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激光拉曼光谱实验报告
摘要：本实验研究了用半导体激光器泵浦的：晶体并倍频后得到的532nm激光作为激发光源照射液体样品的
关键词:拉曼散射、分子振动、退偏
一、引言
1928年，印子的能量。
图〔2a〕
图〔2b〕
Ej
Ei
碰撞如果是弹性的，如图〔2a〕如此二者不交换能量，光子只改变运动方向而频率和能量都没有改变，这就是瑞利散射。而发生非弹性碰撞时，如图〔2b〕，光子和物质分子交换能量，可以看成是入射光子的湮灭和另一个不同能量散射光子的产生，与此同时，分子能量状态发生了跃迁，导致拉曼散射光产生。当初态能级低于末态能级时产生斯托克斯拉曼散射，出射光子频率为；而初态能级高于末态能级时产生反斯托克斯拉曼散射，出射光子频率为。根据统计分布规律，较高能级上的分子数低于低能级上的分子数，所以拉曼散射中，反斯托克斯线比斯托克斯线强度要小。
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实验所测样品中，尤其是在液态与气态的介质中，分子的取向是无规如此分布的。一般情况下，如入射光为平面偏振光，散射光的偏振方向可能与入射光不同，而且还可能变为非完全偏振的。这一现象称为散射光的“退偏〞。散射光的退偏往往与分子结构和振动的对称性有关。拉曼散射光的偏振性完全取决于极化率X量。非对称振动的分子，极化率X量是一个椭球，会随着分子一起翻滚，振荡的诱导偶极矩也将不断地改变方向。
为了定量描述散射光相对入射光偏振态的改变，引入退偏度的概念。退偏度即为偏振方向垂直和平行于入射光偏振方向的散射光强之比。
由理论分析可得，1号振动模式〔振动频率相当于波数V=458/cm〕的退偏度为0，。
三、实验内容与方法
激光器
成像透镜组
单色仪
PMT
光子计数器
计算器
打印机
M2
样品池
M1
P3
L1
P1
P2
L2
图3 实验装置示意图
M1—平面反射镜 M2——凹面反射镜 P1 P2——偏振片
P3—半波片 L1——聚光透镜 L2——成像透镜组
实验中使用半导体激光器泵浦的：晶体并倍频后得到的波长为532nm激光。样品是液态分子，装在样品池中。光经透镜聚焦在样品池中心，成像透镜组对光进展收集。然后单色仪收集散射光，再使用光电倍增管和光子计数器吃力拉曼散射信号。
调节光路，让足够多的散射光入射到单色仪中。
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确定拉曼谱线的退偏度。
实验中使用调节偏振片P1对光源进展起偏，使入射光成为平面偏振光，通过转动半波片P3改变偏振方向，这样可以实现对入射光和散射平面所成角度的控制。对于出射光，可以通过调节偏振片P2控制出射光与散射平面所成的角度，这样便可以对退偏度进展测量。
四、数据处理与分析
分子的拉曼散射光谱并分辨出各种振动模式。
如下图即为实验中测量出的拉曼散射光谱。
图4 液态分子的拉曼散射光谱
由图中可以看出一共有9个峰值，强度最大的峰值对应的散射光即为瑞利散射。除瑞利散射，剩下的8个峰值正好对应理论分析中的8种振动。同时还有一种震动无法在途中显现。由图中也可以明显地看出，瑞利散射左侧的反斯托克斯线的峰值高度要低于右侧的斯托克斯线。从图中读出各个峰值，计算各个散射线与瑞利散射的频移，便可以判断出液态分子的各种振动模式
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表1 峰值强度表
波长(nm〕
强度
在实验过程中，仪器出现较大问题导致接下来的实验无法完成，以下采用的图像和数据是第一次实验时所测得的不标准的图像和数据，因此接下来我们只讨论比拟符合的数据忽略误差较大的数据。
图5 退偏度图像
由图像可以看出545nm左右有多出一个峰，存在较大错误，以下数据为排除这个峰的数据。
表2 峰波长和退偏度计算表
峰波长(nm)
退偏度
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所测退偏度都较标准值大的原因主要应该是这样的：出射光出的偏振片角度调节存在不可防止的人为误差和仪器本身的误差，导致出射光和入射光所成的夹角不能做到准确的垂直。而起偏器的方向影响不是很大，因为就算起偏器不会与散射平面准确地垂直或平行，但是它所在的平面永远与散射平面垂直。所以只要保证出射光的偏振方向准确，退偏度也不会有很大的误差。所以是出射光出偏振片的方向不是严格真确导致退偏度计算公式分子上的数值偏大，因而退偏度偏大。当然，背景的影响会使得强度的读取有偏