Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР). Спетроскопия КР. Тема 3

1.

Тема 3.
Вынужденное комбинационное
рассеяние (ВКР). Спетроскопия КР.

2. К теме: Генерация второй гармоники.

Рис.A. Схема первых экспериментов по
ГВГ.
1 - рубиновый лазер, 2 - фокусирующая
линза, 3 - кварцевая пластинка,
4 - коллиматорные линзы, 5 - призма, 6 фотопластинка (экран).
Цвета показаны условно.
Рис. В. Удвоение
частоты

3. Суть спонтанного КР света: В отсутствии излучения ядра молекулы совершают колебания с частотами ν(i)0. Если вещество, состоящие

из таких
молекул осветить монохроматическим излучением с частотой νL, то в
результате в спектре рассеянного излучения возникнут дополнительные
волны с частотами νs= νL ± nν(i)0
Рис.1-2. Спектр КР света.
Рис.1-1. Cхема КР света.
ν0
νL
νL
νL - ν0
νL
νs=νL-νo
ν0
νs=νL+νo
νL +ν0
ν0

4. КР с точки зрения квантовой природы света.

5. Суть ВКР : процесс излучения стоксовой компоненты приводит к увеличению населенности колебательного уровня (u=1), поэтому

становится возможным излучение на
антистоксовой частоте. Стоксова (ν c) и антистоксова (νас)
компоненты могут, в свою очередь, служить исходным
излучением, генерирующим частоты νс - νu = ν л - 2 ν u и ν ас + ν
u = ν л + 2 ν u. Аналогично можно объяснить появление
комбинационных частот более высоких порядков.

6.

Спектр ВКР
Схема эксперимента по
изучению комбинационного
рассеяния.
1 - рубиновый лазер; 2 - линза; 3 ячейка с бензолом; 4 - экран
Цвета показаны условно.

7. Зависимость интенсивности генерации стоксовой компоненты от интенсивности накачки лазера.

Эксперименты по исследованию влияния интенсивности лазерной накачки
на интенсивность стоксовой компоненты показали, что по достижении
некоторой критической интенсивности накачки интенсивность стоксовой
компоненты резко возрастает, а затем идет насыщение.

8. Применение ВКР

• 1) ВКР в стоксовой области применяется при создании новых
лазеров. Если среду, способную к комбинационному рассеянию,
поместить в оптический резонатор, то при наличии поля лазерной
накачки усиление стоксовой компоненты способно скомпенсировать
потери, и на частоте νc возникает генерация. Генерация при ВКР
представляет собой практический способ преобразования излучения
импульсных лазеров (например, лазера на неодимовом стекле) в
когерентное излучение, сдвинутое по частоте на колебательную
частоту вещества.
• 2) ВКР в антистоксовой области применяется в КАРС спектроскопии.

9. Спектроскопия КР

• 1) Химический анализ веществ.
• 2) Определение строения молекул:
• а)Определение конформационного состава (процентного
содержание транс-/гош- конформеров) молекул;
• б) Определение фазового состояния вещества
(процентного содержания кристаллической и
некристаллической фаз);
• в) Определение ориентации молекул в одноосно
ориентированных полимерах.

10.

Поляризационные измерения в КР.
Деполяризационное отношение.
Возможные ориентации векторов поляризации
рассеянного и возбуждающего излучения друг
относительно друга.
ELV
ESV
νL
νs
X
X
ESH
EL // Es – VV-поляризация
EL ┴ Es – VH-поляризация
ρ o) = IVH / IVV
ρ ≤ 0,75- полносимметричное колебание
ρ = 0,75 не
(
ν
п
-
к
о
о
л
л
н
е
о
б
с
а
и
н
м
и
м
е
е
т
р
и
ч
н
о
е

11.

Спектры КР света С16H34 в
области валентных колебаний СН2 групп.
Интенсивность, абс.ед.
VV
VH
2600
2800
3000
-1
Частота, см
3200

12.

Спектры КР (VV-поляризация) твердых и жидких n-параффинов (1-9), ДОДАБ (10), ДОДАБ в глине (11), полиэтилена (12).
X(YY)Z
PE
Частота,
Raman
shift, см-1
νL – νs
DODAB/clay
11
10
DODAB
9
C36H74
C18H38
8
Intensity, r.u.
νi = 1/λi
12
7
C16H34
6
C14H30
5
C13H28
4
C12H26
3
700
C10H22
2
C8H18
1
C6H12
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
-1
Raman shift, cm
1500
1600
1700

13. Различное расположение СН2 — цепей в системе глина/ДОДАБ при одинаковом межслойном расстоянии: a) наклонные транс-цепи; б) СН2

- цепи с многочисленными гош-конформерами.

14.

Спектры КР композитов ПЭ/глина, изготовленных механическим
смешением и полимеризацией in situ.
Интенсивность, отн.ед.
νкрут. =1295см-1
B
νв. = 1415см-1
A
IA/IВ =0.36
1
IA/IВ =0.35
2
IA/IВ =0.32
3
IA/IВ =0.45
4
1250
1300
1350
1400
1450
Частота, см-1
1500
1550