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拉曼效應。比較RAYLEIGH SCATTERING
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拉曼散射又稱拉曼散射，是印度物理學家拉曼在1928年發現的，是指光波被散射後頻率發生變化的現象。1930諾貝爾物理學獎授予了當時在印度加爾各答大學工作的Chandrasekhara Venkata Raman爵士(1888—1970)，以表彰他對光散射的研究和發現以他名字命名的定律。
中文名
拉曼效應。比較RAYLEIGH SCATTERING
外國名字
拉曼散射
另壹個名字
光的組合散射
提出者
拉曼
展示時間
1928
應用學科
物理學
目錄
1?摘要
2?發現之旅
3?研究過程
拉曼光譜
典型應用
物理學原理
拉曼貢獻
4?相關信息
摘要
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1930諾貝爾物理學獎授予了當時在印度加爾各答大學工作的SirChandrasekhara Venkata Raman(1888—1970)，以表彰他對光散射的研究和發現以他名字命名的定律。
光散射現象中有壹種特殊的效應，類似於X射線散射的康普頓效應。光的頻率在散射後會發生變化。“拉曼散射”是指當壹定頻率的激光照射樣品表面時，物質中的分子吸收部分能量，以不同的方式和程度振動(例如原子的擺動和扭轉，化學鍵的擺動和振動)，然後散射出頻率較低的光。頻率的變化取決於散射物質的特性。不同種類的原子團以獨特的方式振動，因此它們可以產生特定頻率的散射光。它的光譜被稱為“指紋譜”，組成物質的分子類型可以根據這個原理來識別。這是拉曼在1928研究光散射時發現的。在拉曼及其合作者宣布發現這壹效應的幾個月後，蘇聯的蘭德斯伯格和L·曼德爾斯塔姆也獨立發現了這壹效應，他們稱之為聯合散射。拉曼光譜是入射光子與分子碰撞時，分子的振動能量或轉動能量與光子能量疊加的結果。利用拉曼光譜，可以將紅外區的分子能譜轉移到可見光區進行觀察。因此，拉曼光譜作為紅外光譜的補充，是研究分子結構的有力武器。
發現之旅
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1921年的夏天，在航行於地中海的客輪S.S.Narkunda上，壹位印度學者正俯身在甲板上用簡單的光學儀器觀察海面。他對海水的深藍著迷，壹心研究海水顏色的來源。這位印度學者就是拉曼。他正在前往英國的途中，代表印度最高學府加爾各答大學，參加在牛津舉行的英聯邦大學會議，並準備在皇家學會發表演講。此時他才33歲。對拉曼來說，大海的藍色並不稀奇。他上學的馬德拉斯大學面對孟加拉灣，每天都能看到海水變幻的顏色。其實早在16歲(1904)的時候，他就已經熟悉了著名物理學家芮利用分子散射中散射光的強度與波長的四次方成反比的定律(也叫瑞利定律)對藍天的解釋。不知道是因為從小養成的探究自然奧秘的性格，還是因為研究光散射時查閱文獻的深入思考。他註意到瑞利的壹段話值得商榷。瑞利說:“深海的藍色不是海水的顏色，天空的藍色是海水反射出來的。”瑞利對海水藍的論述壹直是拉曼關心的問題。他決心進行壹次實地考察。所以，當拉曼出發去英國時，他在行李中準備了壹套實驗裝置:幾個尼科爾棱鏡、小型望遠鏡、狹縫甚至壹個光柵。望遠鏡兩端裝有尼科爾棱鏡作為起偏器和檢偏器，可以隨時進行實驗。他用壹個尼科爾棱鏡沿著布魯斯特角觀察海水反射的光，從而消除來自天空的藍光。這樣看到的光應該是海本身的顏色。原來妳從這看到的是比天還深的藍色。他還用光柵分析海水的顏色，發現海水光譜的最大值比天空光譜的最大值更藍。可見，海水的顏色並不是天空的顏色造成的，而是海水本身的壹種屬性。拉曼認為，這壹定是由於水分子對光的散射。他在回國的船上寫了兩篇論文討論這種現象。這些文件在中途停留期間被送到英國，並在倫敦的兩家雜誌上發表。？[1]?
研究過程
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拉曼1888165438+10月7日出生於印度南部的蓖麻諾。我父親是大學數學和物理學教授。他從小接受科學教育，培養了他對音樂和樂器的興趣。他有傑出的才能。16歲大學畢業，以第壹名的成績獲得物理學金牌。19歲，以優異成績獲得碩士學位。1906年，年僅18歲的他在英國著名科學雜誌《自然》上發表了關於光的衍射效應的論文。由於生病，拉曼失去了在英國壹所著名大學做博士論文的機會。獨立前，印度如果沒有獲得英國的博士學位，就沒有資格從事科學文化界的工作。但是會計行業是個例外，不需要先去英國培訓。於是拉曼向財政部申請求職，並獲得第壹名，被授予首席會計助理的職位。拉曼在財政部幹得不錯，責任越來越重，但他不想沈浸在官場。他執著於自己的科學目標，把所有的業余時間都用來繼續研究聲學和樂器理論。在加爾各答有壹個學術機構叫做印度科學教育協會，它有壹個實驗室，拉曼在那裏進行他的聲學和光學研究。經過十年的努力，拉曼在沒有資深研究人員指導的情況下，獨自取得了壹系列成果，發表了許多論文。1917加爾各答大學破例邀請他擔任物理學教授，讓他從此專心科研。在加爾各答大學任教的16年間，他仍然在印度科學教育協會進行實驗。學生、老師、訪問學者都來這裏向他學習，與他合作，逐漸形成了以他為核心的學術群體。在他的榜樣和成就的鼓舞下，許多人走上了科學研究的道路。其中就有著名的物理學家M.N .薩哈和S.N .玻色，此時的加爾各答正在組建印度的科研中心，加爾各答大學和拉曼集團成為民眾支持的核心。1921年，拉曼代表加爾各答大學在英國講學，表明他們的成果得到了國際認可。
拉曼回到印度後，立即在科學教育協會進行了壹系列實驗和理論研究，探索光在各種透明介質中的散射規律。許多人參加了這些研究。這些人大多是學校老師。他們在節假日來到科學教育協會，在拉曼的陪伴或指導下進行光散射或其他實驗，對拉曼的研究起到了積極的作用。七年時間，他們發表了大約五六十篇論文。起初，他們研究了分子在各種介質中的散射規律，選擇了不同的分子結構、不同的物質狀態、不同的壓力和溫度，甚至進行了臨界點相變時的散射實驗。1922年，拉曼寫了壹本總結這壹研究的小冊子，名為《光的分子衍射》，系統闡述了他的觀點。在最後壹章中，他提到了用量子理論來分析散射現象，並認為進壹步的實驗可能會區分經典電磁理論和光量子碰撞理論。
1923年4月，他的壹個學生K.R.Ramanathan第壹次觀察到光散射中的顏色變化現象。實驗以太陽為光源，通過紫色濾光片照射裝有純水或純酒精的燒瓶，然後從側面觀察，卻意外觀察到非常微弱的綠色成分。Ramanasan並不理解這種現象，認為這是雜質引起的二次輻射，類似於熒光。因此，在論文中稱之為“弱熒光”。但是，拉曼並不認為這是雜質導致的現象。如果真的是雜質的熒光，這種影響應該在仔細純化的樣品中消除。
在接下來的兩年裏，拉曼的另壹位學生K.S .克裏希觀察了65種純化液體的散射光，證明它們都有類似的“弱熒光”，他還發現顏色發生變化的散射光是部分偏振的。眾所周知，熒光是壹種自然光，沒有偏振。這證明了這種波長變化的現象不是熒光效應。
拉曼和他的學生想了很多方法來研究這壹現象。他們試圖拍攝散射光進行對比，但失敗了。他們使用互補濾光片、大型望遠鏡的目鏡和短焦距鏡頭聚焦太陽，測試樣本從液體擴展到固體，堅持各種實驗。
同時，拉曼也在追求壹種理論解釋。1924年拉曼訪美，恰逢A.H .康普頓不久前發現X射線散射後波長拉長的效應，懷疑論者正在挑起爭論。拉曼顯然從康普頓的發現中得到了重要啟示，後來他把自己的發現視為“康普頓效應的光學對應物”。拉曼也經歷了類似康普頓的曲折。經過六七年的摸索，在1928開頭就有了明確的結論。此時，拉曼已經意識到顏色改變的微弱偏振散射光是壹種普遍現象。參考康普頓效應中的“變線”這個名稱，他把這種新輻射稱為“修正散射”。拉曼進壹步改進了濾波方法，在藍紫濾光片前面加了壹塊鈾玻璃，使入射太陽光只能通過更窄的波段，然後用可視分光鏡觀察散射光，發現可變散射和恒定入射光之間有壹個暗區。
1928年2月28日下午，拉曼決定用單色光作為光源，做了壹個非常漂亮而果斷的實驗。他查看了視覺分光鏡的散射光，發現在藍光和綠光區域有兩條以上尖銳的亮線。每條入射譜線都有相應的可變散射線。壹般情況下，可變散射線的頻率低於入射光線，偶爾會觀察到頻率高於入射光線的散射線，但強度較弱。
很快，人們開始把這種新發現的現象稱為拉曼效應。1930年，美國光譜學家R.W.Wood將頻率較低的可變散射線命名為斯托克斯線。頻率更高的反斯托克斯譜線。
拉曼光譜
當光照射到物質上時，會發生散射，但與激發光波長相同的彈性成分(瑞利散射)除外。
光的組合散射
輻射)，有比激發光波長更長和更短的成分，後壹種現象統稱為拉曼效應。由分子振動、固體中光學聲子的等電激發和激發光的相互作用引起的非彈性散射稱為拉曼散射，瑞利散射和拉曼散射結合形成的光譜壹般稱為拉曼光譜。由於拉曼散射非常微弱，直到1928年才被印度物理學家拉曼等人發現。
當時他們用汞燈的單色光照射壹些液體時，在液體的散射光中觀察到比入射光頻率更低的新譜線。拉曼等人宣布發現幾個月後，蘇聯物理學家蘭德斯-伯傑等人也獨立報道了晶體中存在這種效應。因為拉曼散射很弱，強度大約是瑞利散射的千分之壹。在激光出現之前，獲得壹個完美的光譜往往很費時間。激光的出現極大地改變了拉曼光譜技術。由於激光器輸出的激光具有良好的單色性、方向性和高強度，因此成為獲得拉曼光譜的理想光源。？[2]?
典型應用
(1)材料檢查:在有機和有機接觸中，應力材料。
(2)腐蝕產物:不同氧化物腐蝕的鑒定。
(3)碳:金剛石-CVD和天然、無定形碳、碳纖維碳。
(4)催化劑和電極表面上的吸附物。
(5)法醫:檢測與鑒定；藥物、披露物、織物等的識別。適合法院。
(6)礦物學和寶石學:表征、包裹體和純寶石學。
(7)美術:材料和繪畫的鑒定，(還原！修復(建築物等)藝術品
物理學原理
拉曼效應的機理不同於熒光現象，它不吸收激發光，所以不能用實際的上能級波恩解釋
拉曼光譜
而黃昆用虛上能級的概念解釋拉曼效應。
假設散射體分子原本處於電子基態，振動能級如上圖所示。當入射光照射時，激發光與這種分子相互作用產生的偏振可以看作是虛吸收，表現為電子跳到虛態，虛能級上的電子立即跳到較低能級上發光，這種光就是散射光。如圖所示有三種情況。既有與入射光頻率相同的譜線，也有與入射光頻率不同的譜線。前者稱為瑞利線，後者稱為拉曼線。拉曼線中，頻率小於入射光頻率的譜線稱為斯托克斯線，頻率大於入射光頻率的譜線稱為反斯托克斯線。
拉曼貢獻
拉曼發現異常散射的消息傳遍全球，引起強烈反響，許多實驗室相繼重復，證實並發展了他的成果。1928發表了57篇關於拉曼效應的論文。科學界高度評價了他的發現。拉曼是印度人民的驕傲，為第三世界的科學家樹立了榜樣。令人欽佩的是，他在獨立前生活了大半輩子的印度取得了如此傑出的成就。特別是拉曼，他是壹位在印度受訓的科學家。他壹直立足印度，努力工作，建立了有特色的科研中心，走到了世界的前列。
1934年，拉曼等學者創立印度科學院，並親自擔任院長。1947年，拉曼研究所成立。他在印度科學發展方面取得了巨大成就。拉曼有把握分子散射主題的好眼光。在他多年的持續努力中，明顯有壹個思路，就是針對理論上的薄弱環節，堅持不懈地開展基礎研究。拉曼非常重視發現人才。從印度科學教育協會到拉曼研究所，他身邊總是有壹群群才華橫溢的學生和合作者。根據光散射的統計，在三十年中期，66位學者發表了他的實驗室的377篇論文。他勾引學生，深受他們的欽佩和喜愛。拉曼喜歡音樂、鮮花和巖石。他研究鉆石的結構，花掉了大部分獎金。晚年，他致力於花卉的光譜分析。在他80歲生日的時候，他出版了他的專輯《視覺生理學》。拉曼愛玫瑰勝過壹切。他擁有壹座玫瑰園。拉曼於1970年去世，享年82歲，按照他的遺願，在他的花園裏火化。
相關信息
編輯
電化學原位拉曼光譜是利用物質分子極大地改變入射光頻率的散射現象，在電極表面激發由電極電位調制的單色入射光(包括圓偏振光和線偏振光)，確定散射拉曼光譜信號(頻率、強度和偏振性能的變化)與電極電位或電流強度的關系的方法。壹般來說，物質分子的拉曼光譜很弱。為了獲得增強的信號，可以采用電極表面粗糙化的方法，可以獲得強度高出104-107倍的表面增強拉曼散射(SERS)光譜。當具有* *振動拉曼效應的分子吸附在粗糙電極表面時，獲得的SERRS光譜可以增強102-103。
電化學原位拉曼光譜測量裝置主要包括拉曼光譜儀和原位電化學拉曼池。拉曼光譜儀由激光光源、采集系統、分光系統和檢測系統組成。光源壹般采用能量集中、功率密度高的激光。收集系統包括壹個透鏡組。分光系統使用光柵或與光柵結合的陷波濾波器來過濾瑞利散射和雜散光。分光檢測系統使用光電倍增管檢測器、半導體陣列檢測器或多通道電荷耦合器件。原位電化學拉曼池壹般有工作電極、輔助電極、參比電極和通氣裝置。為了避免腐蝕性溶液和氣體腐蝕儀器，拉曼池必須配備光學窗口密封系統。如果實驗條件允許，為了避免溶液信號的幹擾，應采用薄層溶液(電極與窗口的距離為0.1 ~ 1 mm)，這對於顯微拉曼系統是非常重要的。太厚的光學窗口或溶液層會改變微系統的光路，降低表面拉曼信號的收集效率。最常見的電極表面粗糙化方法是電化學氧化還原循環(ORC)方法，其通常可用於原位或異位ORC處理。
電化學原位拉曼光譜的研究進展如下:壹是通過表面增強處理，將檢測體系擴展到過渡金屬和半導體電極。雖然電化學原位拉曼光譜是壹種靈敏的現場檢測方法，但只有銀、銅和金電極才能在可見光區產生強SERS。許多學者試圖在具有重要應用背景的過渡金屬電極和半導體電極上實現表面增強拉曼散射。其次，通過分析電極表面吸附物種的結構和取向以及SERS光譜與電化學參數的關系，在分子水平上描述了電化學吸附現象。再次，通過改變調制電位的頻率，可以得到在兩種電位下變化的“時間分辨譜”，從而分析體系的SERS峰與電位的關系，解決電極表面SERS活性位隨電位變化而引起的問題。？[3]?
光纖傳輸和接入
光纖通信？光波？光照強度？光頻
光孤子？光譜？譜線？光譜窗口
光波導？宏彎[曲線]？微彎【彎】？接收錐體區域
光時分復用？密集波分復用？超密集波分復用？稀疏波分復用
拉曼散射？拉曼效應？裏德-所羅門碼？少量預算
受激布裏淵散射？光載波？集成光路？綁起來；圍繞他人熱度的炒作
消光比？波長轉換？波數？包裝
包層？包層模具？內在連接損耗？長波(長波)
多模傳輸？多模失真？模內失真？色散
其他科技術語光學儀器
光譜學？光度學？放射學？色度學？標準比色圖
光學系統？理想的光學系統？望遠鏡系統？顯微鏡系統？投影系統
反射系統？折射系統？反折射系統？就像系統壹樣？可變形光學系統
變焦系統？附加光學系統？遠心光學系統？遠程聚焦光學系統？照明系統
攝影光學系統？照相制版系統？立體效果？光速？相位速度
漫反射？漫透射？比如？視角？景深
折射率？幹涉條紋？幹擾水平？白色條紋？牛頓環
其他科技術語的物理效應
阿哈羅諾夫-玻姆效應？多普勒效應？輻射壓力？霍爾效應？集膚效應
卡西米爾效應？拉曼效應？穆斯堡爾效應？普朗泰-格勞爾奇點？紅移
塞曼效應？聲致發光？斯塔克效應？焦耳-湯姆遜效應？內部光電效應
比費爾德-布朗效應？參考系拖動？咖啡圈效應？安德雷耶夫反射？巨磁阻效應
康達效應？廷德爾效應？引力時間延遲效應？文丘裏效應？時間膨脹
毛細現象？測地線效應？熱脹冷縮？熱電效應？特斯拉效應
盎格魯撒克遜效應？相對論多普勒效應？磁凍結效應？磁擴散效應？磁致伸縮
磁阻效應？萊頓弗羅斯特現象？藍移？薩克斯-華夫效應？近藤效應
引力紅移？量子反常霍爾效應？鐵磁超導體？鉆穿效應
參考數據
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2.？柴宏宇，賈衛國，韓峰，等.光子晶體光纖不同頻段拉曼效應的增益譜[J].光學學報，2013，33 (12): 207-213。
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學術論文
內容來自？
金，，張在軒，等。光纖的拉曼散射效應及其應用。《?激光和紅外線？》?,?2002
張，趙穎，，魏長春，等。VHF-PECVD低溫制備微晶矽薄膜的拉曼散射和發射光譜。《?物理學雜誌？》?,?2005
用拉曼散射測量燃燒場的組分濃度和溫度。《?光學雜誌？》?,?2000
柯偉忠，吳記中。銀膠溶液中氨基酸的表面增強拉曼效應。《?光譜學和光譜分析？》?,?2004
李耀群，黃仙芝，陳國珍。恒能量同步熒光和恒能量同步導數熒光克服拉曼散射幹擾。《?科學通報？》?,?1991