共焦拉曼散射拉曼介绍拉曼特征-徐超

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1、共焦显微拉曼光谱的原理与应用姓名：徐超学号：6121203013内容简介一、Raman散射及Raman光谱学简介二、共聚焦技术（confocal）三、共聚焦拉曼光谱的应用一、Raman散射及Raman光谱学简介光散射光散射：当光（电磁）波射入介质时，若介质中存在某些不均匀性（如：电场、相位、粒子数密度、声速等）使光（电磁）波的传播发生变化。例如，当一束光通过均匀、透明介质（如玻璃）时，人的肉眼从侧面看不到光的传播路径，而如果介质不均匀（如胶体），我们便可以在介质中清晰看到光的路迹。这种现象便是光的散射引起的：在玻璃这种均匀透明介质

2、中，光基本都被反射或折射通过样品，散射非常弱，而在不均匀介质中，一定数量的光子被散射向四面八方被人眼感知。散射的分类散射可以分为弹性散射和非弹性散射。弹性散射中散射的光子能量和入射光子能量一致，而非弹性散射则是其能量发生了变化。散射光波长相对入射光波长的改变量的大小对应于不同的散射机制。光散射能量以波数（cm-1）为单位凡波数变化<10-5cm-1散射称为瑞利散射；波数变化0.1cm-1散射称为布里渊散射；波数变化>0.1cm-1散射称为拉曼散射。光散射的能量变化及其分类光与物质作用时，初态的的光子被吸收，使系统（如电子和晶格振动

3、）从初态跃迁到一个中间虚态，然后辐射出散射光子；同时中间虚态回到终态。如初终、态相同，就是弹性散射过程，否则，为非弹性散射过程。光散射过程中能量与动量间有密切关联。能量变化范围散射分类散射性质<10-5cm-1瑞利弹性10-5~1cm-1布里渊非弹性>1cm-1拉曼非弹性Rayleigh散射&Raman散射当光子被物质中的原子或者分子散射时绝大多数光子的能量保持不变，即发生弹性散射（比如Rayleigh散射）。一小部分光子能量发生变化，即非弹性散射（比如Raman散射）。Raman散射的过程分为斯托克斯（Stokes）过程和反斯托

4、克斯（anti-Stokes）过程。Stokes过程中，散射光的能量比入射光能量小，anti-stokes过程中，散射光子的能量比入射光子能量大。Raman散射原理Raman散射能级跃迁示意图Rayleigh散射前后，光子的能量不变2.Stokes过程中，光子损失了h的能量，散射光能量变小3.anti-Stokes过程，光子吸收了h的能量，散射光能量变大Raman光谱简介Raman散射光的散射截面很小，通常只有Rayleigh散射的10-3~10-6，信号采集困难。19世纪60年代之后，随着激光的出现以及高分辨率的单色仪和

5、高灵敏度的光电检测系统的发展，使Raman光谱学进入崭新的阶段，在研究物质成分，结构及相变，物理性质比如超导等方面获得了巨大成功。Raman光谱的基本特征Raman光谱的基本特征I）频率特征i）不随入射光频率改变而改变；ii）斯托克斯和反斯托克斯频率的绝对值相等；II）强度特征拉曼散射强度极弱，约为入射光的10-6~10-12，拉曼谱的斯托克斯强度IS比反斯托克斯强度IAS大许多。III）偏振特征当入射光是偏振光时，对确定方位的分子和晶体，散射光的偏振特征与入射光的偏振状态有关，从而有了偏振选择定则。一般，拉曼散射光时偏振光，因此

6、，拉曼光谱往往是偏振光谱。拉曼光谱数据的处理与鉴认是获得实验光谱后首先遇到的问题。利用谱特征与其它光谱区分开，方法：I）利用不同波长激发，利用谱是否随波长变化，可容易地区分光致发光光谱和拉曼光谱；II）利用斯托克斯和反斯托克斯之间的对称性确认拉曼谱。光谱鉴认典型Raman光谱系统一种Raman光谱系统的简单光路图激光经分光镜反射后，被透镜聚焦以正入射方式照射在样品上，样品的出射光（包括反射光、Raman散射、瑞利散射及环境杂散光等）被同样的透镜收集，通过双色镜及滤波片进入光谱仪二、共聚焦技术（confocal）共聚焦技术的发展20

7、世纪50年代中期，MinskyM在美国哈佛大学进行博士后研究时提出共聚焦（confocal）显微镜的基本概念。随着纳米、光电技术及现代医学的发展，如何得到更高分辨率的成像成为了人们追逐的目标，confocal技术也逐渐受到人们的重视。confocal以一种非常简单的方法使光学显微镜的空间分辨率逼近光学的衍射极限，使纳米光学成为每个实验室都能研究的课题并得以飞速发展光学衍射极限1.光通过小孔时会发生衍射，产生衍射光斑。如果两个物体的距离太近，两物体的一级衍射光斑会部分重合而难以被分辨开来。2.理论上，光学系统中最小横向分辨率约为0.

8、61λ/2nsinθ，其中λ为入射光波长，n为周围环境的折射率，θ为物镜的孔径角。共聚焦技术所谓“confocal”，就是使光轴上的物点和像点共轭。光学confocal，即在激发光路和探测光路中分别加入一个小孔光阑当做空间滤波器，这两个光阑被称为照