受激拉曼光谱技术
受激拉曼光谱技术,也称为受激拉曼散射 (SRS)是一種用在物理、化学、生物和其他领域的 光谱學技術。 其產生機制相似於自發拉曼光谱:一角频率為 的激發光子,當分子吸收後,有一定機率可以誘發振动(或转動)躍遷(不同於诱发一个简单的瑞利躍遷)。 这将导致分子发射的一个帶有偏移频率的光子。 然而,SRS,不同於自发拉曼光谱學,是一个三阶非线性的现象,需要第二光子—斯托克斯光子(角频率 )—來激發產生特定頻率的躍遷。当兩個光子之间的频率差()等於的一特定的振动(或转動)躍遷(),发生这种躍遷的次數將共振式地增加。 在SRS,激發和斯托克斯光强度的变化可視為訊號。選用一恒定频率的雷射為激發光和扫描式频率的雷射為斯托克光(或相反),可以得到分子的光谱特徵。 这个光谱特徵不同于其他光谱方法所得到的:例如瑞利散射。因為拉曼躍遷適用的排除规则不同於那些适用于瑞利躍遷的。
历史
[编辑]原理
[编辑]定性描述
[编辑]SRS的原则可以直观的用分子的能階來理解。 最初,该分子處於基態(最低的能階態),然后,它同时吸收激發光子和斯托克斯光子,然后结果发生了一定機率的振动(或转動)躍遷。此躍遷可以視為一个两步驟的躍遷,第一个步骤為分子受激發光子激發到一个虚拟態,第二步驟為分子釋放到一接近基態的振动(或转動)態。 虚拟態,这实际上是叠加的實態機率幅,不能被分子占用。然而,同时吸收双光子可能会提供一个联接最初和最后的態的路逕,讓分子看似能夠處於中間的虛擬態。当激發和斯托克斯光子之间的能量差异恰好等於一些振动(或转動)態和基态的能量差,則經由此受激過程的躍遷機率會增幾個数量级。
定量的描述
[编辑]应用
[编辑]SRS用在各种领域。 所有应用皆利用SRS能偵測振动(或转動)光谱特征的能力。 一些例子如下:
SRS顯像
[编辑]这种技术主要被用于活组织,因为其可供非侵入、無標定的成像。在这种方法[1] 图象通过在一些格點上執行SRS測量,在那里每个测量增加了一像素的图像。
超快速显微镜
[编辑]采用飛秒雷射脉冲[2][3] ,单一的激光脉冲可以即時产生很寬波段的光谱特征。根據不确定性原则 ,时间的不确定性與频率的不確定性成一反比關係,因此寬頻信号肇因於雷射光的短頻寬。 这种方法远远快于传统的显微镜的方法,因为它绕过了需要在漫长和费时的频率扫描。
参看
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ Freudiger, C.W.; Min, W.; Saar, B.G.; Lu, S.; Holtom, G.R.; He, C.; Tsai, J.C.; Kang, J.X.; Xie, X.S. Label-Free Biomedical Imaging with High Sensitivity by Stimulated Raman Scattering Microscopy. Science. 2008, 322 (5909): 1857–1861. Bibcode:2008Sci...322.1857F. PMC 3576036
. PMID 19095943. doi:10.1126/science.1165758.
- ^ Frostig, H.; Katz, O.; Natan, A.; Silberberg, Y. Single-pulse stimulated Raman scattering spectroscopy. Optics Letters. 2011, 36 (7): 1248–1250. Bibcode:2011OptL...36.1248F. PMID 21479047. arXiv:1011.6576
. doi:10.1364/OL.36.001248.
- ^ Fu, D.; Holtom, G.; Freudiger, C.; Zhang, X.; Xie, X.S. Hyperspectral Imaging with Stimulated Raman Scattering by Chirped Femtosecond Lasers. J. Phys. Chem. B. 2013, 117 (16): 4634–4640. PMC 3637845
. PMID 23256635. doi:10.1021/jp308938t.