_光与物质的相互作用

·
Weaker wavelength dependence: λ-X with 0.4
hence significantly more
≤ X ≤ 0.5.
for blue compared to red · Preferably forward
light.
scattering.
· Forward and backward
scattering is the same
Brillouin Scattering
The difference in energy generates acoustic phonons.
Raman Scattering
The difference in energy generates a vibrational excitation in the molecule.
激发谱则反映的是基态与所有与该荧光发射有关的能级之间的跃迁。其所 呈现的关系比吸收谱要有选择性，但有时候又不如吸收谱来的直接。
电子跃迁到不同激发态能级 时，吸收不同波长的能量(如 能级图l2 ,l1)，产生不同吸 收带，但均回到第一激发单 重态的最低振动能级再跃迁 回到基态，产生波长一定的 荧光(如l’2 )。因此，发射 谱的形状与激发波长无关。
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透射也是光在介质中的折射的一中形式，均匀介质 满足折射定律；不均匀介质光被吸收后，剩余的能 量以散射透射和散射反射的形式传输。
Scattered and reflected
s
s’
Scattered and absorbed
mal, msl, g
Scattered and transmitted
共性 可应用L-B 穿透深度小
Application: OCT (optical coherence tomography)
无法应用L-B
Application：DOT (diffused optical tomography)
荧光的产生过程
无辐射跃迁：指以放热的形式将多余的能量辐射给周围环境,包括：
按分子激发态的类型划分时,由第一激发单重态所产生的辐射跃 迁而伴随的发光现象称为荧光.
由最低的电子激发三重态所产生的辐射跃迁,其发光现象称为磷 光.
内转换
振动弛豫 内转换
S
系间跨越
2
S1 能
T1 T2
量
吸 收
发 射 外转换
荧
发 射磷振动弛豫
光
光
S0
l1
l 2 l 2
l3
吸收谱
化合物的吸收光强与入射光波长的关系曲线 。
激发谱
固定发射波长(一般将其固定于发射波段中感兴趣的峰位)，扫描 出的化合物的发射光强(荧光/磷光) 与入射光波长的关系曲线。
发射谱
固定激发波长(一般将其固定于激发波段中感兴趣的峰位),扫描出 的化合物的发射光强(荧光/磷光) 与入射光波长的关系曲线。
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吸收谱反映出的是物质的基态能级与激发态能级之间所有的允许跃迁。 通常状态下的物质的表观颜色大部分时候取决于其吸收特性。
辐射跃迁：指以放光的形式将多余的能量辐射给周围环境。
电子处于激发态是不稳定状态，返回基态时，通过辐射
跃迁(发光)和无辐射跃迁等方式失去能量； 传递途径
辐射跃迁
无辐射跃迁
荧光 延迟荧光 磷光
系间跨越 内转移 外转移 振动弛预
激发态停留时间短、返回速度快的途径，发生的几率大， 发光强度相对大； 荧光：10-7～10 -9 s,第一激发单重态的最低振动能级→基态； 磷光：10-4～10s；第一激发三重态的最低振动能级→基态；
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出射光子的分类
对于生物组织体这样的混沌介质，如果以超短激光脉冲入射，则出射的光可以按照 其在组织体中传播的时间被分为三类
弹道光和蛇形光又被统称为早期到达光
关于三类光子的讨论
（1）弹道光的特点
光子具有相同的且最短的光子飞行时间。 在光的入射方向出射。 保持了入射光的相干性。
（2）蛇形光的特点
光与物质的相互作用
Light Scattering
Elastic Scattering
Incident and scattered photons are of the same frequency
Inelastic Scattering
Incident and scattered photons are of different frequencies
(a) 振动驰豫 ( vibrational relaxation, VR)：振动态内的跃迁 (b) 内转换 ( internal conversion, IC)：单（三）重态到单（三）重态间
的跃迁 (c) 外转换 ( external conversion, EC)：激发态到基态的跃迁 (d) 系间跨越 ( intБайду номын сангаасrsystem crossing, ISC)：单重态到三重态间的跃迁
Rayleigh scattering
Mie scattering
· Scattering by particles of · Scattering by particles of
size smaller than the
size comparable to λ.
·
wavelength of light. Scattering depends on λ-4,
磷光光谱
固定激发光波长物质发射的磷光强度与 发射光波长关系曲线，如右图中曲线III。 磷光本身则是由电子在两能级间发生自旋 反转的辐射跃迁过程中所产生的光。
飞行时间略长于弹道光。 出射方向分布在入射光方向周围较小的立体角内。 基本保持了入射光的相干性。
（3）漫射光的特点
经过不同的路径到达表面，在组织内传播所经历的 飞行时间差异很大。 组织体的表面的出射光强是一个时间分布曲线 （temporal profile），分布曲线的形状不但和组织体厚 度有关而且和组织体的光学参数有关。 出射方向几乎是任意的。 不再保持相干性。
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主要光谱参量
激发光谱 与 发射光谱？
➢ 形状和吸收光谱的形状极为相似， 并呈现“镜像”现象； ➢ 波长总是比激发波长稍长； ➢ 发射光谱的形状和激发光的波长无关； ➢ 只有一个荧光带； ➢ 荧光发射的强度和激发光的波长有关。
荧光光谱
固定激发光波长物质发射的荧光强度与发 射光波长关系曲线，如右图中曲线II。 荧光本身则是由电子在两能级间不发生自 旋反转的辐射跃迁过程中所产生的光。