附件二
东北师范大学研究生课程论文
论文题目拉曼光谱实验报告
课程名称固体光学性质
姓名刘楠楠学号 10200201021774 专业凝聚态物理年级 2010 院、所物理学院年月日 2011. 06.25
研究生课程论文评价标准
东北师范大学研究生院制
拉曼光谱
一、实验目的
1、掌握拉曼光谱仪的原理和使用方法；了解拉曼散射的基本原理
2、学习使用拉曼光谱仪测量物质的谱线，知道简单的谱线分析方法。

3、测四氯化碳的拉曼光谱，计算拉曼频移。

二、实验仪器
RBD型激光拉曼光谱仪
三、实验原理
1.拉曼散射光谱
拉曼散射光谱(拉曼散射)指的是光子发生的一种非弹性散射现象。

一束光照射在物质上，光子会被构成该物质的原子或分子散射，其中绝大部分的散射光子会以原有的频率(能量)散射出去，这部分散射属于弹性散射(瑞利散射)因为光子散射前后没有发生能量改变;但是会有小部分散射光子的能量或变大或变小发生了改变(约占总散射光子数的l/108)，这种散射属于非弹性散射。

拉曼散射就属于非弹性散射。

拉曼散射反映的是分子的振动、转动或电子态能量的变化，在大多数实际应用中主要考虑的是振动态的拉曼散射。

拉曼散射光谱根据光子散射前后能量变化不同分属为斯托克斯散射(Stokes)和反斯托克斯散射 (a11ti-Stokes)部分。

光子能量在散射后变小的为斯托克斯散射;光子能量在散射后变大的为反斯托克斯散射。

区分参见图1.
图1 瑞利散射、斯托克斯散射和反斯托克斯散射
拉曼散射中的斯托克斯部分:分子与光子互作用时分子吸收了一部分光子能量，体系能量到达一个虚态后发射出的光子能量小于入射光子能量。

拉曼散射光谱中斯托克斯部分的谱线在入射光谱位置的红光端外。

拉曼散射中的反斯托克斯部分:分子在与光子互作用时分子损失了一部分能量，体系能量到达一个虚态后发射出的光子能量大于入射光子能量。

拉曼散射光谱中反斯托克斯部分的谱线在入射光谱位置的蓝光端外。

由于拉曼散射关注的是入射光子与散射光子之间的能量差，这个能量的差值对应着相应的振动能级，所以拉曼散射中分属于斯托克斯和反斯托克斯散射对称分布在入射光谱的两端，区别仅在于强度不同。

拉曼散射的强弱完全取决于占据不同振动态的分子数目的多少，如果一个系统处于热平衡，那么处于不同态的分子的相对数量可由玻尔兹曼分布得到：
其中N0:低振动态原子数
N l:高振动态原子数
g o:低振动态简并度
g1:高振动态简并度
△E v:不同振动态之间的能量差
k:玻尔兹曼常数
T:温度(开尔文)
由上可见低能态分子数目远高于高能态的数目，所以斯托克斯散中占主导地位。

在实验中荧光信号和拉曼散射信号经常是相互伴随着的。

荧光和拉同的过程，对荧光来说入射光被吸收，整个系统跃迁到某个激发态，经迁到不同的低能态。

由于荧光是个共振吸收发射过程，因此荧光的强度且荧光光谱多是连续背景的形状与拉曼散射光谱是分立谱线多为不同。

最简单的拉曼光谱如图2所示，在光谱图中有三种线，中央的是瑞利散射线，频率为v0，强度最强；低频一侧的是斯托克斯线，与瑞利线的频差为ν
∆，强度比瑞利线的强度弱很多，约为瑞利线的强度的几百万分之一至上万分之一；高频的一侧是反斯托克斯线，与瑞利线的频差亦为ν
∆，和斯托克斯线对称的分布在瑞利线两侧，强度比斯托克斯线的强度又要弱很多，因此并不容易观察到反斯托克斯线的出现，但反斯托克斯线的强度随着温度的升高而迅速增大。

斯托克斯线和反斯托克斯线通常称为拉曼线，其频率常表示为v0±△v，ν
∆称为拉曼频移，这种频移和激发线的频率无关，以任何频率激发这种物质，拉曼线均能伴随出现。

因此从拉曼频移，我们又可以鉴别拉曼散射池所包含的物质。

2. 拉曼光谱仪的构造和原理
拉曼光谱仪一般由图3所示的五个部分构成。

（1）．光源
它的功能是提供单色性好、功率大并且最好能多波长工作的入射光。

目前拉曼光谱实验的光源己全部用激光器代替历史上使用的汞灯。

对常规的拉曼光谱实验，常见的气体激光器基本上可以满足实验的需要。

在某些拉曼光谱实验中要求入射光的强度稳定，这就要求激光器的输出功率稳定。

（2）．外光路
外光路部分包括聚光、集光、样品架．滤光和偏振等部件。

（3）．色散系统
色散系统使拉曼散射光按波长在空间分开，通常使用单色仪。

由于拉曼散射强度很弱，因而要求拉曼光谱仪有很好的杂散光水平。

各种光学部件的缺陷，尤其是光栅的缺陷，是
仪器杂散光的主要来源。

当仪器的杂散光本领小于10-4时，只能作气体、透明液体和透明
晶体的拉曼光谱。

（4）．接收系统
拉曼散射信号的接收类型分单通道和多通道接收两种。

光电倍增管接收就是单通道接收。

（5）．信息处理与显示
为了提取拉曼散射信息，常用的电子学处理方法是直流放大、选频和光子计数，然后用记录仪或计算机接口软件画出图谱。

四、实验内容
1．测量 CCL4 分子的振动拉曼散射谱
按照“LRD-II 型激光荧光光谱仪使用手册”所列步骤调节外光路，使样品被照明的部分通过集光镜清晰地成像于单色仪的狭缝上。

上述初步调好的基础上，即可测量 CCL4 的拉曼谱。

在测量过程中，狭缝的宽度从比较大逐步减小，最终测得谱图。

2．测量CCL4分子的偏振斯托克斯拉曼谱操作步骤和方法与上面的实验相同，不同的是：
（1）在实验时要加入偏振方向垂直于散射平面的检偏器；
（2）在实验时加入偏振旋转器，并根据测量的要求改变偏振旋转器的位置。

分别记录散射强度符号为的拉曼谱各一次。

实验时狭缝宽度取与2.1相同。

特
别要注意两次记录时狭缝的照明应处于同样的最佳状态，并保持其他参数完全一致。

记录垂直于消光方向I⊥和平行于消光方向I∥。

分别计算三个斯托克斯波的退片比，利用ρΡ= I⊥/ I∥计算，退片比接近0表示此时的散射光是完全偏振的，该振动必是对称的；接近3/4表示这时散射光是完全退偏的，见上表。