Комбинационное рассеяние света

Такое название получил частный случай рассеяния света частоты веществом, при котором наряду с сильным рассеянием света с неизменной частотой v появляется ряд линий меньших и больших частот.

Рис. 6.

Это явление было обнару­жено независимо Раманом в Индии и Ландсбергом и Мандельшта­мом в Москве. Работа Рамана была опубликована немного раньше, и спектры комбинационного рассеяния называют также раман-спектрами. Объяснение спектральной картины заключается в следующем. Фотон hv в основном рассеивается молекулой упруго, т. е. без изменения частоты. Однако наряду с таким рассеянием возможно и рассеяние с частичной по­терей энергии, затраченной на переход молекулы с одного уровня на дру­гой. Допустим, что фотонhv потерял энергию, необходимую для подъема молекулы с нулевого колеба­тельного уровня на первый. Потеря энергии равна

Следовательно, рассеянный фотон будет иметь энергию h(v—v_кол). В спектре возникнет сопровождающая линия («сател­лит») со стороны меньших частот.

Частоты v—v_кол, называют красными сателлитами, с большей частотой — фиолетовыми. Рассеяние с частотой, большейv, происходит при падении фотона на возбужденную молекулу. Тогда одновременно с рассеянием происходит переход молекулы на низ­ший уровень. Эту «лишнюю» энергию забирает фотон. Если возбуж­денная молекула находилась на первом колебательном уровне, то фотон увеличит свою энергию наhv_коли в спектре рассеяния воз­никнет частотаv+v_кол.

Справедливость этого механизма рассеяния превосходно под­тверждается объяснением соотношения интенсивностей красных и фиолетовых линий. При комнатной температуре большинство моле­кул находится на нулевом уровне с энергией ¹/₂ hv_кол. На первом возбужденном уровне с энергией³/₂ hv_колнаходится меньше молекул. Уже из этого обстоятельства ясно, что интенсивность фиолетовых линий должна быть меньше и, более того, при низких температурах фиолетовые линии должны практически пропасть. Отношение интенсивностей пропорционально числу атомов, находящихся в первом и нулевом состояниях. Согласно закону Больцмана

*⁾Волновод - металлическая трубка прямоугольного или круглого сечения, по которой сантиметровые радиоволны могут распространяться почти без потерь.

*^*)В спектроскопии принято наряду с длиной волны пользоваться данными об обратной длине полны (волновое число), т. е. числе длин волн, укладывающихся на длине 1 см.