Romanovszkijszórás

1. Stokes vonalak római.
2. A Romanov mechanizmusa szétszóródott a Stokes oldalára.
3. Anti-Stokes vonalak római.

4. A rómaiak szétszóródásának mechanizmusa az anti-Stokes oldalon.

1. Stokes vonalak római.

Vegyünk egy fénysugár bukását olyan idegen testekre, amelyek tartalmaznak bármilyen zárványt és tökéletesen tisztított átlátszó médiumot. Bár gyenge, de a lehető legnagyobb frekvencián is, a sugár fénye minden irányban szétszóródik.

A szétszóródás mind gáznemű, mind folyékony és szilárd testekben történik. A gázokban a szóródás a táptalaj ingadozásai és inhomogenitásaiban fordul elő: atomok és molekulák, folyadékok és kristályok. A szétszórt fényben ugyanolyan hosszú hullámok vannak, mint az incidens, de különböző intenzitásúak, ami a hullámhossztól függ. Ez a fajta szórás Rayleigh a Rayleigh fizikus neve.

Az incidens fényével azonos hullámhosszú fényszóródás mellett még mindig van egy gyenge lumineszcencia, amelynek hullámhossza nagyobb, mint az előforduló, úgynevezett Raman szóródás. E jelenség mechanizmusát kvantumelmélet vagy klasszikus hullámelmélet alapján magyarázzák. E jelenség kvantumleírása különösen egyszerűnek tűnik.

Tegyük fel, hogy a sugárzási kvantum, vagy egyébként (mert, a) eloszlik egy olyan molekulán, amely a talajállapotban energia. egyenlő, izgalmas ez a molekula egy lehetséges rezgési frekvenciájú oszcillációhoz. A szétszóródás következtében a kvantumnak alacsonyabb energiája lesz. egyenlő. Energia egyensúly

lehetővé teszi a molekula vibrációs szintjének kiszámítását. Így a szétszórt fény frekvenciája kisebb, mint a beeső fény gyakorisága. Következésképpen a Raman vonalak Stokes vonalak. Scattering nem valószínű, hogy van egy gerjesztett molekulát, mert a vonal nagyobb gyakorisággal, t. E. Anti-Stokes, van egy ilyen alacsony intenzitású, amely általában láthatatlan. Az intenzitás a Raman vonalak alapján számítják a valószínűsége, hogy a megfelelő átmenetek egységnyi idő vagy energia, jobb interakció Hamilton sugárzást molekulák gyakran - a hullám funkcióit a három állapot a molekula: kezdeti, köztes (felszívódás után egy foton) és a végső (miután emisszió egy foton).

2. Romanov mechanizmusa, amely szétszórja a Stokes oldalát.

Hullám mechanizmus Raman magyarázható reagáltatásával olyan molekula, amely képes egy specifikus rezonáns rezgés frekvenciával (vagy több ilyen ingadozások) a beeső és szétszórt hullámok. A legegyszerűbb formájában a rezgés a molekula lehet képviseli, mint egy oszcillációs olyan anyagból pont koordinátái x (a lényeg az az egyik atom a molekula, amelynek tömege m) egy csillapítási tényezője R és a rugalmas erő visszatérő ezen a ponton az egyensúlyi állapotban. Hatása alatt a külső periodikus erőt, amely eredményeként keletkezik a kölcsönhatás egy véletlenszerű hullám mező E, által létrehozott oszcilláló mozgást, hogy írják le a következő egyenlet

A rezonanciafrekvencia esetében ennek az egyenletnek a megoldása a függvény

Az aE molekulának a hullámtérrel indukált momentumának interakciós energiája révén kiszámítható az F erő:

A véletlen hullámmezőt az egyenlet írja le

ahol u az incidens és a szétszórt hullám hullámvektorai, a tér koordinátája, a pedig az idő koordinátája.

E hullám és a molekula erőteljes interakciója csak a rezonancia közelében fordulhat elő, az infravörös tartomány frekvenciájánál, ami a beat frekvencia, így az F erő kiszámításához csak az általános kifejezésnek a különbségi frekvenciát tartalmazó részét használjuk. Az általános kifejezés formája

Az x változás magában foglalja a molekula polarizációjának változását, amely az incidens hullám elektromos mezőjében a dipólus pillanatának megváltozásához vezet, ha elhagyjuk a második harmonikus generálásához kapcsolódó kifejezést.

A molekula rezgéseit ütési gyakorisággal végezzük.

A szóban forgó pillanat és a szétszórt hullám kölcsönhatása egyenlő a szétszórt hullám mezőjével, és a szétszórt hullám teljesítménye,

ahol a fenti sáv átlagot jelent az idő múlásával. Kaptunk:

így a Stokes-vonal esetében, azaz, és a szétszórt hullámot a molekulákkal való kölcsönhatás erősíti, míg az anti-Stokes-vonal esetében, azaz, és a szétszórt hullám elhalványul.

3. Anti-Stokes vonalak római.

Ha a rezonátor üregében gerjesztjük a római spektrumokat lézersugárral, nemcsak a Stokes vonalak keletkeznek, hanem a Stokes-ellenes vonalak is. Az ilyen szétszóródás esetén az alábbi feltételeknek kell teljesülniük:

Az U mezőt úgy tekintjük, hogy egy u frekvenciájú incidens hullámból álló hullám két szétszórt hullámról, u frekvenciákkal. , ezeknek a hullámok amplitúdóit jelölik. A hullámvektorok és fázisok azonos mutatóinak használatával a véletlen mezőt kifejezéssel lehet leírni

A (2) egyenlet megoldása a (4) kifejezésekre és a (10) hullámtérre vonatkozó egyenletességgel

Akárcsak korábban is, kiszámítjuk a hatalmakat, és a molekulának két szétszórt hullámhoz adva - a Stokes és az anti-Stokes hullámokat:

Következésképpen a kísérlet szokásos körülményei között mindig, további feltételek nélkül, a hullámvektorokat összekötik. Vagyis a Stokes szóródásnak nincsenek korlátozásai az irányba.

1. ábra. A stimulált Raman szóródás vektoros sémája négyfoton eljárásként :.

Mind a kibocsátás, mind a Stokes és az anti-Stokes irányul. A helyzet eltér a Stokes-szétszóródástól, amit a kifejezés (13) ír le. Ha ez a feltétel teljesül, az energiának az anti Stokes hullámhoz való állandó átadása csak akkor garantálható, ha

Az anti-Stokes vonal intenzitása eléri a maximális értéket; A (14) egyenlet meghatározza az emisszió irányát.

Az anti-Stokes sugárzás meglepő tulajdonsága a (14) kifejezésből következik - az emisszió csak meghatározott irányú, azaz az iránytól szimmetrikusan, azaz az incidens fény irányába következik be. Ez látható a 3. ábrán. A hullám vektorának értéke egyenlő

ahol u a fény sebessége egy adott közegben és annak törésmutatójában. így

ahol, mint korábban, a molekula rezgési frekvenciáját jelenti. Két további különbséget mutatunk be a médiumot jellemző törésmutatóval:

Az 1. ábrán bemutatott vektordiagramból származó Carnot-tétel segítségével meghatározhatjuk:

A (16) - (18) kifejezés használatával, és feltételezve is

megközelítő összefüggést kapunk kis szögek esetén:

Elértük, hogy az anti-Stokes fény szétszóródik egy kúp mentén, amelynek tengelye egybeesik a beeső fény irányával, és a a szög az irány és a generáló kúp iránya között. Az incidens sugár irányára merőleges képernyőn világos színű kör látható.

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 mutat.

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. Ennek eloszlása ​​nem jellemző egy adott irányra; Alapvetően ez az irány a beeső fényt, togdakak anti-Stokes szórás képez sor könnyed kúp színek, a piros és a kék. Legközelebbi közülük felel meg a frekvenciát, a következő - frekvenciák, stb (2. ábra) ....

4. A rómaiak szétszóródásának mechanizmusa az anti-Stokes oldalon.

A (14) és a. Az 1. ábra mutatja, hogy a folyamat ramanovekogo szétszórja a lézer üregben egy négy-foton folyamat, amelyben a két foton lézerfény eltűnnek, és ahelyett, két új foton: Stokes és anti-Stokes. Négyfoton eljárással, mindkettővel, és pontosan meghatározott irányokkal. Míg valóban pontosan meghatározott irányban anti-Stokes fotonok, a Stokes fotonok vannak szétszórva különböző irányokba, elsősorban 0 „Braz irányában a beeső nyaláb. Zeiger a személyzet tehát javasolt egy kétlépéses mechanizmus a Raman folyamatot. Ezen túlmenően, minden egyes lépés egy két foton folyamat,

Ábra. 3 A stimulált Raman szóródás vektoros mintája, kétfoton eljárásként, különböző irányok és nagyságú fononok alkalmazásával.

A Stokes szóródásnak különböző irányai vannak, míg az anti-Stokes szóródásnak csak egy határozott iránya van.

amely két fotont és egy fotont tartalmaz. A foton megfelel a hullám hullámvektorának, amely az incidens optikai hullám által kiváltott molekulák koherens rezgéseiből ered. Az első szakasz egy Stokes foton és egy fonon létrehozása az első lézerfotonból:

A második szakasz egy anti-Stokes foton létrehozása egy másik lézerfotonból és a megfelelő fononból áll:

1. Az első S1 Stokes vonal érzékeli a legnagyobb intenzitást a lézersugár irányában. Ahogy a szög megemelkedik, az intenzitás csökken, és nem mutat semmilyen más irányba. (Az S2 és az S3 későbbi Stokes vonalakon megjelenő maxima, valamint az S1 vonalon nagyon gyenge csúcsok vannak, ezért külön okunk van, amit itt nem fogunk megvitatni.)

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.

Mindkét körülmény egybeesik a kényszerített Raman-átmenet kétlépéses folyamatával.

Hiba a szövegben? Jelölje ki az egérrel és kattintson rá

Maradt absztraktok, tanfolyamok, prezentációk? Ossza meg velünk - töltse le őket itt!

Segített a webhely? Tedd fel tetszését!