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材料物理实验方法复习纲要 第一章：拉曼光谱 1. 拉曼光谱的一些基本概念和特点：  不同物质其拉曼光谱是不同的，就象人的指纹一样，可用于光谱表征。  拉曼位移（即入射光与散射光的波数差）与入射光的波长无关，与振动或转动 能级相对应，拉曼位移的数值从几个波数~4000 波数。  斯托克斯线∆ν= ν−(ν −ν)=ν 和反斯托克斯线∆ν= ν−(ν+ν)= −ν 对称地分布 0 0 k k 0 0 k k 与瑞利线的两侧，其数值相等，符号相反，说明拉曼谱线对称地分布在瑞利线 的两侧，通常是测斯托克斯线。  拉曼散射与分子所处的状态无关。 2. 光散射现象与拉曼光谱：  一束光照射到介质上时，大部分光被介质反射或透过介质，另一小部分的光则 被介质向四面八方散射  1923 年，斯迈克尔（Smekal ）从理论上预测，当频率为υ 的入射光经试样散射 0 后，散射光中应含有υ0 ±Δυ的辐射 3. 拉曼散射的经典理论：  按照经典电磁理论，单色入射光照射到样品，使分子产生振荡的感生电偶极矩， 这个振荡的感生偶极矩又可视为一个辐射源，发射出瑞利散射光和拉曼散射光  当入射光不是很强时，感生偶极矩P 与分子极化率α 以及电场强度E 之间的近 似关系为：P=αE  由于分子中各原子核 在其平衡位置附近的振动，分子的极化率亦将随之改变， 所以极化率的各个分量可以按简正坐标展开为泰勒级数形式  P=α E cos(2πνt)+α’E Q cos(2πνt)cos(2πνt),=α E cos(2πνt) 0 0 0 k 0 k0 0 k 0 0 0 +α’E Q {cos[2π(ν -ν)t]+cos[2π(ν +ν)t]}/2 k 0 k0 0 k 0 k  第一项表示感生偶极矩以频率ν0 发射辐射，对应于瑞利散射，第二项和第三项 分别表示感生偶极矩以与分子简正振动频率ν 有关的频率ν-ν 和ν+ν 发射辐 k 0 k 0 k 射，分别对应于拉曼散射的斯托克斯线和反斯托克斯线  经典理论很好地解释了拉曼位移，但仍有不足。通常ν>>ν 则反斯托克斯线强 0 k 度和斯托克斯线强度相当，与实验结果不符 4. 拉曼散射的量子理论：  按照量子理论，频率为υ0 的单色光可以视为具有能量为hυ0 的光子，h 是普朗克 常数。当光子作用于分子时，可能发生弹性和非弹性两种碰撞  在弹性碰撞过程中，光子与分子之间不发生能量交换，光子仅仅改变其运动方 向，而不改变其频率，这种弹性散射过程对应于瑞利散射  在非弹性碰撞过程中，光子与分子之间发生能量交换，光子得到能量的过程对 应于频率增加的反斯托克斯拉曼散射；光子失去能量的过程对应于频率减小的 斯托克斯拉曼散射  根据玻尔兹曼定律，常温下处于基态Eν= 0 的分子数比处于激发态Eν= 1 的分子数 多，遵守玻尔兹曼分布，因此斯托克斯线的强度(I )大于反斯托克斯线的强度(I ) s as I (ν +ν)4 Ias 0 4 exp(−hν/ kT ) s (ν −ν) 0 5. 拉曼