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第七章 激光拉曼光谱技术(二)

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激光拉曼光谱技术

激光拉曼光谱技术

激光拉曼光谱技术摘要:论文综述了激光拉曼光谱发展历史, 拉曼光谱原理, 其中有自发拉曼散射, 相干反射托克斯拉曼散射光谱和受激拉曼散射。

关键词:激光拉曼光谱原理自发反斯托克斯受激正文1．拉曼光谱发展历史印度物理学家拉曼于1928年用水银灯照射苯液体,发觉了新辐射谱线:在入射光频率ω0两边出现呈对称分布,频率为ω0-ω和ω0+ω明锐边带,这是属于一个新分子辐射,称为拉曼散射,其中ω是介质元激发频率。

拉曼因发觉这一新分子辐射和所取得很多光散射研究结果而取得了1930年诺贝尔物理奖。

与此同时,前苏联兰茨堡格和曼德尔斯塔报导在石英晶体中发觉了类似现象,即由光学声子引发拉曼散射,称之谓并合散射。

法国罗卡特、卡本斯以及美国伍德证实了拉曼观察研究结果。

然而到1940年,拉曼光谱地位一落千丈。

关键是因为拉曼效应太弱(约为入射光强10-6),大家难以观察研究较弱拉曼散射信号,更谈不上测量研究二级以上高阶拉曼散射效应。

并要求被测样品体积必需足够大、无色、无尘埃、无荧光等等。

所以到40年代中期,红外技术进步和商品化更使拉曼光谱应用一度衰落。

1960年以后,红宝石激光器出现,使得拉曼散射研究进入了一个全新时期。

因为激光器单色性好,方向性强,功率密度高,用它作为激发光源,大大提升了激发效率。

成为拉曼光谱理想光源。

随探测技术改善和对被测样品要求降低,现在在物理、化学、医药、工业等各个领域拉曼光谱得到了广泛应用,越来越受研究者重视。

70年代中期,激光拉曼探针出现,给微区分析注人活力。

80年代以来,美国Spex企业和英国Rr i ns how企业相继推出,位曼探针共焦激光拉曼光谱仪,因为采取了凹陷滤波器(notch filter)来过滤掉激发光,使杂散光得到抑制,所以不在需要采取双联单色器甚至三联单色器,而只需要采取单一单色器,使光源效率大大提升,这么入射光功率能够很低,灵敏度得到很大提升。

Di l o企业推出了多测点在线工业用拉曼系统,采取光纤可达200m,从而使拉曼光谱应用范围愈加宽广。

第七章红外与拉曼光谱

第七章红外与拉曼光谱

5. 跨环效应 ( transannular effect, T )
通过空间发生的电子效应。
6. 氢键：使伸缩频率降低
分子内氢键：对峰位的影响大 不受浓度影响
分子间氢键：受浓度影响较大
浓度稀释，吸收峰位发生变化
由于C—D峰吸收频率的明显改变, 可用于有机物的红外分析.
例:
H ph C H S i Me 3 n -Bu Li 溶剂 Li ph H C S i Me 3 产物
~1775 cm-1 1750~1740 cm-1
1710 cm-1
1710 cm-1
例: 预测酮类化合物的吸收峰:
六环, 1710 cm-1
O
五环, 1740 cm-1
O
③酮、酯、酰胺的区分: 酮羰基: ～1710 cm-1 酯羰基: 1735—1710 cm-1 酰胺羰基: 1710—1680 cm-1
现在强的基频的大约2倍处，一般都是弱吸收带。
合频带(combination tone): 出现在2个或多个基频 频率之和或之差附近。也是弱吸收带。
倍频带与合频带统称为泛频带。
振动偶合(vibrational coupling)
费米共振(Fermi resonance)
影响振动频率的因素
外部因素
n ROH R O H H O R O H R
缔合后的羟基, 吸收频率: 3400～3200 cm-1.
ii) 分子内氢键:
氢键越强, 频率越低; 峰的强度正比于浓度.
例:
O H O H C C
(C H3)2
3200—2500 cm-1 (吸收峰很宽)
(C H3)2
② 含N—H键的化合物:
3500—3300 cm-1

第七章激光拉曼光谱技术

第七章激光拉曼光谱技术
拉曼效应起源于分子振动((和点阵振动))与转动，因此从拉 曼光谱中可以得到分子振动能级((点阵振动能级))与转动能级 结构的知识。
拉曼散射强度是十分微弱的，大约为瑞利散射的千分之一。 在激光器出现之前，为了得到一幅完善的光谱，往往很费时间。 激光器的出现使拉曼光谱学技术发生了很大的变革。
STOKES
（1）散射光频率为ωp时，散射光频率与入射光相同，是一 种弹性散射，称瑞利散射； （2）散射光频率为ωp－ωm时，为斯托克斯拉曼散射，非弹 性散射； （3）散射光频率为ωp＋ωm时，为反斯托克斯拉曼散射，非弹 性散射。
上式偶极矩表达式中的第二项可看做入射光在介质中的诱导 偶极矩，并受到了分子振动的调制，诱导偶极矩与分子的极化 率成正比。可见，这项既与入射光有关，又比例于极化率的振 荡部分，是入射光与振动模的乘积，相应的振动模被称为“拉 曼活性模”。
• 拉曼的另一名学生克利希南（K.S.Krishnan）观测了经过 提纯的65种液体的散射光，证明都有类似的“弱荧光”。
• 1928年2月28日下午，拉曼决定采用单色光作光源，做了 一个非常漂亮的有判决意义的实验。他从目测分光镜看散 射光，看到在蓝光和绿光的区域里，有两根以上的尖锐亮 线。每一条入射谱线都有相应的变散射线。一般情况，变 散射线的频率比入射线低，偶尔也观察到比入射线频率高 的散射线，但强度更弱些。
ANTI-STOKES
0 -
Rayleigh
0
0 +
拉曼频移（Raman shift）
0频之差。 取决于分子振动能级的改变，所以他是 特征的。
与入射光波长无关
适用于分子结构分析
拉曼峰的频移与激发波长无关（改变激发波长）
拉曼峰的频移与激发波长无关，即拉曼峰相对频移量不变。

激光拉曼光谱技术

激光拉曼光谱技术

激光拉曼光谱技术
激光拉曼光谱技术是一种非常重要的光谱分析技术，它利用激光与物质相互作用后产生的拉曼散射光来获取物质的结构信息。

激光拉曼光谱具有非常高的灵敏度和选择性，可以对各种物质进行快速、非破坏性的分析，特别是对于那些不易被其他技术分析的样品，激光拉曼光谱技术表现出了其独特的优势。

激光拉曼光谱技术的应用十分广泛，例如在生命科学、化学、材料科学、环境科学等领域都得到了广泛的应用。

同时，随着激光技术的进步和发展，激光拉曼光谱技术将会有更加广泛和深入的应用前景。

- 1 -。

激光拉曼光谱分析

激光拉曼光谱分析
•2
2 拉曼效应（1） 1）瑞利散射
一个频率为 的单色光（一般为可见光），当
不被物体吸收时，大部分将保持原来的方向穿过 物体，但大约有1/105——1/103的光被散射到各 个方向。并且在与入射光垂直的方向，可以看到 这种散射光。1871年科学家Rayleigh发现了这种 现象，因此称之为瑞利散射。该种散射为弹性碰 撞，光的频率不变。
•11
2 拉曼效应（10）
拉曼散射的多个不同的波数
•12
2 拉曼效应（11）
拉曼散射的多个不同的波数
•13
3 拉曼光谱仪（1）
1）激光光源：氩离子激光器，激光波长 514.5nm（绿光）, 氦氖激光器，激光波长 488.0nm（紫光）。
激光的特点：偏振光，强度大，可聚集成很 细的一束。 照射在样品上的一个点（1微米区域），因 此把激光拉曼光谱又称之外激光拉曼微探 针：Laser Raman Microscopy （LRM）
•5
2 拉曼效应（4）
若入射光的波数为0，则拉曼散射的0i 。 又称之为拉曼位移。
E1为分子的基态； E2为除基态以外的某
一能级（如某一振 动态） E3和E3’为该分子的受 激虚态之能级。
•6
2 拉曼效应（5）
1）处于基态E1的分子受入射 光子h0的激发，跃迁到受 激虚态E3，而后又回到基 态E1。或者E2的分子激发 到E3’，很快又回到E2，这 两种情况下，能量都没有 改变，这种弹性碰撞称之 为瑞利散射，散射光的波 数等于入射光的波数。
散射波的波数等于0＋’
•9
2 拉曼效应（8）
斯托克斯散射和反斯 托克斯散散统称为拉 曼散射。实际上，反 斯托克斯散射的强度 比较大，因此在拉曼 光谱测定上习惯采用 反斯托克斯散射。

激光拉曼光谱分析ppt课件

激光拉曼光谱分析ppt课件
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2 拉曼效应（10）
拉曼散射的多个不同的波数
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2 拉曼效应（11）
拉曼散射的多个不同的波数
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3 拉曼光谱仪（1）
1）激光光源：氩离子激光器，激光波长 514.5nm（绿光）, 氦氖激光器，激光波长 488.0nm（紫光）。
激光的特点：偏振光，强度大，可聚集成很 细的一束。 照射在样品上的一个点（1微米区域），因 此把激光拉曼光谱又称之外激光拉曼微探 针：Laser Raman Microscopy （LRM）
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5 红外与拉曼比较（1)
1 都是研究分子结构（化学键）的分子振动、 转动光谱。 2 红外光谱是吸收光谱，拉曼是发射光谱 3 拉曼的频谱范围宽 10－4500cm－1，红外
的窄 200－4000cm －1 。
21
5 红外与拉曼比较（2)
4 拉曼的激发波长可以是可见光区的任一 激发源，因此其色散系统比较简单，（可 见光区），而红外的辐射源和接收系统必 须放在专门封闭的装置内。
李子 坡
20907011024
1
激光拉曼光谱
1 概述 2 拉曼效应 3 拉曼光谱仪 4 拉曼光谱图 5 红外与拉曼比较
2
Hale Waihona Puke 概述1800年，英国科学家W. Herschel 在 测色温时(即波长越长，所具有的温 度越高)，发现了红外光，Infra－Red。
由于存在红外非活性的问题，因此 人们又继续研究探索，在1928年的时 候，由印度科学家V. C. Raman发现了 拉曼效应，并获得1930年度Nobel物 理奖。
15
3 拉曼光谱仪（2）
2）仪器原理
16
4 拉曼光谱图（1）
17
4 拉曼光谱图（2）

(完整)激光拉曼光谱法讲解

(完整)激光拉曼光谱法讲解编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)激光拉曼光谱法讲解）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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第三节激光拉曼光谱法在分子的振动中,有些振动由于偶极矩的变化表现了红外活性，能吸收红外光，从而出现了红外吸收谱带（见第二章第二节)，但有些振动却表现了拉曼活性，产生了拉曼光谱谱带．这两种方法都能提供分子振动的信息,起到相互补充的作用，采用这两种方法，可获得振动光谱的全貌．拉曼光谱是一种散射光谱。

在20世纪30年代，拉曼散射光谱曾是研究分子结构的主要手段.后来随着实验内容的深人，由于拉曼效应太弱，所以随着红外光谱的迅速发展，拉曼光谱的地位随之下降。

自1960年激光问世,并将这种新型光源引入拉曼光谱后，拉曼光谱出现了新的局面，已广泛应用于有机、无机、高分子、生物、环保等各个领域，成为重要的分析工具。

而且由于它的一些特点，如水和玻璃散射光谱极弱,因而在水溶液、气体、同位素、单晶等方面的应用具有突出的特长.近几年又发展了傅里叶变换拉曼光谱仪,使它在高分子结构研究中的作用与日俱增。

3．1基本概念3．1．1拉曼散射及拉曼位移拉曼光谱为散射光谱。

当一束频率为V0的人射光照射到气体、液体或透明晶体样品上时,绝大部分可以透过，大约有0．1％的入射光与样品分子之间发生非弹性碰撞,即在碰撞时有能量交换，这种光散射称为拉曼散射；反之,若发生弹性碰撞，即两者之间没有能量交换，这种光散射称为瑞利散射。

在拉曼散射中，若光子把一部分能量给样品分子，得到的散射光能量减少,在垂直方向测量到的散射光中,可以检测频率为（V0—△E/h)的线,称为斯托克斯(stokes）线，如图3—1所示，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。

激光拉曼光谱仪基本原理2讲解

激光拉曼光谱仪基本原理
激光拉曼光谱是一种激光光子与宝石分子发生非弹性碰撞后，改变了原有入射频率的一种分子联合散射光谱，通常将这种非弹性碰撞的散射光谱称之为拉曼光谱散射光谱，通常将这种非弹性碰撞的散射光谱称之为拉曼光谱。

激光光子和分子碰撞过程中，除了被分子吸收以外，还会发生散射。

由于碰撞方式不同，光子和分子之间存在多种散射形式：
1．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(Rayleigh)散射。

2．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(Raman)散射。

3．拉曼散射的两种跃迁能量差
当散射光的频率低于入射光的频率，分子能量损失，这种类型的散射线称为斯托克斯(Stokes)线；若散射光的频率高于入射光的频率，分子能量增加，将这类散射线称之为反斯托克斯线。

前者是分子吸收能量跃迁到较高能级，后者是分子放出能量跃迁到较低能级。

由于常温下分子通常都处在振动基态，所以拉曼散射中以斯托克斯线为主，反斯托克斯线的强度很低，一般很难观察到。

斯托克斯线和反斯托克斯线统称为拉曼光谱。

一般情况下，拉曼位移由宝石分子结构中的振动能级所决定，而与其辐射光源无关。

激光拉曼光谱


激发频率等于或接近电子吸收带频率时共振 拉曼强度增万至百万倍，高灵敏度，宜定量 共振，高选择性 可调染料激光器
4.2 表面增强拉曼光谱SERS
试样吸附在金属表面上，增103～106 表面与共振联用检测限10－9～1012 mol/L
仪器使用中的注意事项
1.保证使用环境：具备暗室条件；无强震动 源、无强电磁干扰；不可受阳光直射。 2.光学器件表面有灰尘，不允许接触擦拭， 可用气球小心吹掉。 3.实验结束，首先取出样品，关断电源。 4.注意激光器电源开、关机的顺序正好相反。
2. 方法原理
2.1 瑞利散射与拉曼散射 光线通过试样，透射仍为主体 波长远小于粒径，小部分散射
散射：仅改变方向，波长不变。 λ变 瑞利散射λ不变 拉曼散射
弹性碰撞无能量交换
垂直方向观测，原波长两侧还有散射光 非弹性碰撞，有能量交换，波长有变化
拉
增 大
减 小
曼 散 射
变 λ
λ
样 品 池
λ
散 射
变
2.2 拉曼频移（Raman shift）
Δν=| ν 0 – ν s |, 即散射光频率与激发光频之差。 Δv取决于分子振动能级的改变，所 以他是特征的。
与入射光波长无关 适用于分子结构分析
2.3 拉曼光谱与分子极化率的关系
分子在静电场E中，极化感应偶极距p p＝ αE
率
α为极化率
诱导偶极矩与外电场的强度之比为分子极化 分子中两原子距离最大时，α也最大 拉曼散射强度与极化率成正比例关系
透过光λ不变
λ
CCl4的拉曼光谱 Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
ν/cm-1

第七章 激光拉曼光谱技术(二)


第三节 受激拉曼散射
受激拉曼散射应用1——测量振动态寿命
第三节 受激拉曼散射
受激拉曼散射应用1——测量振动态寿命
第三节 受激拉曼散射
受激拉曼散射应用2——拉曼频移器
第三节 受激拉曼散射
二、受激拉曼增益(SRGS)
在受激拉曼散射中，入射的强激光可以在介质中 激发出多级受激拉曼谱线。如果在输入泵浦光的 同时，再输入一斯托克斯散射频率的光，该频率 的光将被放大。 三阶非线性极化产生的受激拉曼增益强度为
级联拉曼光纤激光器
第三节 受激拉曼散射
光纤拉曼放大器
Pump Source Output
PUMP SIGNAL WDM
Gain Flattening Filter
第三节 受激拉曼散射
1310 nm级联拉曼光纤放大
Signal light and pump light enter the device together through a wavelength selective coupler. The pump light at 1064 nm is shifted to 1117 nm and then in stages to 1240 nm. The 1240 nm light then pumps the 1310 band signal and amplification is obtained. A high level of Ge dopant is used (around 20%) to increase the SRS effect.
第二节 相干反斯托克斯拉曼散射光谱
PCARS(3) 是产生频率为 ω a 的电磁波的激发源，CARS场 在非线性介质中的传播方程
( 3) ∂ 2 PCARS 1 ∂2E ∇ 2 E = 2 2 + μ0 ∂t 2 c ∂t
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式中 Δ k=2kl-ks-ka为CARS场与频率为2ωl-ωs的驱动场 之间的相位失配。 1 1 − ε ( i )ωi2 2 2 2 2 ki = = μ 0ε 0ε ( i )ωi , c = ( μ 0ε 0 ) and n = (ε (i ) ) 2 c
第二节 相干反斯托克斯拉曼散射光谱
CARS场的强度
2 ⎡12π 2ω s ⎤ 2 ⎡ sin(Δkl 2) ⎤ ( 3) I a (l ) = ⎢ I l I s χ CARS l 2 ⎢ ⎥ Δkl 2 ⎥ c2 ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ 2 2
CARS光强与Il2Is成正比； CARS与三阶非线性极化率χCARS(3)的模平方成正 比，即与χCARS(3)的实部和虚部都有关系； 在非相位匹配情况下（ Δ k≠0)，定义相干长度 Lc=π/ Δ k，当相互作用超过一个相干长度时， CARS光强下降，在这种情况下使用长的介质是 徒劳的； 满足相位匹配条件（Δk=0），CARS光强与介质 长度成平方关系。
第三节 受激拉曼散射
受激拉曼散射中斯托克斯能级跃迁
ω0-ω1 ω0-2ω1 ω0 ω0-ω1 ω0-2ω1 ω0-3ω1
ν1 ν2 ν3
1 0
第三节 受激拉曼散射
受激反斯托克斯散射：
当发生ωl-ωs=ωa-ωl的拉曼共振时，泵浦光 与斯托克斯波在介质中混频，并诱导产生频 率为2ωl-ωs=ωa的反斯托克斯波的三阶非线 性极化强度P(3)(ωa)。 P(3)(ωa)是产生频率为 ωa的电磁波的激发源。
∂ I s = Gs I s ∂z
2
斯托克斯波光强Is增长方程
考虑损耗后，受激拉曼散射存在一阈值Gth
Gth = δ / L
第三节 受激拉曼散射
受激反斯托克斯波的行波方程为
与SRS一样，只有三阶非线性极化系数的虚 部才对反斯托克斯波的增益有贡献； 满足相位匹配关系(2kl-ks-ka=0),反斯托克斯 波就能在传播中增长。
第二节 相干反斯托克斯拉曼散射光谱
PCARS(3) 是产生频率为 ω a 的电磁波的激发源，CARS场 在非线性介质中的传播方程
( 3) ∂ 2 PCARS 1 ∂2E ∇ 2 E = 2 2 + μ0 ∂t 2 c ∂t
在介质中CARS场从z=0传播到z=l后
Ea (l ) = 3πωa 2 sin( Δkl 2) ( 3) El Es χ CARS l 2c Δkl 2
⎛ 24π 2ω s ⎞ ′′ I SRGS (l ) = I SRGS (0)⎜1 + χ SRGS I l l ⎟ 2 ⎜ ⎟ c ⎝ ⎠
与CARS信号相比，SRGS信号不要求相位匹配，因此 探测光束与泵浦光可以共线，也可以有任意夹角。
第三节 受激拉曼散射
受激拉曼增益光谱装置
第三节 受激拉曼散射
第二节 相干反斯托克斯拉曼散射光谱
如果入射激光束之间夹角满足相位匹配关系，则相干 叠加的过程使产生的ωa (ωa=2ωl-ωs=ωl+ωr)信号得到 增强并具有相干性，即得到相干的反斯托克斯拉曼散 射信号；当相干激发与斯托克斯光场混合也可以产生 频率更低的相干光束ω2s (ω2s=2ωs-ωl=ωs-ωr)，即相干 斯托克斯拉曼散射。
将上式带入三阶极化强度表达式
P ( 3) (r , t ) = χ (3 ) M E (r , t )E (r , t )E (r , t )
P(3)中出现 , t ) =
3 (3 ) χ (−ωa , ωl ,−ω s , ωl ) El2 Es cos[(2ωl − ω s )t − (2kl − k s ) z ] 4
第三节 受激拉曼散射
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 拉曼散射有明显的阈值特性。
苯溶液受激拉曼散射实验
前向受激拉曼散射同心圆
第三节 受激拉曼散射
拉曼散射是分子振动的声子对入射光散射的结果。 自发拉曼散射：声子是由热振动激发的，入射光与无规 相位分布的声子相互作用，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声子所散射， 散射光是相干光。 对于一级斯托克斯的受激散射情形，入射光子与介 质中声子相碰撞，产生一个斯托克斯光子和一个受 激声子。该受激声子又与入射光子碰撞，又增加一 个受激声子，如此重复，受激声子数量就迅速地增 长起来。由于受激声子是在相干光激发下形成的， 所以受激产生的散射光也是相干光。
CARS过程能级图
第二节 相干反斯托克斯拉曼散射光谱
CSRS散射光测量中容易受到荧光干扰，CSRS 散射方法有缺陷；而CARS散射避开了荧光干 扰，应用更广泛，具有如下特点： 好的方向性：相位匹配关系决定； 共振效应：利用了介质中的拉曼共振，提高信 号强度； 具有强的抗荧光干扰性 偏振特性：与入射激光偏振特性以及介质的对 称性有关。
第七章 激光拉曼光谱技术
主讲教师：许立新、王安廷
第二节 相干反斯托克斯拉曼散射光谱
自发拉曼散射光的强度很弱，给测量带来了许多困难。 实验研究发现，随着激光功率的提高，由强激光电场诱 导的二次以上的高阶极化现象越来越显著。 产生了一些新的拉曼散射现象：受激拉曼散射、受激拉 曼增益散射与逆拉曼散射、相干斯托克斯拉曼散射与反 斯托克斯拉曼散射、拉曼诱导克尔效应等。 这些新的拉曼散射现象的共同特点是信号强度大，比自 发拉曼散射光的强度提高109量级。 用相干拉曼散射进行光谱测量，发现了一些用自发拉曼 散射无法发现的光谱信息。
第二节 相干反斯托克斯拉曼散射光谱
二、相干反斯托克斯与斯托克斯拉曼散射
CARS和CSRS过程是一种三阶非线性光学效应，基 本原理是：频率为ωl的泵浦光束和频率为ωs的斯托 克斯光束在介质中重叠后，当满足ωr=ωl-ωs（ωr是 拉曼活性震动或转动跃迁频率）时，会相干激发介 质中的分子振动或转动,而这种振动或转动的相干 激发又与入射光场El(ωl)和Es(ωs) 再混合。
第二节 相干反斯托克斯拉曼散射光谱
3) 三个入射光子的频率可以是相等的，也可以不 等，混频过程便产生出众多的频率分量，它们分 别对应不同的非线性光学现象。与χ(3)相关的非线 性光学现象有：三次谐波：产生频率为人射波频 率三倍的谐波；四波混频：产生频率为两束光的 频率之和并与第三束光混频的谐波；拉曼散射； 光克尔效应：在拉曼介质内内激光诱导产生双折 射效应；布里渊散射：这是入射光对介质声振动 的散射；双光子吸收。
级联拉曼光纤激光器
第三节 受激拉曼散射
光纤拉曼放大器
Pump Source Output
PUMP SIGNAL WDM
Gain Flattening Filter
第三节 受激拉曼散射
1310 nm级联拉曼光纤放大
Signal light and pump light enter the device together through a wavelength selective coupler. The pump light at 1064 nm is shifted to 1117 nm and then in stages to 1240 nm. The 1240 nm light then pumps the 1310 band signal and amplification is obtained. A high level of Ge dopant is used (around 20%) to increase the SRS effect.
样品在强激光电场作用下，将产生高阶非线性现象， 这时的电极化强度可写为：
P(r , t ) = P0 (r , t ) + χ (1) ⋅ E (r , t ) + χ (2 ) : E (r , t )E (r , t ) + χ (3 ) M E (r , t )E (r , t )E (r , t ) + L
各种线性光学现象 自发拉曼散射
超拉曼散射 二次谐波 和频与差频
相干拉曼散射 三次谐波
χ(3)为三阶非线性极化率，由它产生三阶非线性极化强度P(3) P (3) (r , t ) = χ (3 ) M E (r , t )E (r , t )E (r , t )
第二节 相干反斯托克斯拉曼散射光谱
由三阶极化强度P(3)(r,t)可以推导出许多三阶非线性现 象．这些非线性现象有如下特点： 1) 三阶非线性现象在介质具有反演对称性时表现明显； 2) 参与三阶非线性光学过程是四光子过程。在参与作用 的四光子中，三个光子来自入射波，另一个光子为 新产生的，因此χ(3)是四个光子频率的函数；
三、实验装置与应用
强泵浦光束ωl固定，斯托克斯光束ωs 可调， 通过对差频扫描获得SARS拉曼光谱。
第二节 相干反斯托克斯拉曼散射光谱
气相样品CH4的高分辨率CARS光谱 CH4有9个振动模
第二节 相干反斯托克斯拉曼散射光谱
CARS测温——高温火焰（1730°C)
N2分子的Q支CARS光谱(a)实验谱，(b)计算谱
第三节 受激拉曼散射
受激拉曼散射应用1——测量振动态寿命
第三节 受激拉曼散射
受激拉曼散射应用1——测量振动态寿命
第三节 受激拉曼散射
受激拉曼散射应用2——拉曼频移器
第三节 受激拉曼散射
二、受激拉曼增益(SRGS)
在受激拉曼散射中，入射的强激光可以在介质中 激发出多级受激拉曼谱线。如果在输入泵浦光的 同时，再输入一斯托克斯散射频率的光，该频率 的光将被放大。 三阶非线性极化产生的受激拉曼增益强度为
第二节 相干反斯托克斯拉曼散射光谱
CARS相位匹配技术：
能量守恒 动量守恒 ks kl kl
ωa=ω1+ω1-ω2
ka=kl+kl-ks ka ka ks
相交光束相位匹配 （适用于液体、固体和高 压气体等色散介质）
kl kl 共线相位匹配 （适用于低压气体等无色 散介质）