互作用而产生的散射，其波数变化大约为0.1cm-1，称为布里渊(Brillouin)散射；以上两类散射通常难以分辨合称为瑞利散射。,波数变化大于lcm-1的散射，相当于分子转动、振动能级和电子能级间跃迁范围，称为喇曼散射。,第一类,第二类,第三类,.,喇曼散射现象在实验上是1928年首先由印度科学家喇曼(CVRaman)和前苏联科学家曼杰斯塔姆(.-)发现的，因此称为喇曼散射。,散射光强：,米氏
2、散射,入射光强的10-310-5,喇曼散射,仅为入射光强的10-710-9,为了有效地记录到喇曼散射，要求有高强度的入射光去照射样品。,.,氩离子激光照射四氯化碳样品，得到的喇曼光谱,.,原 理,频率为0的光波其电场强度可用下式表示,式中为极化率张量。一般来说，极化率是坐标的函数。由分子振动所引起的极化率的变化，可以通过将极化率的变化，可以通过将极化率张量的每一分量ij按简正,当这样一束单色光入射到分子上时，其分子内部电荷将发生相应位移而引起分子极化，感生出电偶极矩P，它与电场强度E的关系为,一、喇曼散射的经典理论,.,对于谐振性近似，只保留一级项，并且考虑某一个振动简正模qk，则,坐标展开为
3、如下的泰勒级数,在简谐振动条件下，qk的时间依赖关系为,得到,.,利用三角恒等变换，得,可知感生偶极子有三个不同的频率分量：,.,按经典辐射理论，它将有三种频率的电磁幅射：,喇曼位移只与分子自身的结构有关，而与入射光的频率无关。,0产生与入射光同频率的散射,0+k分子振动的喇曼散射,0-k分子振动的喇曼散射,瑞利散射,反斯托克斯,斯托克斯,.,按量子论的观点，频率为0的入射单色光可以看作是具有能量为0的光子。当光子与物质分子碰撞时有两种可能：,二、喇曼散射的半径典量子解释,一种是弹性碰撞，没有能量交换，光子只改变运动方向,另一种是非弹性碰撞，有能量交换，光子改变运动方向,瑞利散射,喇曼散射,.
4、,根据玻尔兹曼分布，在常温下，处于基态的分子占绝大多数，所以通常斯托克斯线比反斯托克斯线强很多，经典理论则不能正确解释这一现象。,光散射的半经典量子解释示意图,斯托克斯线,反斯托克斯线,瑞利散射,.,光强I左上标表示入射光电矢量与散射平面的关系，I的右下标表示散射光的电矢量与散射平面的关系。,当电磁辐射与一系统相互作用时，偏振态常发生变化，这种现象称为退偏。,三、喇曼散射的退偏度,在喇曼散射中，散射光的退偏往往与分子的对称性有关。,散射平面,入射光传播方向和观测方向组成的平面,当入射光为平面偏振光，且偏振方向平行于散射平面，而观测方向在散射平面内与入射光传播方向成角时，定义退偏度为/()；当入
5、射光偏振方向垂直于散射平面时，定义退偏度()，即：,.,当入射光为自然光时，退偏度为,例如，入射光沿直角坐标的z轴入射，沿y方向观测时，几种退偏度的情况。,当入射光沿x轴方向偏振时，散射平面为y-z平面，其退偏度为,当入射光沿y方向偏振时，退偏度为,当入射光为自然光时，退偏度为,.,由理论计算可得，入射光为平面偏振光时,入射光为自然光时,为平均电极化率,的值在0和3/4之间，,完全退偏,为各向异性率,完全偏振,的值在0和6/7之间，这时散射光是部分偏振光。,.,四、CCL4（四氯化碳）分子的对称结构及振动方式,CCL4分子为四面体结构，一个碳原子在中心，四个氯原子在四面体的四个顶点，共有9种简
6、正振动，除去简并，可归成四种,.,上面所说的“简并”，是指在同一类振动中，虽然包含不同的振动方式但具有相同的能量，它们在喇曼光谱中对应同一条谱线。因此，CCl4分子振动喇曼光谱应有4个基本谱线，根据实验中测得各谱线的相对强度依次为,.,实验内容,1先依次打开，喇曼光谱仪、计算机电源。 2打开激光器电源，打开LD开关，调节激光器电流到1A左右。 3根据说明书，参照仪器，搞清计算机喇曼光谱仪窗口，各个 开关的功能、扫描阈值。 4完整记录CCl4分子的振动喇曼光谱。 5在光谱图上标出各谱线的波间距及相对强度，根据它们的强 度差别，辨认各谱线所对应的简正振动类型。 6记录CCl4分子的振动喇曼偏振谱，求出各线的退偏比。,.,参考资料,1褚圣麟原子物理学北京：人民教育出版社，1979年 2史斌星量子物理北京：请华大学出版社，1982年 3吴思诫、王祖铨近代物理实验(2)北京：北京大学出版 社，1986年 (谭锡安编),返 回,
