Stimulált Raman jelenség
Kényszerített Raman jelenség
Raman szétszórta [1] a Stokes oldalára.
Hagyja, hogy a fénysugár egy átlátszó médiumra esik, amely nem tartalmaz semmiféle idegen testet, és alaposan meg kell tisztítani. Még a lehető legnagyobb frekvencián is, a sugár fénye minden irányban szétszóródott, bár nagyon gyengén. A szétszóródás mind gáznemű, mind folyékony és szilárd testekben történik. A gázokban a szétszóródás főként atomokon és molekulákon, folyadékokban és kristályokban fordul elő, a tápközeg ingadozása és inhomogenitása miatt. A szétszórt fényben ugyanolyan hosszúságú hullámok vannak, mint az incidens, de változó intenzitásúak, a hullámhossztól függően. Ezt a szórást Rayleigh szórását Rayleigh néven nevezik. Az ugyanolyan hullámhosszú fényszóródás mellett a gyenge fény lumineszcenciát, melynek hullámhossza nagyobb, mint az incidens, a Raman szóródás figyelhető meg. E jelenség mechanizmusa mind a kvantumelmélet, mind a klasszikus hullámelmélet alapján magyarázható. E jelenség kvantumleírása különösen egyszerűnek tűnik.
Hagyja a sugárzási kvantumot
) egy olyan molekulával szétszóródik, amely a talajállapotban energiával van
izgalmassá az egyik lehetséges rezgő frekvenciájú rezgéshez
. Ennek eredményeként a szétszórt kvantumnak alacsonyabb energiája lesz
lehetővé teszi a rezgésszintek kiszámítását
Mall-Kula. A szétszórt fénynek frekvenciája van
, az incidens fény alacsonyabb frekvenciája
. Következésképpen a Raman vonalak Stokes vonalak. A már izgatott molekulán való szétszóródás valószínűtlen, mert a magasabb frekvenciájú vonalak
, t. e. anti-Stokes, van egy ilyen alacsony intenzitású, amely általában láthatatlan. Ing-intenzitása Raman vonalak alapján számítottuk a valószínűsége a megfelelő átmenetek egységnyi idő vagy energia, jobb-Hamilton köl-kölcsönhatása sugárzás molekulák vagy a hullám funkciók a három állapot a molekula: kezdeti, köztes (felszívódás után egy foton
) és a végső (kvantum kibocsátása után)
).
A Raman-szóródás hullámmechanizmusa olyan molekula kölcsönhatásában van, amely meghatározott rezonancia oszcillációra képes,
(vagy több ilyen oszcillációra), esetleges és szétszórt hullámokkal. Fluktuáció a legegyszerűbb molekula Shem formában lehet ábrázolni, mint egy oszcillációs pont koordináta x (a lényeg az az egyik atom a molekula, amelynek tömege m) a csillapítási együttható és a rugalmas erő R
, amely visszaadja a pontot az egyensúlyi helyzetbe. Külső időszakos erő hatása alatt
, amely az E hullám véletlenszerű mezőjével való kölcsönhatás eredményeként keletkezik, oszcilláló mozgást hoz létre, amelyet az egyenlet
Könnyű megmutatni, hogy rezonáns frekvenciára
ennek az egyenletnek a megoldása a függvény
Az F erő kiszámítható az aE molekula indukált momentumának kölcsönhatási energiájával a hullám mezőjével
1. ábra. A stimulált Raman szóródás vektoros rendszere négyfoton eljárásként:
.
Mind a kibocsátás, mind a Stokes és az anti-Stokes irányul.
leniyu. A helyzet eltér a Stokes-szétszóródástól, amit a kifejezés (13) ír le. Ha feltétel
Az állandó energia érkezés az anti-Stokes hullámhoz
csak akkor garantálható
Az anti Stokes vonal intenzitása eléri a maximális értéket
; a kibocsátás irányát az egyenlőség határozza meg (14).
Az anti-Stokes sugárzás meglepő tulajdonsága, amely a (14) kifejezésből következik, az a tény, hogy a kibocsátás csak egy bizonyos irányban, nevezetesen szögben
, vagyis az incidens fény irányába. Ez látható a 3. ábrán. Hullámvektor
értéke egyenlő
Ábra. 2. Kényszerített Raman szórás nitrobenzolban.
Az anti-Stokes oldalon történő szétszóródás a lézerfény sugarát körülvevő koncentrikus gyűrűk formájában figyelhető meg. A következő gyűrűk megfelelnek a nagyobb frekvenciájú szóródásnak (rövidebb hullámhossz). A Stokes szóródásnak különböző irányai vannak, de a fény legnagyobb intenzitása az incidens sugár irányába esik.
az incidens sugár irányára merőlegesen fel van szerelve, látható színes kör látható. A tapasztalat azt mutatja, hogy ha a sejtet egy folyadék, például nitro-benzol, között elhelyezett gömbtükrökön egy Fabry-Perot rubinlézer, a Stokes szórás fog bekövetkezni az infravörös tartományban. Az eloszlás nem jellemző semmilyen határozott irányra; Alapvetően ez az irány a gerenda alá, míg az anti-Stokes szórás képez sor könnyed kúp színek, a piros, hogy menjen-lubogo. A legközelebbi a frekvenciának felel meg
,
A Raman szétszóródásának mechanizmusa az anti-Stokes oldalon.
(14) egyenletet, és a 3. ábrát szemlélteti. Az 1. ábra mutatja, hogy a folyamat a szóródás ramanovekogo-tését a lézer üregben egy négy-foton folyamat, amelyben a két foton lézerfény eltűnő-zayut, és ahelyett, hogy azokat ott két új foton: a Stokes és anti-Stokes. A négy foton folyamatban mindkettő
Ábra. 3 A stimulált Raman szóródás vektoros mintája, kétfoton eljárásként, különböző irányban és nagyságú fononokkal.
A Stokes szóródásnak különböző irányai vannak, míg az anti-Stokes szóródásnak csak egy határozott iránya van.
pontosan meghatározott irányok. Bár a valóban anti-Stokes fotonok pontosan meghatározott irányt mutatnak,
szétszórva különböző irányokban, a legfontosabb az incidens sugár irányában. Ily módon a Zeiger és munkatársai kétlépcsős mechanizmust javasoltak a Raman szórási folyamat számára. Ezenkívül minden lépés egy kétfoton eljárás, amelyben két foton és egy foton
. Ez utóbbi megfelel a hullám hullámvektorának, amely az incidens optikai hullám által gerjesztett molekulák koherens rezgéseiből ered. Az első szakasz egy Stokes foton és egy fonon kialakulásából áll
az első lézerfotonból:
A második szakasz egy anti-Stokes foton létrehozása egy másik lézerfotonból és a megfelelő fononból áll:
Az első szakaszban Stokes fotonok képződnek (előre meghatározott energia mellett)
), másképp irányított, és a megfelelő fononokat (3. A második szakaszban csak egy ilyen fonon képes elnyelni, ami anti Stokes fotont ad
0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 Eltérés a tengelyből, gerenda, fok.
1. Az első S1 Stokes vonal érzékeli a legnagyobb intenzitást a lézersugár irányában. Ahogy a szög megemelkedik, az intenzitás csökken, és egyetlen irányból sem jelenik meg. (A megjelenése csúcsok későbbi Stokes vonalak S2 és S3. És azt is nagyon gyenge csúcsot az S1 vonalon van egy különleges oka, amit nem térünk ki.)
2. A megfelelő első Stokes sorban S1 az első anti-Stokes vonal AS1 felfedezi erős csúcsot intenzitása egy szórási szöge körülbelül 3,0 ° Mint látható, az anti-Stokes szórás nem fordul elő a korrekció a beeső fény, és miután a csúcs gyorsan csökken nullára.
Ez a két tényező összhangban van a kényszerített Raman-átmenet kétlépéses folyamatával.
Ábra. 4. Az első három Stokes-vonal intenzitása és az első anti-Stokes vonal szögeltérése nitrobenzinnel.