光散射的基本概念与在凝聚态研究中的应用.ppt

光散射的基本概念与在凝聚态研究中的应用;一、引言 光散射包括原子的、分子的、晶体的以及一般固体的和凝聚态的，范围十分广泛。光散射是研究分子（固体）的振动或转动性质，固体元激发(声子，电子和磁子）以及它们之间相互作用的重要手段。通过对光散射光谱中的频移，强度、线形以及偏振状态的分析，可以得到元激发和结构的信息。; 拉曼光谱学的应用遍及物理学、化学、生物学、医学，矿物学，石油化工、环境科学、材料科学等领域。 拉曼光谱学涉及物理学科的光学、量子力学、固体物理、电磁学、群论和化学学科的分子结构、分子光谱等。 拉曼光谱仪器则是激光技术、光学精密机械、弱光和微电检测技术，电子技术及计算机技术的综合。 ;二、光散射的历史与发展;1928年； 拉曼（Raman）效应 瑞利散射和布里渊散射都是由密度涨落引起的。1923年斯麦卡尔（Smekal）计算了双量子能级的体系的光散射，预计到在入射光频率周围有散射引起的边带。 1928年印度物理学家拉曼（Raman）从实验上观察到了这个效应；单色的光照射到液体苯时，他发现在散射光中除了含与入射光相同频率的光外，还有更多与入射光频率发生位移（频移增加和减少）且强度极弱的谱线。前者就是已知的瑞利散射。后者是新发现的，是由分子振动所引起的散射。 后来就以发现者拉曼的名字命名的拉曼散射光，称为拉曼散射效应。为此，拉曼获得1930年度的诺贝尔物理学奖。从拉曼光谱的研究，可以得到有关分子振动或转动的信息。; 在三十年代到四十年代，主要是在化学（结构化学）领域，其次在物理学（光学，固体物理）领域中经历过十多年的活跃阶段，对分子光谱学的发展起了重要作用。拉曼和红外光谱方法，同属研究（分子的）振动和转动光谱，但产生光谱的原理和实验技术不同。红外光谱是吸收光谱，需要红外光源；而拉曼光谱是散射光谱，只需可见光源。它们各自具有不同的选律，是两种互相补充的光谱方法。 1945－1959年； 拉曼散射实验研究停顿状态。 原因：缺乏灵敏度高的探测器和高功率单色性好的光源。由于散射光很弱；能得到斯托克斯散射线有限，反斯托克斯线则更少。;光散射的复兴：始于1961 年；He-Ne激光器的 诞生。 激光技术的出现；激光的亮度高，单色性、相干性和准直性，外加偏振性，为光散射提供了优异的光源。 2、 光栅单色仪、若光探测器（PMT，CCD）等实验设备和计 算机技术的精进。 3、 60年代初，半导体物理，固体物理的发展，元激发理论的兴起，为拉曼和布里渊散射研究既提供了理论背景，也提供了探索的对象。 4、 群论方法提供了处理问题的工具。量子化学，结构化学和有机化学不仅为光散射在分子光谱学方面的发展创造了条件，而且使之在化学与生物学上发挥日益重要的作用。 总之，光散射研究仍象雨后春笋般的发展、方兴未艾，前途尚不可限量。它将深入到物质结构的各个领域，引起一系列的革新和突破。;三、能量单位和吸收光谱; 在一个完整电磁波中相同位相两点间的距离称该波的波长，一般用?表示，波长的长度单位可以用 埃（angstrom，?）, 纳米（nanometer, nm）, 微米（millimicron, ?m）和 厘米（centermiter, cm）。这些长度单位之间的换算关系为； ? 1?＝10－8 cm = 10-1 nm = 10-1 m? ( 2 ) 每秒钟经过一个整波长的数目称为频率，用 ? 来表示， （ 3 ） 此式中的 c 是光速（3 x 10 10 厘米/秒）。 如果 波长? 是以厘米为单位的的话，那频率的单位就是(厘米/秒)(厘米) = 1/秒， 秒的倒数单位也称为“赫兹”（Hz）。 再给出另一个参数，在振动光谱学中所常用的被称为“波数”的量。其定义为； （ 4 ） ; ? 和 之间的差别是很明显的。它有（1/秒）(厘米/秒) =1/厘米 的量纲，将（3）式代入（4）式，我们就有；