1、 光谱 告 戚嘉杰(151242034) 南大学匡 明学院 2018.05.25 引言 光谱是分子或者 聚态物质 散射光谱。 光射向透明物体，光与物体 子 生 就生 散射 象。大分 散射光子与入射光具有同 。具有不同 散射光 象就 是 散射。 散射是单色光与分子或者晶体物质 生非弹性散射 。质分子本振currency1或转currency1造成入 射光与质分子之 换 ，使 散射光 生改 。 是研究 光谱 有效 研究分子 分子振currency1 。 光谱 成为物质鉴 有效手 。 1 1. 散射 本 理，学会根据 散射谱currency1别其 正模式 2. 散射 术 2 理 光射向透明物体，光与
2、物体 子 生 就生 散射 象。大分 散射光子与 入射光具有同 。具有不同 散射光 象就是 散射。 散射是最弱 ，通常小 入 射光 10 6。 到 散射光谱 ，其谱有三个明显 特 ： 1. 散射谱 数 入射光 数 化而 化。同一样同意 数 不 。 2. 入射光 数为中，两分别是fl托克fl与fl托克fl。 3. 一般 下，fl托克fl 强大 fl托克fl。 2.1 散射典 入射光作用下分子 一个偶 ，在入射光场不太强 下，感 电偶 P与入射光 场E之 呈 性关： P = E (1) 电子fi :151242034 1 物理 在P E不在同一向 下 是一个3 3 阵，即aij = aji。 分子中
3、 子处 平衡位置附 振currency1，则分子 化 将会 生改 。当振currency1幅不大 使用 谐振currency1来 似。分子第k个 正坐标 表示为 Qk = Qk0 cos(!k + k) (2) 此 aij将 到分子振currency1 fi扰， 用 正坐标 行 展开： aij = ( ij)0 + X k ij Qk 0 Qk + 12 X k; 2 ij QkQ 0 QkQ + (3) 样不 散射是同分子 个振currency1模式中电 化 是否 生 化关联 。 入射光场表示 为 E = E0 cos(!0)t (4) 其分子生 电偶 为P = aijE. 2.2 散射 子
4、 子 学中 为 0 入射单色光作 为h 0 光子，与分子 作用 程 作是 程。 散射就是一非弹性 。 生 使用 行表示。在态与 态 分子 到入射光子 后， 到各 虚态， 向下 射光子。 其 为h( 0 )，则为fl托克fl， 为h( 0 + )，则为fl托克fl。 1: 散射 子 学 2.3 散射 偏振态与退偏 在散射程中即使入射光 偏振光，其散射光 向通常与其不一 ， 之 关由 Qk 。由此 确 分子振currency1 类 与其 振currency1模式。 由 上有大分子在空 上 向各有不同， 此 上会生退偏 象。散射光两向 强 使用Iy与Ix表示，么退偏 义是 n = IyI x (5)
5、 是然光入射 退偏，理” 到 下 n = 6 2 45a2 + 7 2 ? = k = 3 2 45a2 + 7 2 (6) 2 物理 上式中a是平均电 化 ， 是各向异性 。 2.4 CCl4分子 本 主 通CCl4分子 振currency1 光谱来研究其 与振currency1模式。 分子具有 下 元素：E，3Cm2 ，8Cj 3 ，6iCp2，6iC4 2 . 有N个 子 成 分子有3N个由，除三个平currency1由与三个转currency1由，分子具有3N 6个由， 是 氯化分子具有九个 正模式。根据分子 特性 九个 正模式 分成 类。 在同一类 各振currency1式有同 ，即
6、 是 并 。一类兼并 同一条谱，故 氯化 分子 振currency1 光谱有 条 谱。根据 之 强关是 1 4 2 3。下 2 明 分子 不同 振currency1式。具体振currency1式 下： 1. 个Cl 子各与C 同 向 或向外currency1； 2. 个Cl 子 各与C 子 向currency1并且 持不 ，分两在一中，两 个Cl在 与C形成 平面 currency1；在 一中，两个Cl 上 平面而currency1，由 两形 中 常数同，振currency1 是 并 ； 3. C 子平行 正体 一currency1， 个Cl 子同 平行 改 向currency1，分子 持不
7、，为 三 并； 4. 两个Cl体一面 作伸缩currency1， 两个在面做位向 currency1，也是三 并。 2: CCl44类振currency1模式 3 器与 术 有 术 尽 光， 制其 干扰 。 是本 用 强， 单色 性， 向性 光光 。利用 脉甄别 数字数 脉 ，且不需 A/D转换 样 送到 机处理。同 本 用 器一体化程 。 速并且 成 。本 也 一步 明 光谱确 够研究物质 与fi性质。 4 1. 器 使用 理 术，调 器 最佳态。 2. 录 缝并 光谱，分 各个 正模式。 3. 分子 振currency1 与各个谱与 数 。 3 物理 (a) 谱 (b) 光 3: 器 光
8、5 与分 5.1 谱 最 到 扫 谱 下 4. 4: 扫 谱 5.2 分 各 长、光子数 数、振currency1模式 下表1。需 明 是，d 是 由两个紧 而成，所 在 长光子数 ，使用 是两个小 平均值。 d 处两个 形成与费米共振有关。所谓费米共振，是一广 存在 分子 分子 分子 振currency1耦合 转 象。分子 费米共振 象由个 一个 或两个 生耦合而生。费米共振在分子振currency1态、电子态 耦合、分子 与性 等研究中具有 理”意义。 4 物理 长/nm 光子数 数/cm 1 振currency1模式 ( 100%) a 537.58 12442 216.69 2 4.6
9、8 b 540.41 13841 314.10 4 1.52 c 544.72 27154 460.51 1 -0.75 d 554.27 3826 776.82 3 1.94 表1: 谱各 数表 到 测各 数与 振currency1模式下 数 在1% ， 是在 范 。 项 主 来 ： 聚焦不 谱 降低，半 大， 位置 长有所偏 。 长 = 540 0:1nm来 数， 数 化： k = 10 6 540 (540 0:1) 106 5402 3cm 1 (7) 由 项引入 就 1% ， 为主 项。 入射光子与其 子或分子 生非弹性散射 化， 空气、 片等。但是光子与 空气 作用截面 光子与CC
10、l4 作用截面小，且 生 谱大 湮灭在本地中。 项 影 不 大。 备 数 限。就与CCl4 生弹性散射 光子来看， 长531.11nm到531.39nm之 光子数均为65535；而上 ” 中 看到， 长 化0.1nm 数 就 有3cm 1 ， 影判。同 ，530nm之前 光子数来看，数 currency1落 20 30。 备 currency1落 确 值 影也 大。 备 噪 、外fl 影均 包含在 currency1落之 。 6 思考 1. 为 么 着温 升 fl托克fl 强会 大? ：根据尔兹 分布 ，平衡 fl托克fl强Iks与fl托克flIkas有 下关 Iks Ikas /exp( !
11、k kT ) (8) 温升 ，会使 态上 分子数 ，fl托克fl 态 分子通 到 态，其强正 态上分子 数 ，故 着温 升 ，fl托克fl 强会 大。 2. 效 与荧光程有 同与不同? ： 散射 荧光 射具有似 起 ，是两个 程。通常， 光光子与分子 后一分 传递 分子振currency1。散射光子 而 小， 散射光表 为 。不 同 分子振currency1 不同 位，而 分子 光谱， 光谱就蕴 样分子 特 息。当 光子 两个电子态之 ，就会 共振 或者共 振荧光个程之 别主 在 所 尺， 所 中 态 本质。与共振荧 光不同，阶荧光 起 是：分子 吸一个光子后，所在 电子态 振currency1 驰豫 到振currency1最低 ，然后 最低振currency1 射光子。一个典 荧光程需 10 9s 上 ,与之不同 是， 在1ps 成。 5 物理 3. 何判 光束照射样处 最佳位置? ：在 程中 先使用 带机 行 ， 调并调fi 样清晰缘， 此 为 行 ，并且在 扫程中 行调 谱 为清晰，此 就 为样处在最佳位置。 4. 为何气体 看到转currency1 生 而体样一般不 ? ：气体分子 大， 作用小，分子转currency1 低，分子易转currency1， 而 看到； 体分子 小， 作用大，分子转currency1 大，分子不易转currency1， 而一般看不到。 6
