瑞利散射喇曼散射
三维荧光的瑞利散射和拉曼散射
三维荧光的瑞利散射和拉曼散射。
【正文】1. 介绍：三维荧光的瑞利散射和拉曼散射是指在三维空间中，由于入射光和物质相互作用而产生的荧光效应。
在这篇文章中，我们将深入探讨三维荧光的瑞利散射和拉曼散射的原理、特点和应用。
2. 瑞利散射：瑞利散射是指入射光和物质之间发生的弹性碰撞，使得入射光的能量在各个方向上都发生了散射。
瑞利散射主要发生在粒径小于入射光波长的微观颗粒上，是由于物质的分子和原子对光的散射作用。
瑞利散射产生的荧光效应在三维空间中呈现出独特的立体效果，为图像的呈现增添了立体感和深度感。
3. 拉曼散射：与瑞利散射相比，拉曼散射是指入射光与物质相互作用后，出射光的频率发生了变化，产生了新的频率成分。
拉曼散射的特点是能够提供物质的结构信息，对于材料的表征和分析具有重要的意义。
在三维空间中，拉曼散射的立体效应呈现出多彩多姿的光谱特征，为材料分析和科学研究提供了丰富的信息。
4. 应用：三维荧光的瑞利散射和拉曼散射在许多领域都有重要的应用价值。
在生物医药领域，可以利用三维荧光的瑞利散射和拉曼散射技术进行细胞和组织的成像，实现疾病的早期诊断和治疗。
在纳米材料和光学器件研究中，三维荧光的瑞利散射和拉曼散射也被广泛应用，为新材料的设计和制备提供了重要参考。
5. 个人观点和理解：从简到繁，由浅入深地探讨了三维荧光的瑞利散射和拉曼散射的原理、特点和应用。
通过本文的学习，我对这一主题有了更深入的理解，尤其是在立体效应和应用方面有了更全面、深刻和灵活的认识。
我认为，三维荧光的瑞利散射和拉曼散射是一项非常有价值的研究课题，有着广阔的发展前景。
【总结与回顾】在本文中，我们深入探讨了三维荧光的瑞利散射和拉曼散射的原理、特点和应用。
通过对瑞利散射和拉曼散射的具体分析，我们了解了这两种散射现象在三维空间中的独特效应，以及它们在生物医药、纳米材料和光学器件等领域的重要应用。
从个人观点来看，我对这一主题有了更深入的理解，尤其在立体效应和应用方面有了更全面、深刻和灵活的认识。
拉曼散射原理
拉曼散射（Raman scattering）拉曼散射原理：光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射，又称拉曼效应。
1923年A.G.S.斯梅卡尔从理论上预言了频率发生改变的散射。
1928年，印度物理学家C.V.拉曼在气体和液体中观察到散射光频率发生改变的现象。
拉曼散射遵守如下规律：散射光中在每条原始入射谱线(频率为v0)两侧对称地伴有频率为v0±vi(i＝1，2，3，…）的谱线，长波一侧的谱线称红伴线或斯托克斯线，短波一侧的谱线称紫伴线或反斯托克斯线；频率差vi 与入射光频率v0无关，由散射物质的性质决定，每种散射物质都有自己特定的频率差，其中有些与介质的红外吸收频率相一致。
拉曼散射的强度比瑞利散射（可见光的散射）要弱得多。
作用：以经典理论解释拉曼散射时，认为分子以固有频率vi 振动，极化率拉曼散射为研究晶体或分子的结构提供了重要手段，在光谱学中形成了拉类型：拉曼散射共分为两类型1、共振拉曼散射（resonance Raman scattering）：当一个化合物被拉曼光谱中较活跃的一个领域，原因在于：（1）当一些分子被吸附到某些粗糙的金属，如金、银或铜的表面时，它们的拉（见电极化率）也以vi 为频率作周期性变化，在频率为v0的入射光作用下，v0与vi 两种频率的耦合产生了v0、v0+vi 和v0-vi 三种频率。
频率为v0的光即瑞利散射光，后两种频率对应拉曼散射谱线。
拉曼散射的完善解释需用量子力学理论，不仅可解释散射光的频率差，还可解决强度和偏振等一类问题。
曼光谱学的一分支。
用拉曼散射的方法可迅速定出分子振动的固有频率，并可决定分子的对称性、分子内部的作用力等。
自激光问世以后，关于激光的拉曼散射的研究得到了迅速发展，强激光引起的非线性效应导致了新的拉曼散射现象[1]。
入射光激发，激发线的频率处于该化合物的电子吸收谱带以内时，由于电子跃迁和分子振动的耦合，使某些拉曼谱线的强度陡然增加，这个效应被成为共振拉曼散射。
仪器分析作业第十一章(16)
专业：生物工程姓名：潘红波学号：1025004350 1、何谓瑞利散射、拉曼散射、斯托克斯散射、反斯托克斯散射？答：瑞利散射：散射光的频率与入射光相同的散射现象。
拉曼散射：光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射。
斯托克斯散射：处于振动基态的分子，被入射光激发到虚拟态，然后回到振动激发态，产生能量为h(v0-v1)拉曼散射。
这种散射光的能量比入射光的能量低此过程称为斯托克斯散射。
反斯托克斯散射：处于振动激发态的分子，被入射光激发到虚拟态后跃迁会振动基态，产生能量为h(v0+v1)的拉曼散射，称为反斯托克斯散射。
2、何为拉曼位移，它的物理意义是什么？答：拉曼位移是以激发光波数作为零并处于图的最右边且略去反斯托克斯线的谱带。
它表示散射光与入射光频率的差值。
3、何谓共振拉曼效应，它有哪些特点？答：激发光等于或接近于待测分子中生色团的电子吸收频率时，入射激光与生色基团的电子耦合而处于共振状态，即产生共振拉曼效应。
特点：灵敏度高，选择性高，可以判别细菌等物种属性和体内研究活细胞的膜组成和物种代谢。
5、激光为什么是拉曼光谱的理想光源？答：（1）激光亮度极强，可得到较强的拉曼射线。
（2）激光的单色性极好，有利于得到高质量的拉曼光谱图。
（3）激光的准直性可使激光束汇聚到试样的微小部位以得到该部位的拉曼信息。
（4）激光几乎完全是线偏振光，简化了去偏振度的测量。
7、为什么提到拉曼光谱时，总要联想到红外光谱？答：因为拉曼光谱与红外光谱同源与分子振动光谱。
但拉曼光谱是散射光谱，拉曼活性取决于振动中极化率是否变化。
红外光谱是吸收光谱，只有产生偶极距变化的振动才是红外活性的。
8、为什么讲拉曼光谱能提供较多的分子结构信息？答：对于一定基团，其拉曼频率的变化反映了与基团相连的分子其余部分和结构。
拉曼光谱具有较宽的测定范围，且可从同一仪器，同一试样室中测得，可在较短的时间内获得更多的信息。
拉曼光谱简介
Raman spectra
拉曼光谱基本原理
拉曼效应是光与物质分子之间发生能量交 换的结果，光照射到物体上会发生弹性散射 和非弹性散射。 弹性碰撞：光子和分子之间没有能量交换， 仅改变了光子的运动方向，其散射频率等于 入射频率，这种类型的散射在光谱上称为瑞 利散射。 非弹性碰撞：光子和分子之间在碰撞时发生 了能量交换，即改变了光子的运动方向，也 改变了能量。使散射频率和入射频率有所不 同。此类散射在光谱上被称为拉曼散射。
(2)水是极性很强的分子，因而其红外吸收非常强烈。但水的拉曼散射却极微弱，因 而水溶液样品可直接进行测量，这对生物大分子的研究非常有利。此外，玻璃的拉 曼散射也较弱，因而玻璃可作为理想的窗口材料，例如液体或粉末固体样品可放于 玻璃毛细管中测量。
(3)对于聚合物及其他分子，拉曼散射的选择定则的限制较小，因而可得到更为丰富 的谱带。S-S，C-C，C=C，N=N等红外较弱的官能团，在拉曼光谱中信号较为强烈。
拉曼光谱基本原理
characteristic Raman frequencies
拉曼频率的确认
composition of material
物质的组成
e.g. MoS2, MoO3
changes in frequency of Raman peak
拉曼峰位的变化
stress/strain State 张力 / 应力 crystal symmetry and orientation
晶体对称性和取向
e.g. Si 10 cm-1 shift per பைடு நூலகம் strain e.g. orientation of CVD diamond grains e.g. amount of plastic deformation e.g. thickness of transparent coating
瑞利散射,布里渊散射,拉曼散射强度公式
瑞利散射,布里渊散射,拉曼散射强度公式瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射是光学中常见的散射现象，它们在大气、材料科学、生物医学等领域都有重要的应用。
对于这些散射现象，如何准确计算其散射强度是十分重要的。
下面将分别介绍瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射的强度公式。
1. 瑞利散射强度公式瑞利散射是指入射光波遇到比其波长小得多的颗粒时，光的散射现象。
瑞利散射强度与入射光强度、颗粒密度、颗粒大小等因素有关。
其强度可以用瑞利散射公式来描述：I(Θ) = I0 * (λ / (4π)^2 * (n^2-1)^2 * r^6) * (1 + cos^2(Θ))/(2)其中，I(Θ)为散射角为Θ时的散射强度，I0为入射光强度，λ为入射光波长，n为颗粒的折射率，r为颗粒半径。
2. 布里渊散射强度公式布里渊散射是指光波与介质中的声波相互作用而产生的散射现象。
布里渊散射强度与声波的频率、波长、介质的折射率等因素有关。
其强度可以用布里渊散射公式来描述：I(Θ) = I0 * ((n^2+2)/3) * (λ/2π) * (Δn/n)^2 * (1 + cos^2(Θ))/(2)其中，I(Θ)为散射角为Θ时的散射强度，I0为入射光强度，n为介质的折射率，Δn为介质中声波的折射率变化量，λ为入射光波长。
3. 拉曼散射强度公式拉曼散射是指入射光与样品相互作用，使得散射光发生频率、能量发生变化的现象。
拉曼散射的强度与样品的性质、入射光的频率、波长等因素有关。
其强度可以用拉曼散射公式来描述：I(Θ) = I0 * (1 + cos^2(Θ))/(2) * (|χ^(1)|^2 * ∆v^4)/(8π^2c^4)其中，I(Θ)为散射角为Θ时的散射强度，I0为入射光强度，χ^(1)为样品的极化率，∆v为入射光和散射光频率差，c为光速。
瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射的强度公式分别描述了三种不同的散射现象的强度计算方法。
对于研究和应用这些散射现象的领域来说，了解和掌握这些强度公式是非常重要的。
仪器分析[第九章原子发射光谱分析法]山东大学期末考试知识点复习
![仪器分析[第九章原子发射光谱分析法]山东大学期末考试知识点复习](https://img.taocdn.com/s3/m/b383ae9551e79b8969022604.png)
第九章原子发射光谱分析法1．基本概念丁铎尔散射：光通过含有许多大质点(其颗粒大小的数量级等于光波的波长)的介质时产生的散射光。
乳浊液、悬浮物溶液、胶体溶液等所引起的散射均为丁铎尔散射。
分子散射：指辐射能与比辐射波长小得多的分子或分子聚集体之间的相互作用而产生的散射光。
分子散射又可分为瑞利散射和拉曼散射。
瑞利散射：光子与分子间发生“弹性碰撞”，人射光能量小，分子外层电子不跃迁，而分子跃迁到“受激虚态”，并在10-15～10-12s回到基态，将吸收的能量以入射光同样的波长释放，仅相当于光子改变了运动方向。
拉曼散射：光子与分子间发生的“非弹性碰撞”，两者之间发生了能量交换，产生与入射光波长不同的散射光，即拉曼散射光。
拉曼位移：拉曼散射光与瑞利散射光的频率差。
其大小与物质分子的振动与转动能级有关。
不同分子有不同的拉曼位移值。
拉曼位移是表征物质分子振动、转动能级特性的一个物理量，反映了分子极化率的变化，可用于物质的结构分析。
自吸自蚀：位于中心的激发态原子发出的辐射被边缘的同种基态原子吸收，导致谱线中心强度降低的现象，称为自吸。
元素浓度低时，一般不出现自吸，随浓度增加，自吸越严重，当达到一定值时，谱线中心完全吸收，如同出现两条线，这种现象称为自蚀。
原子光谱：原子光谱是由原子外层价电子在受到辐射后在不同能级之间的跃迁所产生的各种光谱线的集合，每条谱线代表了一种跃迁。
原子的能级通常用光谱项符号来表示。
外层电子在两个能级之间的跃迁应符合选择定则。
原子发射光谱与原子吸收光谱均属于原子光谱。
原子发射光谱：以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使基态气态原子的外层电子受激跃迁至高能级，返回低能级或基态时发射出特征光谱进行定量分析的方法。
特征光谱与特征谱线：不同元素具有不同的特征光谱。
元素由第一激发态到基态的跃迁最易发生，需要的能量最低，产生的谱线也最强，该谱线称为共振线，也称为该元素的特征谱线。
最后线、分析线、灵敏线及共振线：复杂元素的谱线可能多达数千条，只能选择其中几条特征谱线检验，称其为分析线。
拉曼光谱实验原理小教程
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但实际体系是多分子体系，各个分子的空间取向不同，且无规分布。一般说来，平面光入射时，不仅散
射光偏振方向与入射光不同，散射光本身也可能不再是平面偏振光，这一现象称为散射光的“退偏”。 3.2 退偏度
定义散射组态：G1（G2G3）G4，G1和G4分别表示入射光和散射光的传播方向，G2G3分别表示入射光 的偏振方向和观察散射光时所取的偏振方向，G1G4构成的平面称为散射平面，它往往作为一个基准面。在 测量偏振拉曼光谱时，用下列符号标记散射光强度，并以散射平面作为基准面： ������������������(������)，其中i和s分别表 示入射光和散射光的偏振方向相对于散射平面的取向，一般用垂直于散射平面（记作⊥ ）、平行于散射平 面（记作//）、自然光（记作n）三种状态表示，������是散射光观察方向和入射光传播方向的夹角。
表面增强拉曼散射(SERS)光谱简介
表面增强拉曼散射(SERS)光谱简介1.拉曼光谱简介：光与物质分子的碰撞可以分为两类，即弹性碰撞和非弹性碰撞。
光的散射可以看作是光子与物质碰撞后运动方向的改变。
如果发生的是弹性碰撞，即光子仅改变运动方向而在碰撞过程中没有发生能量交换，这种散射为瑞利散射(Rayleigh scattering)；如果发生的是非弹性碰撞，即光子不仅发生了运动方向的改变，而且在碰撞过程中有能量交换，这种散射就是拉曼散射(Raman scattering)。
结合图1我们可以更加清楚地了解光的散射过程。
图1 瑞利散射与拉曼散射的基本原理在激发光的激发下，分子从它的某一振动态(基态或激发态)跃迁到一个激发虚态，在皮秒时间尺度内跃迁回基态，同时伴随着光子的释放。
这时，大部分跃迁回基态时所释放的光子的波长与激发光相同，就是瑞利散射线。
另有少数光子的波长与激发光不同，即拉曼散射线，该散射又可以分为两类(见图1)：Stokes 散射和反Stokes散射。
由于常温下处于振动基态的分子数远多于处于振动激发态的分子数，所以Stokes谱线要比反Stokes线强得多。
拉曼光谱所关心的是拉曼散射光与入射光频率的差值，即拉曼频移。
不同的激发光所产生的拉曼散射光频率也不相同，但是拉曼频移是相同的。
拉曼频移表征的是化合物的振动—转动能级，在这一点上拉曼光谱与红外光谱是十分相似的[1,2]。
拉曼光谱是一项重要的现代光谱技术，它的应用早已超出化学、物理的范畴，渗透到生物学、矿物学、材料学、考古学和工业产品质量控制等各个领域，成为研究分子结构和组态、确定晶体结构的对称性、研究固体中的缺陷和杂质、环境污染物、生物分子和工业材料微观结构的有力工具。
2.表面增强拉曼散射(SERS)简介：表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering)最早是由Fleishmann 等人[3]于1974年发现。
他们在研究电化学电池内银电极上吸附的吡啶分子的拉曼光谱时发现其谱线强度有明显增强，对此他们解释为电极表面粗糙化引起电极表面积的增加。
光的散射
§8.4 光的散射一．光散射现象光的散射——因介质的非均匀性，使光能不只沿定向，同时还沿若干其它方向传播的现象。
按照引起介质光学非均匀性的原因，可将光的散射分为两大类： 1. 悬浮微粒的散射其中，当悬浮微粒的线度小于十分之一波长时产生的散射——瑞利散射；当悬浮微粒的线度接近或大于波长时产生的散射——米氏散射。
2. 在纯净介质中的散射——分子散射二．瑞利散射 1．瑞利散射定律如果混浊介质的悬浮微粒线度为波长的十分之一，散射光强度与光波长的四次方成反比，即041I λ∝——瑞利散射定律表明：光波长愈短，其散射光强度愈大。
思考：利用瑞利散射定律，可以解释若干自然现象 (1) 天空为什么呈现蓝色呢？(2) 为什么正午的太阳基本上呈白色，而旭日和夕阳却呈红色？2．瑞利散射光的强度角分布及偏振态图8.4-3 散射光的振幅图8.4-4 自然光产生的散射光强的角分布)(I )(E 'I 'I I x y θθθ222cos 1cos 1+=+=+=讨论：(1) 散射光强I θ随散射角θ不同而变化。
(2) 散射光的偏振态在不同方向也不相同。
不同方向散射光的偏振度为2222cos sin cos 1cos M m M m I I I I P I I I I θθθθ−−===+++ 2π±表明：θ = 0或π时，P =0，即沿着或逆着入射光方向的散射光为自然光，θ= 时，P =1，即与入射光垂直的方向上，散射光为线偏振光；θ为其余任意值，散射光为部分偏振光。
部分偏振光的偏振度为y x y xI I P I I −=+三．米氏散射1NI θλ∝米氏散射理论：如果混浊介质中悬浮微粒线度可与入射光波长相比拟，散射光强，且散射光强的角分布不再呈对称形式。
(b)图8.4 -5 米氏散射光强的角分布xx注意：随着悬浮微粒线度的增大，沿入射光方向的散射光强将大于逆入射光方向的散射光强。
思考：为什么蓝天中漂浮着白云？四．分子散射通常情况下，纯净介质中由于分子热运动产生密度起伏引起折射率不均匀的区域的线度比可见光波长小得多，所以分子散射中，散射光强与散射角的关系与瑞利散射相同。
第3章拉曼——精选推荐
第3章拉曼第3章激光拉曼散射光谱法3 - 1 拉曼散射光谱基本概念⼀. 拉曼散射及拉曼位移拉曼光谱为散射光谱。
当⼀束频率为ν0的⼊射光照射到⽓体、液体或透明晶体样品上时，⼀部分光被吸收，⼤部分光沿⼊射⽅向透过样品，⼤约有0.1％的⼊射光被散射掉。
如果⽤－光谱仪在某－⽅向，例如与⼊射光垂直的⽅向可观测到这种散射光的光谱。
这部分散射光有两种情况：⼀种是光⼦与样品分⼦发⽣弹性碰撞，即在两者之间没有能量交换，这种光散射称为瑞利散射．此时散射光的频率与⼊射光的频率相同；另⼀种是光⼦与样品分⼦发⽣⾮弹性碰撞，即在碰撞时有能量交换，因⽽产⽣的散射光的频率与⼊射光的频率不同，这种光散射称为拉曼散射。
在拉曼散射中：若光⼦与处于基态的分⼦发⽣⾮弹性碰撞，光⼦把⼀部分能量给样品分⼦，样品分⼦被激发到较⾼的振动激发态，⽽⼊射辐射变成能量为h(ν0-ν) 的散射，也即得到的散射光能量减少，测量到的散射光中，可以检测频率为(ν0-ν=ν0 －△E /h )的线，称为Stokes 线，如果它是红外活性的话，△E /h 的测量值与激发该振动的红外频率⼀致。
若光⼦与处于振动激发态的分⼦发⽣⾮弹性碰撞，该分⼦可以将其额外的能量给光⼦，⽽⾃已恢复到基态，这时散射光具频率(ν0 +ν=ν0 +△E /h )，在⼤于⼊射光频率处接收到散射光线，为反Stokes 托克斯线。
∴：⽤光谱仪在与⼊射光垂直的⽅向可观测到：－条与⼊射光频率完全相同的谱带------瑞利散射带在其低频侧出现的----- Stokes线在其⾼频侧出现的----- 反Stokes线Stokes线（或反Stokes）—υ⼊射＝△υ称为拉曼位移拉曼光谱图：拉曼位移△υ------- 横坐标（以波数为单位）拉曼散射光强度-------纵坐标⼊射光波数-------作为零，定位在横坐标右端。
拉曼位移的⼤⼩与⼊射光的频率⽆关，只与分⼦的能级结构有关。
不同物质：∵有不同的振动和转动能级，∴有不同的拉曼位移△υ；同⼀物质：υ⼊不同，所产⽣的υ拉曼不同，但其△υ却是⼀个确定的值。
瑞利散射与拉曼散射的区别
瑞利散射与拉曼散射的区别.分子的外层电子在辐射能的照射下,吸收能量使电子激发至基态中较高的振动能级,在10-12s左右跃回原能级并产生光辐射,这种发光现象称为瑞利散射.分子的外层电子在辐射能的照射下,吸收能量使电子激发至基态中较高的振动能级,在10-12s左右跃回原能级附近的能级并产生光辐射,这种发光现象称为拉曼散射.两者皆为光子与物质的分子碰撞时产生的,瑞利散射基于碰撞过程中没有能量交换,故其发光的波长仅改变运动的方向,产生的光辐射与入射光波长相同称为弹性碰撞.拉曼散射基于非弹性碰撞,光子不仅改变运动的方向,而且有能量交换,故其发光的波长与入射光波长不同.请问，在Raman仪器上测的光致发光光谱的问题请问，在Raman仪器上测的光致发光光谱（发射光谱）与用荧光光谱仪测的结果有什么不同啊这是两类不同的仪器，涉及很多基础知识，说来话长。
根据个人经验，这两类仪器主要的异同大约有以下几点：1）所用的光源不同。
拉曼光谱仪用激光作为光源，功率较大，所得到的荧光强度大，能分析含量较低的样品；荧光光谱一般用Xe灯作为光源，用单色器选出其中一种波长的光作为激光源，强度很弱。
2）激发源波长的选择性不同。
拉曼光谱仪常用的几种激光为：He-Cd 激光器的325nm激光、氩离子激光器的488、514nm激光、He-Ne激光器的633nm激光等，不能连续选择，且波长大都处于可见光区，能量较低，一般只有得到500nm以上的荧光谱；而Xe灯的光可用光栅分离，能连续选择激发源的波长，特别是能在紫外光区选择激发光，可以得到较宽范围的荧光谱(如300nm-900nm）。
3）由于光源的问题，在拉曼光谱仪只能得到发射谱(emission spectra)，而在荧光光谱仪上可同时得到发射谱和激发谱（excitation spectra）。
4) 光谱的分辨率不同。
在拉曼光谱上所得到的荧光谱的分辨率一般为1-2cm-1，质量比较高，而在专用的荧光光谱仪上的分辨率一般为1-3nm（如在600nm处，分辨率为几十个波数）.5）拉曼光谱仪得到的荧光谱包含拉曼光谱信息，可同时进行分子结构分析；而荧光光谱仪得到的荧光谱中虽然也有拉曼谱峰，但由于强度弱、分辨率差，对实际分析意义不大。
拉曼光谱法简介
(5)υc-c在拉曼中强。
(6)醇和烷烃的拉曼光谱相似。因为OH的拉曼谱带弱，而 C-O和C-C键力常数及键强度无很大差别，羟基与甲基质 量仅仅相差2个质量单位。
3.10.4. 拉曼光谱的应用 （1）拉曼光谱的特点 (a)拉曼光谱的常规扫描范围为40-4000cm-1。
2.相互允许规则：一般来说，没有对称中心的分子，其 红外和拉曼光谱可以都是活性的。例如水的三个振动υas、 υs和δ皆是红外和拉曼活性的。
3.相互禁阻规则：有少数分子的振动在红外和拉曼中都
是非活性的。
如乙稀的扭曲振动既无偶极矩变化， 也无极化度变化，故在红外及拉曼 中皆为非活性。
H
H
CC
H
H
4.拉曼光谱的一些基本特征：
(1)对称取代的S-S 、C=C 、N=N 、C≡C振动产生强拉曼 谱带，由单键、双键到三键，因可变形的电子逐渐增加， 故谱带也增强。
(2)在红外光谱中C≡N、C=S、SH的伸缩振动谱带强度 可变或较弱，而在拉曼光谱中为强谱带。C-O-O-C的对 称伸缩在880cm-1也是强谱带。
(3)环状化合物骨架的对称呼吸振动常是最强的拉曼谱带。
处于振动基态的分子在光子作用下，激发到较高的不 稳定的能态（虚态）后又回到较低能级的振动激发态。 此时激发光能量大于散射光能量，产生拉曼散射的斯托 克斯线，散射光频率小于入射光。
若光子与处于振动激发态（V1）的分子相互作用，使 分子激发到更高的不稳定能态后又回到振动基态（V0）, 散射光的能量大于激发光，产生反斯托克斯散射，散射 光频率大于入射光。
同一振动方式产生的拉曼位移频率和红外吸收频率是 相等的。
瑞利散射和拉曼散射的基本规律
瑞利散射和拉曼散射的基本规律瑞利散射和拉曼散射的基本规律：瑞利散射是指当光线穿过均匀介质时，散射光强度与入射光波长的四次方成反比；拉曼散射则是入射光与分子相互作用后，散射光的频率发生改变的现象。
想象一下，我们的光线就像是一群勇敢的探险家，在介质中展开一场奇妙的冒险。
瑞利散射就像是介质中的“小捣蛋鬼”，它特别“挑剔”入射光的波长。
波长较短的光，比如蓝光和紫光，就像是身强体壮的大力士，在这场冒险中更容易被“小捣蛋鬼”选中，被散射得更厉害，所以我们的天空看起来就是蓝色的。
而波长较长的光，比如红光，就像个胖乎乎行动迟缓的家伙，不太容易被“小捣蛋鬼”折腾，能更顺利地穿过介质。
拉曼散射呢，就像是入射光和分子之间的一场独特“舞会”。
入射光邀请分子共舞，在这个过程中，分子的状态发生了变化，导致散射光的频率也跟着改变了。
这就好比原本音乐节奏是固定的，可舞者们跳着跳着，舞步变了，音乐的节奏也跟着变了。
比如说，我们在研究化学物质的结构时，拉曼散射可是大功臣。
通过分析散射光频率的变化，科学家们就能了解分子的振动和转动状态，就好像能“听”到分子内部的“悄悄话”，从而推断出物质的成分和结构。
在实际生活中，瑞利散射也有不少表现。
比如我们在大雾天气里，会发现远处的灯光看起来是红色的，这是因为雾滴对蓝光的散射作用更强，使得蓝光在传播过程中大量散失，红光相对较多地到达我们的眼睛。
而拉曼散射在医学检测中也发挥着重要作用。
它可以帮助医生检测人体组织中的化学成分，更早地发现疾病的迹象。
总结一下，瑞利散射和拉曼散射这两种规律，就像是科学世界中的两扇神秘窗户，通过它们，我们能看到更多微观世界的奇妙景象。
它们在天文学、化学、医学等众多领域都有着重要的应用，为我们探索未知提供了有力的工具。
如果您对这两种散射规律感兴趣，想要了解更多的话，推荐您阅读《光学原理》这本书，或者浏览科普中国网、果壳网等网站，相信您会在科学的海洋中收获更多的惊喜和知识！让我们一起保持对科学的好奇心，去揭开更多未知的面纱吧！。
matlab三维荧光去除瑞利散射和拉慢散射的方法
matlab三维荧光去除瑞利散射和拉慢散射的方法三维荧光成像是一种常见的显微镜成像技术，由于瑞利散射和拉曼散射的存在，会导致成像结果产生模糊和失真。
为了去除这些散射的影响，科学家们开发了一些方法和技术。
本文将介绍两种常用的方法：全息-拉曼显微镜和多光子显微镜。
全息-拉曼显微镜是一种通过组合全息显微镜和拉曼显微镜的技术来去除瑞利散射和拉曼散射的影响的方法。
全息显微镜是一种使用激光束通过样品的方法进行成像的技术。
激光束被样品散射和吸收后，形成一个全息图像。
然后，使用全息图像和激光束的物理参数进行计算，可以获得物体的原始图像。
在全息-拉曼显微镜中，激光束通过样品后，收集到的信号被分成两部分：一个是经过瑞利散射和拉曼散射的信号，另一个是只经过瑞利散射的信号。
使用一个称为干涉滤波器的装置，可以将只经过瑞利散射的信号滤除，从而得到只包含拉曼散射信号的图像。
这样就实现了去除散射影响的目的。
然而，全息-拉曼显微镜的方法有一些局限性。
首先，它需要高功率的激光束来产生足够的拉曼散射信号，这可能会导致样品的损伤。
其次，它只能对样品进行表面成像，无法深入样品内部进行成像。
此外，全息显微镜需要高分辨率的光学系统，这增加了成本和技术难度。
多光子显微镜是另一种常用的去除散射影响的方法。
多光子显微镜是一种使用红外激光束作为光源的显微镜，红外激光束能够穿透样品的表面并激发样品内部的荧光。
而瑞利散射和拉曼散射会导致荧光成像结果失真和模糊。
多光子显微镜利用非线性光学效应，只在激光束焦点处发生荧光效应的性质，通过探测样品发出的红外荧光信号来获得高分辨率的成像结果。
多光子显微镜的优势在于它不需要高功率的激光束，因此对样品的损伤较小。
此外，多光子显微镜具有较大的成像深度，可以在样品的深处进行成像。
然而，多光子显微镜的缺点是成像速度较慢，需要较长的曝光时间。
除了全息-拉曼显微镜和多光子显微镜，还有其他一些方法也用于去除瑞利散射和拉曼散射的影响。
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参考资料
1．褚圣麟．原子物理学．北京：人民教育出版社，1979年 2．史斌星．量子物理．北京：请华大学出版社，1982年 3．吴思诫、王祖铨．近代物理实验(2)．北京：北京大学出版 社，1986年 (谭锡安编)
返
回
反斯托克斯
斯托克斯
~ ~ v vk
喇曼位移只与分子自身的结构有关，而与入射光的 频率无关。
二、喇曼散射的半径典量子解释 按量子论的观点，频率为0的入射单色光可以看作是 具有能量为 0的光子。当光子与物质分子碰撞时有两 种可能： 一种是弹性碰撞，没有能量交换， 光子只改变运动方向． 另一种是非弹性碰撞，有能量交 换，光子改变运动方向． 瑞利散射
I ( ) // ( ) // I // ( )
//
I // ( ) ( ) I ( )
光强I左上标表示入射光电矢量与散射平面的关系，I的右 下标表示散射光的电矢量与散射平面的关系。
当入射光为自然光时，退偏度为 n I ( ) n ( ) n I ( )
为了有效地记录到喇曼散射，要求有高强度的入射光 去照射样品。
氩离子激光照射四氯化碳样品，得到的喇曼光谱
[原 理 ]
一、喇曼散射的经典理论 频率为ω0的光波其电场强度可用下式表示
~ E E0 cos2cv0t
P E
当这样一束单色光入射到分子上时，其分子内部电荷 将发生相应位移而引起分子极化，感生出电偶极矩P，它 与电场强度E的关系为
第三类
喇曼散射现象在实验上是 1928 年首先由印度科学家 喇 曼 (C ． V ． Raman) 和 前 苏 联 科 学 家 曼 杰 斯 塔 姆 (Л.И.манде-пъшам)发现的，因此称为喇曼散射。
散射光强： 米氏散射 喇曼散射 入射光强的10-3～10-5 仅为入射光强的10-7～10-9
q k ql 0
对于谐振性近似，只保留一级项，并且考虑某一个振 动简正模qk，则
ak a0 a qk
' k
在简谐振动条件下，qk的时间依赖关系为
~ qk qk0 cos k t qk0 cos2cvk t
得到
~ t ) E cos 2cv ~t P (a0 a q k 0 cos 2cv k 0 0
' k ' ~ ~ t cos 2cv ~t a0 E0 cos 2cv0 t a k E0 cos 2cv 0 k
利用三角恒等变换，得
1 ' ~ ~ v ~ )t P a0 E0 cos 2cv0 t a k E0 cos 2c(v 0 k 2 1 ' ~ v ~ )t a k E 0 cos 2c(v 0 k 2
激光喇曼光谱
[背景]
散射光按相对于入射光波数（1/λ）的改变情况，可 将散射光分为三类： 第一类 第二类 由某种散射中心 ( 分子或尘埃粒子 ) 引起，其 波数基本不变，这类散射称为米氏散射； 由入射光波场与介质内的弹性波发生相互作用 而产生的散射，其波数变化大约为0.1cm-1，称 为布里渊 (Brillouin) 散射；以上两类散射通常 难以分辨合称为瑞利散射。 波数变化大于lcm-1的散射，相当于分子转动、 振动能级和电子能级间跃迁范围，称为喇曼散 射。
//
３．当入射光为自然光 时，退偏度为
n ( / 2)
nI z nI x
由理论计算可得，入射光为平面偏振光时
3 2 // ( / 2) ( / 2) 45a 2 4 2 入射光为自然光时
6 2 n ( / 2) 45a 2 7 2
a 为平均电极化率
为各向异性率
a 0
0 a 0
n ( / 2) 6 / 7 // ( / 2) ( / 2) 3 / 4 完全退偏
n ( / 2) // ( / 2) ( / 2) 的值在0和3/4之间，
//
例如，入射光沿直角坐标的 z 轴入射，沿 y 方向观测时，几 种退偏度的情况。 １．当入射光沿 x 轴方向偏振 时，散射平面为 y-z 平面，其 退偏度为 I z ( / 2)
( / 2)
I x ( / 2)
２．当入射光沿 y 方向偏振 时，退偏度为
I ( / 2) // ( / 2) // x I z ( / 2)
n ( / 2) 的值在0和6/7之间，这时散射光是 部分偏振光。
0 a 0
四、CCL4（四氯化碳）分子的对称结构及振动方式 CCL4分子为四面体结构，一个碳原子在中心，四个氯原子在四 面体的四个顶点，共有9种简正振动，除去简并，可归成四种．
上面所说的“简 并 ”， 是指在 同一 类振 动 中 ， 虽 然包 含不 同 的振 动 方式 但具 有 相同 的 能量 ，它 们 在喇 曼 光谱 中对 应 同一 条 谱线 。 因 此 ， CCl4 分 子 振动喇曼光谱应有4 个基 本 谱线 ， 根据 实验 中 测得 各 谱线 的相对强度依次为
I (v1 ) I (v2 ) I (v3 ) I (v4 )
[实验内容]
1．先依次打开，喇曼光谱仪、计算机电源。 2．打开激光器电源，打开LD开关，调节激光器电流到1A左右。 3．根据说明书，参照仪器，搞清计算机喇曼光谱仪窗口，各个 开关的功能、扫描阈值。 4．完整记录CCl4分子的振动喇曼光谱。 5．在光谱图上标出各谱线的波间距及相对强度，根据它们的强 度差别，辨认各谱线所对应的简正振动类型。 6．记录CCl4分子的振动喇曼偏振谱，求出各线的退偏比。
式中α为极化率张量。一般来说，极化率是坐标的函数。 由分子振动所引起的极化率的变化，可以通过将极化率 的变化，可以通过将极化率张量的每一分量αij按简正
坐标展开为如下的泰勒级数
2 ij 1 ij ij ( ij ) 0 q q k 2 q q k kl k 0 k l
喇曼散射
光散射的半经典量子解释示意图 反斯托克斯线
瑞利散射
斯托克斯线
根据玻尔兹曼分布，在常温下，处于基态的分子 占绝大多数，所以通常斯托克斯线比反斯托克斯线 强很多，经典理论则不能正确解释这一现象。
三、喇曼散射的退偏度 当电磁辐射与一系统相互作用时，偏振态常发生 变化，这种现象称为退偏。 在喇曼散射中，散射光的退偏往往与分子的对称 性有关。 散射平面 入射光传播方向和观测方向组成的平面 当入射光为平面偏振光，且偏振方向平行于散射 平面，而观测方向在散射平面内与入射光传播方向成 角时，定义退偏度为//()；当入射光偏振方向垂直 于散射平面时，定义退偏度⊥()，即：
可知感生偶极子有三个不同的频率分量：
~ 0 2cv 0 ~ ~ ~ ~ 0 k 2c(v0 vk ) 0 k 2c(v0 vk )
按经典辐射理论，它将有三种频率的电磁幅射： 0产生与入射光同频率的散射 瑞利散射
0+k分子振动的喇曼散射
0-k分子振动的喇曼散射