|
А.И.Андреев, С.В.Мухин, В.В.Некрасов, В.А.Никитенко, А.В.Пауткина
Модульная многофункциональная оптоволоконная спектрометрическая система
Часть I
Устройство и принципы эксплуатации аппаратуры
1.5. Спектроскопия рассеянного света
Если размер рассеивающих частиц много меньше длины волны света, то наблюдается упругое рассеивание падающих фотонов по закону РэлеяTPPT (интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна четвёртой степени частоты ωP4P падающего излучения). Согласно модели Рэлея оптическая неоднородность создаётся мелкими сферическими частичками, которые , с волновой точки зрения, не создают фазового сдвига, зависящего от их формы и размеров. Таким образом, рассеянная волна оказывается когерентной с падающей. Закон Рэлея качествнно был подтверждён более ранними работами Дж. Тиндаля (эффект Тиндаля), который наблюдал, что белый свет при рассеянии становится синеватым. Заметим, что закон Рэлея объясняет гоубой цвет неба днём и красноватый при восходе и закате Солнца.
Если размеры частичек рассеивающего света оказываются сравнимы с длиной волны падающего излучения, то при рассеивании появляется фазовый сдвиг, зависящий от формы, размеров и оптических свойств частиц. Появляется рассеяние Ми (G. Mie), которое не подчиняется закону Рэлея, но имеет похожую частотную тенденцию. Данный вид рассеяния мы обычно наблюдаем в облаках, тучах, туманах и т.п.
Интересно, что молекулярное рассеяение имеет место и в идеально чистых средах за счёт тепловых флуктуаций плотности атомов и молекул (флуктуаций показателя преломления).
Комбинационное рассеяние света. При спектральных исследованиях в кварце и исландском шпате (1928 г.) Мандельштам и Ландсберг обнаружили, что каждая спектральная линия падающего света сопровождается появлением линий изменённой частоты: стоксовых (с уменьшением частоты – «красные сателлиты») и антистоксовы (с увеличением частоты – «фиолетовые сателлиты»). Практически одновременно в Индии Раманом и Кришнаном этот эффект наблюдался в жидкостях (комбинационное рассеяние света или эффект Рамана).
По квантовым представлениям эффект Рамана объясняется неупругим столкновением падающих фотонов с молекулами. Стоксова (красная) компонента с частотой  возникает, когда энергия фотона  уменьшается на величину, равную энергии колебательного возбуждения молекулы. Антистоксова с частотой  (фиолетовая) появляется, когда квант энергии  первоначально колебательно-возбуждённой молекулы передаётся кванту излучения. Поскольку невозбуждённых молекул больше, чем возбуждённых, интенсивность фиолетового сателлита меньше, чем красного.
Рамановская спектроскопия широко применяется для определения молекулярного состава исследуемых образцов.
Комбинационное рассеяние света в твёрдых телах с квантовой точки зрения является следствием рассеяния фотона исходного светового пучка с испусканием или поглощением кванта упругих колебаний кристаллической решётки – фонона (квазичастица с энергией  ) – рис. 1.5.1.
Контрольные вопросы
1. Рассмотрите рассеяние Рэлея. Объясните голубой цвет неба днём и красноватый при восходе и закате Солнца.
2. В чём смысл рассеяния Ми?
3. Может ли наблюдаться молекулярное рассеяние в идеально чистых средах?
4. Что обнаружили при изучении рассеяния Мандельштам и Ландсберг?
5. В чём заключается эффект Рамана?
6. Объясните комбинационное рассеяние с квантовой точки зрения.
| 
ATP/ATR СПЕКТРОМЕТР 
О КОМПАНИИ