激光拉曼光譜技術(shù)ppt課件-資料下載頁
2025-05-04 05:01本頁面
【正文】 散射光測(cè)量中容易受到熒光干擾，散射方法有缺陷；而CARS散射避開了熒光干擾，應(yīng)用更廣泛，具有如下特點(diǎn)： ? 好的方向性：相位匹配關(guān)系決定； ? 共振效應(yīng)：利用了介質(zhì)中的拉曼共振，提高信號(hào)強(qiáng)度； ? 具有強(qiáng)的抗熒光干擾性； ? 偏振特性：與入射激光偏振特性以及介質(zhì)的對(duì)稱性有關(guān)。 產(chǎn)生 CARS散射的三階非線性極化系數(shù) χ3（ ωa,ωl,ωs,ωl），含有 ωl、 ωs、 ωa等的頻率分量。設(shè)兩個(gè)激光場(chǎng)為沿 z方向傳播的平面波 將上式帶入三階極化強(qiáng)度表達(dá)式 P（ 3） 中出現(xiàn)很多頻率分量， CARS極化強(qiáng)度 PCARS(3)是產(chǎn)生頻率為 ωa的電磁波的激發(fā)源， CARS場(chǎng)在非線性介質(zhì)中的傳播方程 在介質(zhì)中 CARS場(chǎng)從 z=0傳播到 z=l后 式中 Δk=2klkska為 CARS場(chǎng)與頻率為 2ωlωs的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)之間的相位失配。 CARS場(chǎng)的強(qiáng)度 第三節(jié) 受激拉曼散射 1962年 Woodbury等人發(fā)現(xiàn)受激拉曼散射 。 紅寶石激光通過苯溶液時(shí) ， 當(dāng)功率增強(qiáng)時(shí) ， 一級(jí)斯托克斯拉曼散射譜線強(qiáng)度迅速增加 ， 發(fā)散角減少 ， 譜線變窄 ， 具有了受激發(fā)射的性質(zhì) ， 被稱為受激拉曼散射 。 當(dāng)激發(fā)光進(jìn)一步增強(qiáng)時(shí) ， 可以得到波數(shù)為 ω0177。 nωR的多級(jí)斯托克斯與反斯托克斯受激拉曼散射線 。 n=1,2,3… ， 表示散射級(jí)次 。 ?受激拉曼散射的方向性很好，有前向拉曼散射和后向拉曼散射； ?受激拉曼散射有明顯的閾值特性。 一、受激拉曼散射 苯溶液受激拉曼散射實(shí)驗(yàn) 前向受激拉曼散射同心圓 拉曼散射是分子振動(dòng)的聲子對(duì)入射光散射的結(jié)果。 自發(fā)拉曼散射 ：聲子是由熱振動(dòng)激發(fā)的 ， 入射光與無規(guī)相位分布的聲子相互作用 ， 散射光是非相干光； 受激拉曼散射 ：相干入射光被受激的相干聲子所散射 ， 散射光是相干光 。 對(duì)于一級(jí)斯托克斯的受激散射情形 ， 入射光子與介質(zhì)中聲子相碰撞 ， 產(chǎn)生一個(gè)斯托克斯光子和一個(gè)受激聲子 。 該受激聲子又與入射光子碰撞 ， 又增加一個(gè)受激聲子 ， 如此重復(fù) ，受激聲子數(shù)量就迅速地增長(zhǎng)起來 。 由于受激聲子是在相干光激發(fā)下形成的 ， 所以受激產(chǎn)生的散射光也是相干光 。 受激拉曼散射中斯托克斯能級(jí)躍遷 當(dāng)發(fā)生 ωlωs=ωaωl的拉曼共振時(shí)，泵浦光與斯托克斯波在介質(zhì)中混頻，并誘導(dǎo)產(chǎn)生頻率為 2ωlωs=ωa的反斯托克斯波的三階非線性極化強(qiáng)度 P(3)(ωa)。 P(3)(ωa)是產(chǎn)生頻率為 ωa的電磁波的激發(fā)源。 受激拉曼散射極化強(qiáng)度： 受激反斯托克斯散射： 三階非線性極化系數(shù)： 斯托克斯波傳播常數(shù)： 式中實(shí)部使介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化，它導(dǎo)致產(chǎn)生介質(zhì)的光誘導(dǎo)雙折射及自聚焦等效應(yīng)；而虛部則使斯托克斯波獲得增益。 斯托克斯波強(qiáng)度在傳播過程中獲得增益，增益系數(shù) Gs 斯托克斯波光強(qiáng) Is增長(zhǎng)方程 考慮損耗后，受激拉曼散射存在一閾值 Gth 二、受激拉曼增益 (SRGS) 在受激拉曼散射中 ， 入射的強(qiáng)激光可以在介質(zhì)中激發(fā)出多級(jí)受激拉曼譜線 。 如果在輸入泵浦光的同時(shí) ， 再輸入一斯托克斯散射頻率的光 ， 該頻率的光將被放大 。 三階非線性極化產(chǎn)生的受激拉曼增益強(qiáng)度為 與 CARS信號(hào)相比， SRGS信號(hào)不要求相位匹配，因此探測(cè)光束與泵浦光可以共線，也可以有任意夾角。
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