布里渊散射,拉曼散射,瑞利散射的区别
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
。
弹性散射
光子能量没有发生变化的散射叫弹性散射。弹射散射有(Rayleigh scattering
)和(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
光子能量的散射叫非弹性散射。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。
特性分析
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。
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