Комбинационное рассеяние света

В 1928 г. Ландсберг, Мандельштам и одновременно с ними индийские физики Раман и Кришнан открыли явление комбинационного рассеяния. Если на вещество (газ, жидкость, прозрачный кристалл) падает строго монохроматический свет, то в спектре рассеяния света помимо несмещенной спектральной линии обнаруживаются новые линии, частоты которых представляют собой суммы или разности частоты n₀ падающего света и частот n_i собственных колебаний (или вращений) молекул рассеивающей среды, рис.59. Линии в спектре комбинационного рассеяния с частотами называются стоксовыми (или красными) спутниками, линии с частотами - антистоксовыми (или фиолетовыми) спутниками. Анализ спектров приводит к следующим выводам:

- линии спутников располагаются симметрично по обе стороны от несмещенной линии (ν₀);

- частоты спутников не зависят от частоты несмещенной линии, а определяются только рассеивающим веществом, т.е. характеризуют его состав и структуру;

- число спутников определяется рассеивающим веществом;

интенсивность антистоксовых спутников меньше интенсивности стоксовых спутников и с повышением температуры рассеивающего вещества увеличивается, в то время как интенсивность стоксовых спутников практически не зависит от температуры.

Согласно квантовой теории процесс рассеяния света - это процесс, в котором один фотон поглощается и один фотон испускается молекулой. Если энергии фотонов одинаковы, то в рассеянном свете наблюдается несмещенная линия. Однако возможны процессы рассеяния, при которых энергии поглощенного и испущенного фотона различны. Различие фотонов связано с переходом молекулы из нормального состояния в возбужденное:

,

(испущенный фотон будет иметь меньшую частоту, возникнет стоксовый спутник), либо из возбужденного состояния в нормальное (испущенный фотон будет иметь большую частоту - возникает антистоксовый спутник):

Рассеяние света сопровождается переходами молекулы между разными колебательными или вращательными уровнями, в результате чего и возникает ряд симметрично расположенных спутников. Число спутников, следовательно, определяется энергетическим спектром молекул, определяемым природой вещества. Т.к. число возбужденных уровней гораздо меньше, чем невозбужденных, то интенсивность антистоксовых спутников меньше, чем стоксовых. С ростом температуры число возбужденных молекул растет и возрастает интенсивность антистоксовых спутников.