喇曼效應(yīng)的機制和熒光現(xiàn)象不同,并不吸收激發(fā)光,因此不能用實際的上能級來解釋,玻恩和黃昆用虛的上能級概念說明了喇曼效應(yīng)。
Er^ijh, CdgZq\ 設(shè)散射物分子原來處于基電子態(tài),振動能級如圖所示。當(dāng)受到入射光照射時,激發(fā)光與此分子的作用引起的極化可以看作為虛的吸收,表述為電子躍遷到虛態(tài)(Virtual state),虛能級上的電子立即躍遷到下能級而發(fā)光,即為散射光。設(shè)仍回到初始的電子態(tài),則有如圖所示的三種情況。因而散射光中既有與入射光頻率相同的譜線,也有與入射光頻率不同的譜線,前者稱為瑞利線,后者稱為喇曼線。在喇曼線中,又把頻率小于入射光頻率的譜線稱為斯托克斯線,而把頻率大于入射光頻率的譜線稱為反斯托克斯線。
9%WUh-|'p ."Wdpf`~ 瑞利線與喇曼線的波數(shù)差稱為喇曼位移,因此喇曼位移是分子振動能級的直接量度。下圖給出的是一個 喇曼
光譜的示意圖 。
u"XqWLTV =k6zUw;5 U (from Larry G. Anderson, University of Colorado at Denver, US)
e^Q$Tog< CwZ+Pn0 請注意:1). 在示意圖中斯托克斯線和反斯托克斯線對稱地分布于瑞利線的兩側(cè),這是由于在上述兩種情況下分別相應(yīng)于得到或失去了一個振動量子的能量。2). 反斯托克斯線的強度遠(yuǎn)小于斯托克斯線的強度,這是由于Boltzmann分布,處于振動基態(tài)上的粒子數(shù)遠(yuǎn)大于處于振動激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù)。實際上,反斯托克斯線與斯托克斯線的強度比滿足公式:
z=:<]j#= 其中n是激發(fā)光的頻率,ni是振動頻率,h是Planck常數(shù),k是Boltzmann常數(shù),T是絕對溫度。
$r)+7i [喇曼光譜原理]
Q*}#?g [四氯化碳的喇曼光譜圖]
87P{vf# 喇曼光譜與紅外光譜