激光拉曼光譜儀（圖）

一、拉曼散射的發展歷史

1928年，印度物理學家拉曼用水銀燈照射苯液體，發現了新的輻射譜線：在入射光頻率ω0的兩邊出現呈對稱分布的，頻率為ω0-ω和ω0+ω的明銳邊帶，這是屬于一種新的分子輻射，稱為拉曼散射，其中ω是介質的元激發頻率。拉曼因發現這一新的分子輻射和所取得的許多光散射研究成果而獲得了1930年諾貝爾物理獎。與此同時，前蘇聯的蘭茨堡格和曼德爾斯塔報導在石英晶體中發現了類似的現象，即由光學聲子引起的拉曼散射，稱之謂“并合散射”。法國羅卡特，卡本斯以及美國伍德證實了拉曼的觀察研究的結果。三十年代，我國物理學家吳大猷等在國內開展了原子分子拉曼光譜研究。

1934年，普拉坎克比較詳盡地評述了拉曼效應，對振動拉曼效應進行了較系統的總結。三十年代至六十年代，拉曼散射的研究處于一個低潮時期，主要的原因來自激發光源太弱的問題。盡管1940年第一個商用產品雙單色儀已經用到光譜儀中，但是由于使用的激發光源大部分為水銀弧光燈和碳弧燈，其功率密度低，激發的拉曼散射信號非常弱，人們難以觀測研究較弱的拉曼散射信號，更談不上測量研究二級以上的高階拉曼散射效應。1960年，紅寶石激光器的出現，使得拉曼散射的研究進入了一個全新時期。由于激光器的單色性好，方向性強，功率密度高，用它作為激發光源，大大提高了激發效率。1962年，珀托和伍德首次報道了運用脈沖紅寶石激光器作為拉曼光譜的激發光源來開展拉曼散射的研究。從此激光拉曼散射成為眾多領域在分子原子尺度上進行振動譜研究的重要工具。

目前，拉曼散射研究在國內外相當活躍。國際上每兩年召開一次拉曼光譜會議，自1969年開始至2004年已經召開了19屆國際拉曼光譜會議，其中1994年在香港召開了第14屆國際拉曼光譜會議，2000年在北京召開了第17屆國際拉曼光譜會議。國內每兩年召開一次光散射會議，自1981年開始至2003年已召開了12屆光散射會議。

二、拉曼散射的應用

拉曼散射的應用涉及許多學科領域，例如：物理學，化學，材料科學，電子科學，生物生命科學，醫學，環境科學，地球科學，天體科學等。拉曼散射研究的材料涉及前景相當廣闊，可以用于研究固體的元激發，包括極化聲子，激子，磁振子，朗道能級等；研究相變，包括鐵電相變，位移型相變，有序-無序型相變，無公度相變，混合型相變；研究電子散射，包括稀土離子，施主，受主散射，等離子體散射；研究缺陷雜質相關的局域模，間隙模，共振模；研究薄膜小顆粒，薄膜，超晶格系統振動特性的尺寸效應，界面效應，應力效應，聲子限制效應，介電限域效應，量子效應等；研究半導體鍵角，無序性，應變，應力效應，量子點，量子線以及應變層超晶格；研究磁性材料磁缺陷，雜質光散射，巨磁阻材料晶格振動特性，半磁性半導體自施反轉拉曼散射；研究高溫超導體的晶格振動，能隙，結構相變，振動模間的非線性互作用；研究表面增強效應，探索其內在機制和統一理論；研究高分子系統的反應機制，鏈結構，形態效應，玻璃相變，結晶動力學；

研究有機和無機材料構型，基團，結構特征等；研究液晶的中介相行為，取向序，臨界特性，中介相變；研究生物和醫學方面蛋白質構型，生物細胞膜動態行為，DNA初級次級結構與動力學；通過特征拉曼譜研究各有關組織器官等的結構成分；通過共振拉曼散射研究線粒體能量轉移，研究癌癥發生的機理；通過微區拉曼研究礦物中的包裹物，環境污染，塵埃，微粒結構成分；遙控拉曼可以測量遙遠空間水分；工業上通過特征拉曼譜，例如鑒定煤的質量，水泥中的各個不同相結構，材料質量和集成電路的可靠性等。

三、拉曼散射技術的發展

拉曼光譜儀經歷了從色散型拉曼光譜儀開始，發展到傅立葉變換拉曼光譜儀（抑制熒光效應強，測量快速），共振拉曼光譜儀（增強散射截面，抑制熒光），紫外拉曼光譜儀（紫外光的穿透深度淺，特別適合探測獲得表面信息），小型拉曼光譜儀（能耗小，效率高，適合長時間工作）。利用共聚焦效應可以測量不同深度層面的拉曼光譜信息和圖像，進行三維立體拉曼光譜的測量研究工作。

利用輸出功率大的激光脈沖作為激發光源，通過受激拉曼散射、反拉曼散射、超拉曼散射、相干反斯托克斯拉曼散射等效應，發展非線性的拉曼散射，其優點是信噪比高、相干性好，抑制熒光和抗熱輻射能力強。利用超快脈沖技術，發展納秒，皮秒，飛秒時間分辨拉曼光譜技術，可以研究分子、原子躍遷和瞬態過程。結合近場光學顯微鏡的特點發展的近場拉曼光譜儀，近場拉曼圖像儀，擴展了光學衍射的分辨極限。結合利用表面增強效應，提高測試精度和靈敏度，可以測量單分子的拉曼光譜。結合共聚焦的深度層面探測，可以獲得三維立體拉曼圖譜和圖像。