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激光拉曼光譜儀的發(fā)展
來源: | 作者:瑞宇科技 | 發(fā)布時(shí)間: 3459天前 | 525 次瀏覽 | 分享到:


拉曼散射的發(fā)展歷史

   1928年,印度物理學(xué)家拉曼用水銀燈照射苯液體,發(fā)現(xiàn)了新的輻射譜線:在入射光頻率ω0的兩邊出現(xiàn)呈對稱分布的,頻率為ω0-ω和ω0+ω的明銳邊帶,這是屬于一種新的分子輻射,稱為拉曼散射,其中ω是介質(zhì)的元激發(fā)頻率。拉曼因發(fā)現(xiàn)這一新的分子輻射和所取得的許多光散射研究成果而獲得了1930年諾貝爾物理獎。與此同時(shí),前蘇聯(lián)的蘭茨堡格和曼德爾斯塔報(bào)導(dǎo)在石英晶體中發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象,即由光學(xué)聲子引起的拉曼散射,稱之謂“并合散射”。法國羅卡特,卡本斯以及美國伍德證實(shí)了拉曼的觀察研究的結(jié)果。三十年代,我國物理學(xué)家吳大猷等在國內(nèi)開展了原子分子拉曼光譜研究。1934年,普拉坎克比較詳盡地評述了拉曼效應(yīng),對振動拉曼效應(yīng)進(jìn)行了較系統(tǒng)的總結(jié)。三十年代至六十年代,拉曼散射的研究處于一個(gè)低潮時(shí)期,主要的原因來自激發(fā)光源太弱的問題。盡管1940年第一個(gè)商用產(chǎn)品雙單色儀已經(jīng)用到光譜儀中,但是由于使用的激發(fā)光源大部分為水銀弧光燈和碳弧燈,其功率密度低,激發(fā)的拉曼散射信號非常弱,人們難以觀測研究較弱的拉曼散射信號,更談不上測量研究二級以上的高階拉曼散射效應(yīng)。1960年,紅寶石激光器的出現(xiàn),使得拉曼散射的研究進(jìn)入了一個(gè)全新時(shí)期。由于激光器的單色性好,方向性強(qiáng),功率密度高,用它作為激發(fā)光源,大大提高了激發(fā)效率。1962年,珀托和伍德首次報(bào)道了運(yùn)用脈沖紅寶石激光器作為拉曼光譜的激發(fā)光源來開展拉曼散射的研究。從此激光拉曼散射成為眾多領(lǐng)域在分子原子尺度上進(jìn)行振動譜研究的重要工具。

    目前,拉曼散射研究在國內(nèi)外相當(dāng)活躍。國際上每兩年召開一次拉曼光譜會議,自1969年開始至2004年已經(jīng)召開了19屆國際拉曼光譜會議,其中1994年在香港召開了第14屆國際拉曼光譜會議,2000年在北京召開了第17屆國際拉曼光譜會議。國內(nèi)每兩年召開一次光散射會議,自1981年開始至2003年已召開了12屆光散射會議。

  
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拉曼散射的應(yīng)用 

    拉曼散射的應(yīng)用涉及許多學(xué)科領(lǐng)域,例如:物理學(xué),化學(xué),材料科學(xué),電子科學(xué),生物生命科學(xué),醫(yī)學(xué),環(huán)境科學(xué),地球科學(xué),天體科學(xué)等。拉曼散射研究的材料涉及前景相當(dāng)廣闊,可以用于研究固體的元激發(fā),包括極化聲子,激子,磁振子,朗道能級等;研究相變,包括鐵電相變,位移型相變,有序-無序型相變,無公度相變,混合型相變;研究電子散射,包括稀土離子,施主,受主散射,等離子體散射;研究缺陷雜質(zhì)相關(guān)的局域模,間隙模,共振模;研究薄膜小顆粒,薄膜,超晶格系統(tǒng)振動特性的尺寸效應(yīng),界面效應(yīng),應(yīng)力效應(yīng),聲子限制效應(yīng),介電限域效應(yīng),量子效應(yīng)等;研究半導(dǎo)體鍵角,無序性,應(yīng)變,應(yīng)力效應(yīng),量子點(diǎn),量子線以及應(yīng)變層超晶格;研究磁性材料磁缺陷,雜質(zhì)光散射,巨磁阻材料晶格振動特性,半磁性半導(dǎo)體自施反轉(zhuǎn)拉曼散射;研究高溫超導(dǎo)體的晶格振動,能隙,結(jié)構(gòu)相變,振動模間的非線性互作用;研究表面增強(qiáng)效應(yīng),探索其內(nèi)在機(jī)制和統(tǒng)一理論;研究高分子系統(tǒng)的反應(yīng)機(jī)制,鏈結(jié)構(gòu),形態(tài)效應(yīng),玻璃相變,結(jié)晶動力學(xué);研究有機(jī)和無機(jī)材料構(gòu)型,基團(tuán),結(jié)構(gòu)特征等;研究液晶的中介相行為,取向序,臨界特性,中介相變;研究生物和醫(yī)學(xué)方面蛋白質(zhì)構(gòu)型,生物細(xì)胞膜動態(tài)行為,DNA初級次級結(jié)構(gòu)與動力學(xué);通過特征拉曼譜研究各有關(guān)組織器官等的結(jié)構(gòu)成分;通過共振拉曼散射研究線粒體能量轉(zhuǎn)移,研究癌癥發(fā)生的機(jī)理;通過微區(qū)拉曼研究礦物中的包裹物,環(huán)境污染,塵埃,微粒結(jié)構(gòu)成分;遙控拉曼可以測量遙遠(yuǎn)空間水分;工業(yè)上通過特征拉曼譜,例如鑒定煤的質(zhì)量,水泥中的各個(gè)不同相結(jié)構(gòu),材料質(zhì)量和集成電路的可靠性等。


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拉曼散射技術(shù)的發(fā)展 

    拉曼光譜儀經(jīng)歷了從色散型拉曼光譜儀開始,發(fā)展到傅立葉變換拉曼光譜儀(抑制熒光效應(yīng)強(qiáng),測量快速),共振拉曼光譜儀(增強(qiáng)散射截面,抑制熒光),紫外拉曼光譜儀(紫外光的穿透深度淺,特別適合探測獲得表面信息),小型拉曼光譜儀(能耗小,效率高,適合長時(shí)間工作)。利用共聚焦效應(yīng)可以測量不同深度層面的拉曼光譜信息和圖像,進(jìn)行三維立體拉曼光譜的測量研究工作。利用輸出功率大的激光脈沖作為激發(fā)光源,通過受激拉曼散射、反拉曼散射、超拉曼散射、相干反斯托克斯拉曼散射等效應(yīng),發(fā)展非線性的拉曼散射,其優(yōu)點(diǎn)是信噪比高、相干性好,抑制熒光和抗熱輻射能力強(qiáng)。利用超快脈沖技術(shù),發(fā)展納秒,皮秒,飛秒時(shí)間分辨拉曼光譜技術(shù),可以研究分子、原子躍遷和瞬態(tài)過程。結(jié)合近場光學(xué)顯微鏡的特點(diǎn)發(fā)展的近場拉曼光譜儀,近場拉曼圖像儀,擴(kuò)展了光學(xué)衍射的分辨極限。結(jié)合利用表面增強(qiáng)效應(yīng),提高測試精度和靈敏度,可以測量單分子的拉曼光譜。結(jié)合共聚焦的深度層面探測,可以獲得三維立體拉曼圖譜和圖像。

 





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