作者:Mistery 链接:https://www.zhihu.com/question/347234170/answer/1195517738 来源:知乎 著作权归作者所有。
当光入射到样品上,入射光子与样品中的分子或原子发生碰撞散射改变运动方向。 根据光子能量是否发生变化分为弹性散射和非弹性散射。 弹射散射有瑞利散射(Rayleigh scattering)和米氏散射(Mie scattering)。当散射微粒的直径远小于入射光波长时,一般小于波长1/10,发生瑞利散射,强度与波长四次方成反比。当微粒尺寸增大到与波长相当时,发生米氏散射,强度与波长二次方成反比,且随着微粒增大,散射强度变弱。半导体中的弹性散射多为瑞利散射。 非弹性散射中,散射光子能量减小的散射称为斯托克斯散射(Stokes),散射光子能量增加的散射称为反斯托克斯散射(Anti-Stokes)。散射光能量的改变与半导体中的声子有关,光学声子(Optical photon,OP)参与的称拉曼散射(Raman scattering),声学声子(Acoustic photon,AP)参与的称布里渊散射(Brillouin scattering)。声学声子能量较低,因此布里渊散射频移较小。光学声子能量略高,拉曼散射频移略大。拉曼散射和布里渊散射都有斯托克斯线和非斯托克斯线。 在散射光中,绝大部分光都是瑞利散射,拉曼散射和布里渊散射都非常弱。 对于拉曼散射,一般情况下,反斯托克斯线比斯托克斯线低,因为处于振动基态能级的粒子数远大于振动激发态的粒子数,粒子吸收能量的比例远大于释放能量的比例。所以在拉曼光谱测试中,常测试的是斯托克斯线。晶格中的的光学声子对应有横光学声子(TO)和纵光学声子(LO),因此拉曼散射光具有偏振性,偏振与晶体的结构对称性有关。 拉曼散射实验中的两个难点,一是散射光强度很低,需要高精度的探测器,二是散射光谱线距离入射激光很近,需要排除入射激光的影响。拉曼散射的谱线仅与晶体结构有关,与振动和转动能级有关,与入射光频率无关,因此可以使用拉曼散射进行物质的鉴定和分析。布里渊散射与晶体中的自旋波有关,常用于光纤传感器,光纤陀螺中
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作者:低调的范大叔:拉曼散射和布里渊散射都是光子声子相互作用,散射光频率改变。和频率比较高的光学声子(通常是单个原子的振动模式)作用的是拉曼散射,和低频声学声子(通常来自原胞振动)作用的是布里渊散射。教科书上通常会用一维双原子链模型来解释这两种声子。拉曼散射用普通的光谱仪就可以做,只需要用滤光片把入射激光挡住。布里渊散射由于波长变化小,做起来比较困难,一般会用一些奇技淫巧。
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