自由討論：1，什么是Raman過程？2，非線性光譜原理，什么是非線性混頻技術，什么是光參量轉換？3，分子束有哪些特點？如何取得準直分子束？4，分子相對于原子，具有哪些不同的性質？5，如何冷卻分子？冷卻分子和原子有什么不同？第八章拉曼光譜線性Raman光譜Raman光譜的實驗應用非線性Raman光譜特殊Raman光譜技術Brillouin（布里淵）散射：光-聲子（固液體密度溫度變化導致折射率變化）相互作用，波長變化

光聲效應（光聲光譜）第8.1節線性Raman光譜光的吸收：光變為原子內能（光-原子非彈性碰撞:A+hvA*）光的發射：原子內能變為光（原子衰變：A*A+hv

）光的散射：一個光子變成另一個光子（彈性、非彈性）一、光的散射WilliamLawrenceBraggandhisfather,SirWilliamHenryBragg,wereawardedtheNobelPrizeinphysicsin1915,Theyaretheonlyfather-sonteamtojointlywin.W.L.Braggwas25yearsold,makinghimtheyoungestNobellaureate.e.g.

X-射線晶體衍射、光格中的原子Bragg散射/衍射：光在周期結構上的衍射與相長干涉（~d）Bragg條件（定律）：2dsinθ=nλRaman-Nath散射：高頻，薄光柵2>2L，中心m=0級兩邊出現很多其他級衍射m=…-1，-2，0，1，2…很多級，隨意入射角

Raman-Nathdiffractionisobservedwithrelativelylowacousticfrequencies,typicallylessthan10MHz,andwithasmallacousto-opticinteractionlength,?,whichistypicallylessthan1cm.Thistypeofdiffractionoccursatanarbitraryangleofincidence,聲波波長Bragg聲光效應：

高頻，厚光柵2<2L只出現m=0,1兩級，特定入射角

入射光頻率出射光頻率聲波頻率衍射級正負號取決于RF方向和角度方向RFLightCompton散射：光子-電子碰撞，電子反沖，光波長改變，光的粒子性Rutherford/Coulomb散射：粒子(He核）+原子核散射，靜電相互作用Bohr原子軌道模型Low-energyphenomena:PhotoelectriceffectMid-energyphenomena:Comptonscattering

High-energyphenomena:PairproductionCompton:NobelPrizePhysics1927Blackett:NobelPrizePhysics1948Einstein:NobelPrizePhysics1921

Bohr:NobelPrizePhysics1922Electronicstate/virtualenergyvibrationalstate/hyperfinestateRamanspectrum的作用:基態能級結構；基態相干疊加態能級差單位cm-1原子分子物理常用Raman光譜：1.Rayleighscattering：光被波長小的顆粒散射（波長不變）whereRisthedistancetotheparticle,θisthescatteringangle,nistherefractiveindexoftheparticle,anddisthediameteroftheparticle.藍天？？？：散射幾率與成比例，所以藍光比紫光反射大；紫光在太陽光譜比重少；眼睛不敏感，藍天2.ResonanceRaman：激發光和真實的電子態共振太陽光譜成分：太陽落山后的景觀地平線上：顆粒密度大，光程大，容易散射的藍光不能達到觀察者，不易散射的紅光可以到達觀察者高空：容易被散射的藍光可以到達觀察者3.StimulatedRaman：需要兩束光，粒子數在兩基態間相干轉移，兩束光頻率差和兩基態能級差相等，相干過程相干態4.StokesRaman：散射光頻率比激發光頻率小5.Anti-StokesRaman：散射光頻率比激發光頻率大TheIndianscientistSirC.V.RamanwontheNobelPrizeinPhysicsin1930二、線性Raman光譜E光場極化張量E誘導偶極矩0分子固有偶極矩Q=3N-6(5)振動模數目N原子核數q坐標紅外活性Raman活性InfraredspectrumRayleighscatteringRamanscatteringAnti-StokesStokesCO2分子的三種振動構型總的電耦極矩依賴基態分子數入射光強極化率隨核距離的變化極化率分子初始本征態a和末尾本征態b振動本征態Rayleighscattering粒子數為Bolzmann分布RamanscatteringRaman散射截面(雙光子)入射光偏振散射光偏振j表示與虛能級接近的所有單光激發能級雙光子過程：初態和末態宇稱守恒8.2Raman光譜的實驗應用利用腔中多次反射提高Raman光譜的靈敏度，測量C2N2的轉動Raman光譜，中心頻率488nm，分別利用Anti-Stokes和Stokes光譜，得到相應的能級藍移和紅移轉動能級。C2N2Raman光譜信息1，散射光的線寬：Doppler寬度、碰撞加寬、激發光線寬、相關能級壽命決定的自然線寬等的卷積。I和I//分別是相對于線偏振激發光的垂直與平行方向上的散射光強。由的測量可得到極化張量。2，散射光極化度：更加詳細的計算極化張量對角元。各向異性率通過測量，可以得到極化張量3，Raman線強度：正比于散射截面和初態粒子數密度N。由已知的截面和測量的強度可得到N，假設布局數使按照Bolzmann分布，則可以由N的能級分布可得到溫度。通過測量Raman散射光，得到分子的極化張力分量8.3節非線性Raman光譜當激發光很強時，出現非線性極化：極化張量

超極化張量

第二超極化張量k階極化率張量P=Np高階Raman效應（非線性）受激Raman散射：激發光強度很大，使得Raman散射（Stokesoranti-Stokes）足夠強，激發光與散射光在介質內發生非線性參量混合，并可導致新的相干輻射。極化波在介質中傳播幅度正比于E2LES,并且和ks方向相同，可以用來放大ESLossfAmplifyg當g>f，ES放大。G依賴于E2L所以只有入射光達到一定的閾值后，ES放大Conductivity電導率1,Stokes振動頻率2,Anti-StokesPhasematchingAnti-Stokes光在一個圓錐角度里面散射，不同的圓錐角，Stokes光的波長不同，分別為綠，黃，紅振動激發態分子密度線性(自發)與非線性(受激)Raman的比較自發Raman受激Raman信號與激發光強Ip的關系正比于Ip但比之小幾個量級正比于Ip2與Ip可比擬閾值(最小Ip)無有線寬Doppler受限(s/L)D基本消Doppler[(S-L)/L]D信噪比低高比自發的高4-5量級高階邊帶無有由散射光作為激發光而相繼產生相干anti-StokesRaman光譜(CARS)

受激Raman過程只需要一個頻率的光，輸入的光和產生的光結合產生非線性效應，其增益閾值大，用途小。相干Raman過程，需要兩個頻率的光基態能級差信號強度能量守恒（Anti-Stokes）CARS:四波參量混合過程氣體，色散小，平行光滿足phasematching液體，色散大，非平行光傳播一定距離滿足phasematchingCARS優點:

信號強度可比自發Raman高4-5量級；a的頻率最高，可用濾光片將其與L、S區分開來；空間發散角小，可在遠處探測，避免背景的干擾；高的空間分辨能力，可提取空間分辨的光譜信息，可進行溫度空間分布測量；高的光譜分辨率，可不用單色儀；共線構型中CARS的線寬降為

[(S-L)/L]DCARS缺點:

裝置復雜，需要激光器多，因而昂貴；由于信號來自多個激光的重疊，各激光指向的相對不穩定性導致信號起伏大。

如果耦合兩個真實的分子能級，也就是共同的激發態是實能級，而不是虛能級，這就是共振相干anti-StokesRaman。由于是真實能級間躍遷，躍遷幾率高，需要的閾值小，也可以提高信噪比和靈敏度。超Raman光譜電耦極矩兩入射光HyperRayleighStokes/Anti-StokesHyperRamanHyperRayleighStokesHyperRamanAnti-StokesHyperRaman8.4節特殊Raman光譜技術共振Raman效應

激發光的頻率和分子電子態躍遷頻率相同，躍遷截面增加幾個量級。在向下躍遷的Raman過程中，只有FranckCondon系數最大的躍遷（波函數重疊最多）行為最大，最新達到增益閾值而放大提高信號靈敏度用于低氣壓、密度小的分子