下载文档原格式
激光拉曼光谱实验拉曼散射是印度科学家Raman 在1928年发现的，拉曼光谱因之得名。
光和媒质分子相互作用时引起每个分子作受迫振动从而产生散射光，散射光的频率一般和入射光的频率相同，这种散射叫做瑞利散射，由英国科学家瑞利于1899年进行了研究。
但当拉曼在他的实验室里用一个大透镜将太阳光聚焦到一瓶苯的溶液中，经过滤光的阳光呈蓝色，但是当光束进入溶液之后，除了入射的蓝光之外，拉曼还观察到了很微弱的绿光。
拉曼认为这是光与分子相互作用而产生的一种新频率的光谱带。
因这一重大发现，拉曼于1930年获诺贝尔奖。
激光拉曼光谱是激光光谱学中的一个重要分支，应用十分广泛。
如在化学方面应用于有机和无机分析化学、生物化学、石油化工、高分子化学、催化和环境科学、分子鉴定、分子结构等研究；在物理学方面应用于发展新型激光器、产生超短脉冲、分子瞬态寿命研究等，此外在相干时间、固体能谱方面也有广泛的应用。
实验目的：1、掌握拉曼光谱仪的原理和使用方法；2、测四氯化碳的拉曼光谱，计算拉曼频移。
实验重点：拉曼现象的产生原理及拉曼频移的计算实验难点：光路的调节实验原理：[仪器结构及原理]1、仪器的结构LRS-II 激光拉曼/荧光光谱仪的总体结构如图12-4-1所示。
2、单色仪单色仪的光学结构如图12-4-2所示。
S 1为入射狭缝，M 1为准直镜，G 为平面衍射光栅，衍射光束经成像物镜M 2汇聚，经平面镜M 3反射直接照射到出射狭缝S 2上，在S 2外侧有一光电倍增管PMT ，当光谱仪的光栅转动时，光谱信号通过光电倍增管转换成相应的电脉冲，并由光子计数器放大、计数，进入计算机处理，在显示器的荧光屏上得到光谱的分布曲线。
3、激光器本实验采用50mW 半导体激光器，该激光器输出的激光为偏振光。
其操作步骤参照半导体激光器说明书。
4、外光路系统外光路系统主要由激发光源（半导体激光器）、五维可调样品支架S 、偏振组件P 1和P 2以及聚光透镜C 1和C 2等组成（见图12-4-3）。
一、实习背景激光拉曼光谱技术是一种基于拉曼散射现象的非破坏性化学分析技术，广泛应用于化学、物理、生物、材料科学等领域。
为了深入了解这一先进的光谱技术，我参加了为期两周的激光拉曼光谱实习。
二、实习目的1. 了解激光拉曼光谱的基本原理和实验操作流程。
2. 掌握激光拉曼光谱仪器的使用方法和维护保养。
3. 通过实际操作，提高对拉曼光谱数据的分析和解读能力。
4. 了解激光拉曼光谱在各个领域的应用。
三、实习内容1. 激光拉曼光谱原理及仪器介绍实习的第一天，我们学习了激光拉曼光谱的基本原理。
拉曼散射是指光在经过物质后发生散射，被散射后的光子与原来的光子的频率差即为拉曼频移。
激光拉曼光谱利用一束单色激光激发样品，通过测量激发光与散射光的频率差异，获得样品的振动光谱信息。
实习期间，我们了解了不同型号的激光拉曼光谱仪，包括操作界面、功能模块、仪器维护等方面的知识。
2. 激光拉曼光谱实验操作在实习的第二周，我们进行了实际操作，学习如何使用激光拉曼光谱仪进行样品分析。
（1）样品制备：根据实验要求，我们制备了不同形态的样品，如固体、液体和气体等。
对于固体样品，我们采用了压片法、切片法等方法进行制备；对于液体样品，我们使用毛细管法；对于气体样品，我们采用气体池法。
（2）样品测量：将制备好的样品放置在样品台上，调整激光功率、光斑大小、测量时间等参数，进行拉曼光谱测量。
（3）数据采集与处理：通过光谱仪软件对采集到的拉曼光谱数据进行处理，包括光谱平滑、背景扣除、峰位校正等。
3. 激光拉曼光谱数据分析在实习的最后阶段，我们学习了如何分析拉曼光谱数据。
通过对已知物质的拉曼光谱特征峰进行比对，我们可以确定样品的化学成分和结构信息。
此外，我们还学习了如何根据拉曼光谱数据计算样品的分子振动频率、力常数等物理参数。
四、实习总结通过两周的激光拉曼光谱实习，我收获颇丰。
以下是我对本次实习的总结：1. 激光拉曼光谱技术具有非破坏性、高灵敏度、高分辨率等优点，在各个领域都有广泛的应用。
激光拉曼实验报告激光拉曼实验报告引言：激光拉曼光谱是一种非常强大的光谱分析技术，可以提供有关物质的结构、组成和化学环境的详细信息。
本文将介绍我们进行的一项激光拉曼实验，以及实验过程中的观察和结果。
实验目的：本次实验的目的是利用激光拉曼光谱仪对不同样品进行分析，了解其分子结构和化学组成。
我们选择了几种常见的物质作为实验样品，包括水、酒精和苯。
实验装置：我们使用的激光拉曼光谱仪由激光器、样品台、光谱仪和数据处理系统组成。
激光器产生高能量的激光光束，样品台用于放置样品，光谱仪用于收集和分析样品散射的光信号，数据处理系统用于处理和解读光谱数据。
实验步骤：1. 准备样品：我们使用纯净水、纯度99%的酒精和苯作为实验样品。
将样品放置在透明的玻璃盒中，以确保激光光束能够透过样品进行散射。
2. 调整仪器：根据不同样品的特性，调整激光器的功率和波长，以及光谱仪的参数，以获得最佳的信号强度和分辨率。
3. 开始测量：将样品放置在样品台上，打开激光器，使激光光束照射到样品上。
光谱仪会收集样品散射的光信号，并将其转化为光谱图。
4. 数据处理：将光谱图导入数据处理系统，进行峰识别和峰拟合，以确定样品中的分子振动模式和化学键信息。
5. 结果分析：根据光谱图和数据处理结果，分析样品的分子结构和化学组成。
实验观察：在实验过程中，我们观察到了不同样品的光谱图有明显的差异。
水的光谱图显示出了特征性的水分子振动峰，酒精的光谱图显示出了酒精分子的振动模式，而苯的光谱图则显示出了苯分子的芳香振动峰。
结果分析：通过对光谱图和数据处理结果的分析，我们可以确定样品中的分子结构和化学组成。
例如，在水的光谱图中，我们观察到了OH键的振动峰，确认了水分子的存在。
在酒精的光谱图中，我们观察到了C-O键的振动峰，证实了酒精分子的存在。
在苯的光谱图中，我们观察到了芳香环的振动峰，确认了苯分子的存在。
实验总结：激光拉曼实验是一种非常有用的光谱分析技术，可以提供有关物质的结构和组成的详细信息。
激光拉曼及荧光光谱实验一、实验目的1、 了解激光拉曼的基本原理和基本知识以及用激光拉曼的方法鉴别物质成分和分子结构的原理；2、 掌握LRS – II 激光拉曼/荧光光谱仪的系统结构和操作方法；3、 研究四氯化碳CCL4、苯C 6H 6等物质典型的振动—转动光谱谱线特征。
二、实验原理2.1 基本原理分子有振动。
原子分双子的振动按经典力学的观点可以看成是简谐振子，其能量为A 是振幅，k 是力常数。
按照量子力学，简谐振子的能量是量子化的，t=0，1，2，3，···，是振动量子数，f 是振子的固有振动频率。
如果在同一电子态中，有振动能级的跃迁，那么产生的光子能量hf t t E E h )('12-=-=ν 波数为CO 在红外部分有4.67微米、2.35微米、1.58微米等光谱带，其倒数之比近似为1：2：3。
当Δt =1时，测得的ν~反映了分子键的强弱。
分子有转动。
双原子分子的转动轴是通过质心而垂直于联接二原子核的直线的。
按照经典力学，转动的动能是式中P 是角动量，Ｉ是转动惯量， 222211r m r m I += 可以证明IP I E 22122==ω222121r r m m m m I μ=+=222212121kA kx mv E =+=2121m m m m m +=hft E )21(+=mk f π21=,3,2,)(1~12ωωωωλν=∆=-'=-==t cft t hc E E上式中ｒ１，ｒ２和ｒ分别代表两原子到转轴的距离及两原子之间的距离，μ称为约化质量。
按照量子力学，角动量应等于代入上式得此式可以从量子力学直接推得，Ｊ称为转动量子数。
当Ｊ＝０，１，２，３，···等值时，相应的Ｊ（Ｊ＋１）＝０，２，６，１２，···，所以能级的间隔是I h 22π的２，４，６，８，···倍。
近代物理实验报告激光拉曼实验学院班级姓名学号时间2014年5月24日激光拉曼实验实验报告【目的要求】1.学习和了解拉曼散射的根本原理；2.学习使用激光拉曼光谱仪测量CCL4的谱线；【仪器用具】LRS-3型激光拉曼光谱仪、CCL4、计算机、打印机【原理】1.拉曼散射当平行光投射于气体、液体或透明晶体的样品上，大局部按原来的方向透射而过，小局部按照不同的角度散射开来，这种现象称为光的散射。
散射是光子与物质分子相互碰撞的结果。
由于碰撞方式不同，光子和分子之间会有多种散射形式。
⑴ 弹性碰撞弹性碰撞是光子和分子之间没有能量交换，只是改变了光子的运动方向，使得散射光的频率与入射光的频率根本一样，频率变化小于3×105HZ ，在光谱上称为瑞利散射。
瑞利散射在光谱上给出了一条与入射光的频率一样的很强的散射谱线，就是瑞利线。
⑵ 非弹性碰撞光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，这不仅使光子改变了其运动方向，也改变了其能量，使散射光频率与入射光频率不同，这种散射在光谱上称为拉曼散射，强度很弱，大约只有入射线的10-6。
由于散射线的强度很低，所以为了排除入射光的干扰，拉曼散射一般在入射线的垂直方向检测。
散射谱线的排列方式是围绕瑞利线而对称的。
在拉曼散射中散射光频率小于入射光频率的散射线被称为斯托克斯线；而散射光频率大于入射光频率的散射线被称为反斯托克斯线。
斯托克斯线和反斯托克斯线是如何形成的呢？在非弹性碰撞过程中，光子与分子有能量交换, 光子转移一局部能量给分子, 或者从分子中吸收一局部能量，从而使它的频率改变，它取自或给予散射分子的能量只能是分子两定态之间的差值21E E E -=∆。
在光子与分子发生非弹性碰撞过程中，光子把一局部能量交给分子时，光子则以较小的频率散射出去，称为频率较低的光(即斯托克斯线)，散射分子承受的能量转变成为分子的振动或转动能量，从而处于激发态 E 1，这时的光子的频率为ννν∆-=0'〔入射光的频率为0ν〕；当分子已经处于振动或转动的激发态 E 1 时,光量子则从散射分子中取得了能量E ∆ (振动或转动能量),以较大的频率散射，称为频率较高的光(即反斯托克斯线) ,这时的光量子的频率为ννν∆+=0'。
拉曼光谱实验报告篇一：拉曼光谱实验报告拉曼光谱实验[实验目的]1、了解Raman光谱的原理和特点；2、掌握Raman光谱的定性和定量分析方法；3、了解Raman 光谱的谱带指认。
4、了解显微成像Raman光谱。
[仪器和装置] 1、显微Raman光谱系统一套，拉曼光谱仪的型号为SPL-RAMAN-785 USBXX+的拉曼光谱仪，自带785nm激光；2、带二维步进电机平移台一台（有控制器一台）；3、PT纳米线样品；4、光谱仪软件SpectraSuite；5、步进电机驱动软件；6、摄像头（已与显微镜集成在一起）。
[实验内容]1、使用显微Raman系统及海洋光谱软件对单根或多根纳米线进行显微Raman光谱测量，对测量的图和标准图进行比较，并通过文献阅读对PT纳米线Raman（测量和标准）的谱峰进行指认。
2、使用显微拉曼扫描系统进行二维样品表面拉曼信号收集，并生成样品表面特定波长处的拉曼信号强度三维图，模拟样品表面拉曼表征。
选择多个拉曼波长对样品形状进行观察。
[实验结果及分析]观察PbTiO3的拉曼散射谱并比对具体的拉曼散射光谱数据进行分析，可以找到以上10个拉曼散射峰，分别位于784.54nm，794.94 nm，798.60 nm，802.90 nm，806.84 nm，811.91 nm，817.10 nm，825.29 nm，832.44 nm，879.69nm附近，对应的Raman Shift分别是-7.46 cm-1159.28 cm-1216.94 cm-1284.00 cm-1 344.82 cm-1422.21 cm-1 500.44 cm-1 621.90 cm-1 725.97 cm-11371.21 cm-1。
（通过Raman Shift=1/λ入射-1/λ散射计算得到）PT纳米线Raman测量的谱峰指认：分析可知，-7.46 cm-1159.28 cm-1216.94 cm-1284.00cm-1 344.82 cm-1422.21 cm-1 500.44 cm-1 621.90 cm-1 725.97 cm-1附近的9个振动模，分别对应于PbTiO3的A1（1TO），E（1LO），E（2TO），B1+E，A1（2TO），E（2LO）+A1（2LO），E（3TO）A1（3TO），A1（3LO）声子模。
激光拉曼光谱实验报告激光拉曼光谱实验报告引言：激光拉曼光谱是一种非常重要的光谱分析技术，它可以通过激光与样品相互作用而产生的拉曼散射光，来获取样品的结构信息和分子振动信息。
本实验旨在探究激光拉曼光谱的原理与应用，并通过实验验证其在化学分析中的可行性和准确性。
实验原理：激光拉曼光谱是基于拉曼散射效应的，当激光与样品相互作用时，光子与样品中的分子发生相互作用，部分光子的能量被转移给分子，导致分子的振动和转动状态发生变化。
当光子重新散射出来时，其能量与入射光子相比发生了变化，这种能量差就是拉曼散射光的频率差，也称为拉曼位移。
通过测量拉曼散射光的频率差，可以获得样品的结构信息和分子振动信息。
实验步骤：1. 准备样品：选择一种具有明确结构和振动特征的样品，如苯乙烯。
将样品制备成适当浓度的溶液。
2. 调整仪器：打开激光拉曼光谱仪，调整激光器的功率和波长，确保光束的稳定性和一致性。
3. 校准仪器：使用标准样品进行校准，以确保光谱仪的准确性和可靠性。
4. 测量样品：将样品溶液放置在光谱仪的样品室中，调整光谱仪的参数，如激光功率、积分时间等，开始测量样品的拉曼光谱。
5. 数据分析：将测得的拉曼光谱数据进行处理和分析，通过比对标准谱图和已知结构的样品，确定拉曼峰的对应关系和分子结构。
实验结果与讨论：通过实验测量得到的苯乙烯的拉曼光谱如下图所示。
在光谱中可以观察到多个峰，每个峰对应着分子的不同振动模式。
通过与已知标准谱图的对比，可以确定这些峰的对应关系，从而推断出样品中分子的结构和组成。
在苯乙烯的拉曼光谱中，我们可以观察到几个显著的峰，如1450 cm^-1处的峰对应着苯环的C=C键伸缩振动，800 cm^-1处的峰对应着苯环的C-H键伸缩振动。
这些峰的位置和强度可以提供关于分子结构和键的信息，如键长、键强度等。
激光拉曼光谱在化学分析中有着广泛的应用。
通过测量样品的拉曼光谱，可以快速、无损地获取样品的结构信息和化学成分。
拉曼光谱实验报告引言光谱是研究物质结构和性质的重要手段之一，而拉曼光谱则是近年来备受关注的一种非常有用的光谱技术。
拉曼光谱通过测量物质在激发光照射下所散射光的频率差，揭示了物质分子的振动和转动信息。
本实验旨在通过测量不同物质的拉曼光谱，探讨拉曼光谱在化学分析中的应用。
实验方法本实验使用的拉曼光谱仪配备了一台激光器和一个光电倍增管。
首先，将待测样品放置在样品台上，并将激光对准样品表面。
开启光谱仪后，记录激光的波长和功率，并调整样品的位置和角度，以获得清晰的拉曼光谱信号。
实验过程中，要确保样品不受污染和损坏，并且保持仪器的灵敏度和稳定性。
实验结果与讨论1. 水的拉曼光谱我们首先对水这一常见物质进行了实验。
结果显示，水的拉曼光谱包含了丰富的信息，其中包括了水分子的伸缩振动和转动振动等。
根据实验结果，我们能够准确测量水的拉曼频移以及相应的光谱峰位，并据此进一步推测水的分子结构和键长等物理参数。
此外，由于水是一种极具活性的化学物质，我们还可以通过比较不同水样品的拉曼光谱差异，来确定水中的杂质和污染物含量。
2. 有机物的拉曼光谱在本实验中，我们还研究了一些有机物的拉曼光谱，并对比了不同有机物的光谱特征。
结果表明，不同有机物的拉曼光谱存在差异，这可以用于鉴别和定量分析不同的有机化合物。
通过观察拉曼光谱中的峰位、强度和形状等特征，我们能够确定物质的化学组成和结构。
由于有机物在拉曼光谱中具有独特的指纹区域，因此拉曼光谱被广泛应用于药物分析、环境监测和食品安全等领域。
3. 表面增强拉曼光谱除了传统的拉曼光谱，我们还研究了表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman Spectroscopy, SERS）。
该技术基于纳米金属表面所产生的增强效应，能够大幅提高样品的拉曼散射信号，从而增强检测灵敏度。
我们在实验中采用了金纳米颗粒作为增强剂，并测量了不同浓度的染料溶液的拉曼光谱。
结果显示，SERS技术不仅可以有效检测低浓度的物质，还能够应用于微量分析和生物传感等领域。
拉曼光谱实验报告拉曼光谱实验报告拉曼光谱（Raman spectra），是一种散射光谱。
拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。
由分子振动、固体中光学声子等激发与激光相互作用产生的非弹性散射称为拉曼散射。
1928年拉曼光谱C.V.拉曼实验发现，当光穿过透明介质被分子散射的光发生频率变化，这一现象称为拉曼散射，同年稍后在苏联和法国也被观察到。
在透明介质的散射光谱中，频率与入射光频率υ0相同的成分称为瑞利散射；频率对称分布在υ0两侧的谱线或谱带υ0±υ1即为拉曼光谱，其中频率较小的成分υ0－υ1又称为斯托克斯线，频率较大的成分υ0+υ1又称为反斯托克斯线。
靠近瑞利散射线两侧的谱线称为小拉曼光谱；远离瑞利线的两侧出现的谱线称为大拉曼光谱。
瑞利散射线的强度只有入射光强度的10-3，拉曼光谱强度大约只有瑞利线的10-3。
小拉曼光谱与分子的转动能级有关，大拉曼光谱与分子振动-转动能级有关。
拉曼光谱的理论解释是，入射光子与分子发生非弹性散射，分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0－υ1的光子（即吸收的能量大于释放的能量），同时分子从低能态跃迁到高能态（斯托克斯线）；分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0+υ1的光子（即释放的能量大于吸收的能量），同时分子从高能态跃迁到低能态（反斯托克斯线)。
分子能级的跃迁仅涉及转动能级，发射的是小拉曼光谱；涉及到振动-转动能级，发射的是大拉曼光谱。
与分子红外光谱不同，极性分子和非极性分子都能产生拉曼光谱。
激光器的问世，提供了优质高强度单色光，有力推动了拉曼散射的研究及其应用。
拉曼光谱的应用范围遍及化学、物理学、生物学和医学等各个领域，对于纯定性分析、高度定量分析和测定分子结构都有很大价值。
拉曼实验报告一、实验目的了解拉曼测试的原理，掌握一些相关的拉曼信息。
能看懂拉曼的基本信息图，会解一些基本的拉曼图。
二、实验原理当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会暗原来的发现透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。
在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。
由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。
因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。
目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究1、激光拉曼光谱的原理光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射。
弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分。
非弹性散射的散射光有比激发光波长长和短的成分，通称为拉曼效应。
当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向投射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。
在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一些列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。
由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能及有关，因此，与红外吸收光谱类似。
对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。
目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征。
2、拉曼光谱原理（1）光的散射入射光通过样品后，除了被吸收的光之外，大部分沿入射方向穿过样品，一小部分光则改变方向，发生散射。
一部分散射光的波长与入射光波长相同，这种散射称为瑞利散射。
（2）拉曼散射的产生机械力学的解释光由光子组成，这是光的微粒性。
光子与样品分子间的相互作用，可以用光子与样品分子之间的碰撞来解释。
光照射样品时，光子和样品分子之间发生碰撞。
激光拉曼光谱实验报告学号：201011141054 姓名：牟蓉实验日期：2013.3.28 指导老师：杨国建摘要：本实验研究了用半导体激光器泵浦的3Nd +：4YVO 晶体并倍频后得到的532nm 激光作为激发光源照射液体样品的4CCL 分子而得到的拉曼光谱，确定了各个峰的退偏度，0.929752、0.629412、0.873846、0.741176、0.884774、0.757774关键词:拉曼散射、分子振动、退偏一、引言1928年，印度物理学家拉曼（C.V.Raman ）和克利希南（K.S.Krisman ）实验发现，当光穿过液体苯时被分子散射的光发生频率变化，这种现象称为拉曼散射。
几乎与此同时，苏联物理学家兰斯别而格（ndsberg ）和曼杰尔斯达姆（L.Mandelstamm ）也在晶体石英样品中发现了类似现象。
在散射光谱中，频率与入射光频率0υ相同的成分称为瑞利散射，频率对称分布在0υ两侧的谱线或谱带01υυ±即为拉曼光谱，其中频率较小的成分01υυ-又称为斯托克斯线，频率较大的成分01υυ+又称为反斯托克斯线。
这种新的散射谱线与散射体中分子的震动和转动，或晶格的振动等有关。
拉曼效应是单色光与分子或晶体物质作用时产生的一种非弹性散射现象。
拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。
因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。
目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征。
20世纪60年代激光的问世促进了拉曼光谱学的发展。
由于激光极高的单色亮度，它很快被用到拉曼光谱中作为激发光源。
而且基于新激光技术在拉曼光谱学中的使用，发展了共振拉曼、受激拉曼散射和番斯托克斯拉曼散射等新的实验技术和手段。
拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术,其信号来源于分子的振动和转动。
它提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。
拉曼光谱的分析方向有定性分析、结构分析和定量分析。
本实验将用半导体激光器泵浦的3Nd +：4YVO 晶体并倍频后得到的532nm 激光作为激发光源研究液体样品的4CCL 分子的拉曼光谱。
二、实验原理1.分子的振动由N 个原子组成的分子具有3N 个自由度。
由于分子质心有3个平移自由度，非线性分子有3个转动自由度，因此其余3N-6个自由度是描述分子中的原子振动的。
分子内原子的振动很复杂，但是总可以根据运动的分解和叠加原理吧分子的振动分解为3N-6种独立的振动，称为“简正振动”。
可以用“简正坐标”描述简正振动，3N-6中简正振动的简正坐标为1236(,,...,,...)i N q q q q -。
每个简正坐标都以它对应的简正频率振动着，()1cos ,1,2,...,36i i i q Q t i N ωϕ=+=- （1）四氯化碳的分子式为4CCL ，平衡时它的分子式一正四面体结构，碳原子处于正四面体的中央。
四个氯原子处于四个不相邻的顶角上，如图1所示，中间的A 原子即为碳原子。
它共有九个振动自由度，一个任意的振动可以分解成九种简正振动。
（1）四个CL 原子沿各自与C 的连线同时向内或向外运动（呼吸式），振动频率相当于波数V=458/cm （为了叙述方便，记为振动模式1）。
（2）四个Cl 原子沿垂直于各自与C 原子连线的方向运动并且保持重心不变，又分两种，在一种中，两个CL 在它们与C 形成的平面内运动；在另一种中，两个CL 垂直于上述平面而运动，由于两种情形中力常数相同，振动频率是简并的，相当于波数V=218/cm （记为振动模式2）。
（3）C 原子平行于正方体的一边运动，四个CL 原子同时平行于改变反向运动，分子重心保持不变，频率相当于波数V=776/cm ，为三重简并（记为振动模式3）。
（4）两个CL 沿立方体一面的对角线作伸缩运动，另两个在对面做位相向反的运动，频率相当于波数V=314/cm ，也是三重简并（记为振动模式4）。
2.拉曼散射的经典模型对于振幅矢量为0E ,角频率为0ω的入射光，分子受到该入射光电场作用时，将感应产图 1 四氯化碳分子结构生电偶极矩P ，一级近似下，。
A 是一个二阶张量（两个箭头表示张量），称为极化率张量，是简正坐标的函数。
对于不同频率的简正坐标，分子的极化率将发生不同的变化，光的拉曼散射就是由于分子的极化率的变化引起的。
根据泰勒定理将A 在平衡位置展开，可得（2）由（2）可以发现，表明将产生与入射光频率0ω相同的散射光，称之为瑞利散射光。
()0cos k k t ωωϕ±±⎡⎤⎣⎦表明，散射光中还存在频率与入射光不同，大小为0k ωω±的光辐射，即拉曼散射光。
且拉曼散射光一共可以有对称的3N-6种频率，但产生与否取决于极化率张量各分量对简正坐标的偏微商是否全为零。
3.半经典理论解释拉曼散射频率为0ω的单色光，可以看做是具有能量0ω的光子，而光的散射是由于入射光子和散射物分子发生碰撞后，改变传播方向而形成的。
图2是光散射机制半经典解释的一个形象表述，图中i j E E 表示分子的两个振动能级，虚线表示的不是分子可能的状态，只是用以表示入射光子和散射光子的能量。
碰撞如果是弹性的，如图（2a ）则二者不交换能量，光子只改变运动方向而频率和能量都没有改变，这就是瑞利散射。
而发生非弹性碰撞时，如图（2b ），光子和物质分子交换能量，可以看成是入射光子的湮灭和另一个不同能量散射光子的产生，与此同时，分子能量状图（2a ）图（2b ）E jE i态发生了跃迁，导致拉曼散射光产生。
当初态能级i E 低于末态能级j E 时产生斯托克斯拉曼散射，出射光子频率为0ij ωω-；而初态能级j E 高于末态能级i E 时产生反斯托克斯拉曼散射，出射光子频率为0ij ωω+。
根据统计分布规律，较高能级上的分子数低于低能级上的分子数，所以拉曼散射中，反斯托克斯线比斯托克斯线强度要小。
4.拉曼散射的退偏度实验所测样品中，尤其是在液态与气态的介质中，分子的取向是无规则分布的。
一般情况下，如入射光为平面偏振光，散射光的偏振方向可能与入射光不同，而且还可能变为非完全偏振的。
这一现象称为散射光的“退偏”。
散射光的退偏往往与分子结构和振动的对称性有关。
拉曼散射光的偏振性完全取决于极化率张量。
非对称振动的分子，极化率张量是一个椭球，会随着分子一起翻滚，振荡的诱导偶极矩也将不断地改变方向。
为了定量描述散射光相对入射光偏振态的改变，引入退偏度的概念。
退偏度ρ即为偏振方向垂直和平行于入射光偏振方向的散射光强之比。
由理论分析可得，1号振动模式（振动频率相当于波数V=458/cm ）的退偏度为0，其余三种振动模式的退偏度均为0.75。
三、实验内容及方法1.实验装置图3 实验装置示意图M 1—平面反射镜 M 2——凹面反射镜 P 1 P 2——偏振片P 3—半波片 L 1——聚光透镜 L 2——成像透镜组实验中使用半导体激光器泵浦的3Nd +：4YVO 晶体并倍频后得到的波长为532nm 激光。
CCL分子，装在样品池中。
光经透镜聚焦在样品池中心，成像透镜组对光进行样品是液态4收集。
然后单色仪收集散射光，再使用光电倍增管和光子计数器吃力拉曼散射信号。
2.实验内容（1）调节光路，让足够多的散射光入射到单色仪中。
（2）确定拉曼谱线的退偏度。
实验中使用调节偏振片P1对光源进行起偏，使入射光成为平面偏振光，通过转动半波片P3改变偏振方向，这样可以实现对入射光和散射平面所成角度的控制。
对于出射光，可以通过调节偏振片P2控制出射光与散射平面所成的角度，这样便可以对退偏度进行测量。
四、数据处理及分析CCL分子的拉曼散射光谱并分辨出各种振动模式。
1.测量4下图即为实验中测量出的拉曼散射光谱。
CCL分子的拉曼散射光谱图4 液态4由图中可以看出一共有9个峰值，强度最大的峰值对应的散射光即为瑞利散射。
除瑞利散射，剩下的8个峰值正好对应理论分析中的8种振动。
同时还有一种震动无法在途中显现。
由图中也可以明显地看出，瑞利散射左侧的反斯托克斯线的峰值高度要低于右侧的斯托CCL 克斯线。
从图中读出各个峰值，计算各个散射线与瑞利散射的频移，便可以判断出液态4分子的各种振动模式表1 峰值强度表波长(nm）强度519.7 19929.6523.5 25542.7526.1 33767.5538.6 65658.6541.3 68243.7545.5 93343.4554.7 17184.5555.5 17233.72.确定各拉曼谱线的退偏度在实验过程中，仪器出现较大问题导致接下来的实验无法完成，以下采用的图像和数据是第一次实验时所测得的不标准的图像和数据，因此接下来我们只讨论比较符合的数据忽略误差较大的数据。
图5 退偏度图像由图像可以看出545nm 左右有多出一个峰，存在较大错误，以下数据为排除这个峰的数据。
表2 峰波长和退偏度计算表所测退偏度都较标准值大的原因主要应该是这样的：出射光出的偏振片角度调节存在不可避免的人为误差和仪器本身的误差，导致出射光和入射光所成的夹角不能做到准确的垂直。
而起偏器的方向影响不是很大，因为就算起偏器不会与散射平面准确地垂直或平行，但是它所在的平面永远与散射平面垂直。
所以只要保证出射光的偏振方向准确，退偏度也不会有很大的误差。
所以是出射光出偏振片的方向不是严格真确导致退偏度计算公式分子上的数值偏大，因而退偏度偏大。
当然，背景的影响会使得强度的读取有偏差。
五、误差分析及错误总结1.实验过程中仪器较精密，在进行光路调节时，将凹面反射镜取下，光路调好后无法将其安回，导致退偏度实验无法进行。
这次实验使我深刻的意识到仪器的重要性，在调节实验仪器时应尽量注意仪器的可拆卸性，有些部件在实验过程中并不宜拆卸。
而这次实验的失败则是实验时对仪器的不经心造成的，在今后的实验中要加强对仪器的认识，认真爱护实验器材。
2.拉曼光谱中的背景对谱线强度的读取有影响，会造成误差。
而且背景的剔除是人为读取的，带有主观倾向，存在较大误差。
3.实验各仪器本身存在误差。
六、实验结论本实验测量了用半导体激光器泵浦的3Nd ：4YVO 晶体并倍频后得到的532nm 激光作为激发光源照射液体样品的4CCL 分子而得到的拉曼光谱又利用偏振片及半波片获得与入射光偏振方向垂直及平行的出射光，确定了峰的退偏度，0.929752、0.629412、0.873846、0.741176、0.884774、0.757774。
七、参考文献《近代物理实验》主编：熊俊北京师范大学出版社。
