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)是一种用在物理、化学、生物和其他领域的 光谱学技术。 其产生机制相似于自发拉曼光谱:一角频率为 的激发光子,当分子吸收后,有一定几率可以诱发振动(或转动)跃迁(不同于诱发一个简单的瑞利跃迁)。 这将导致分子发射的一个带有偏移频率的光子。 然而,SRS,不同于自发拉曼光谱学,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 )—来激发产生特定频率的跃迁。当两个光子之间的频率差()等于的一特定的振动(或转动)跃迁(),发生这种跃迁的次数将共振式地增加。 在SRS,激发和斯托克斯光强度的变化可视为讯号。选用一恒定频率的激光为激发光和扫描式频率的激光为斯托克光(或相反),可以得到分子的光谱特征。 这个光谱特征不同于其他光谱方法所得到的:例如瑞利散射。因为拉曼跃迁适用的排除规则不同于那些适用于瑞利跃迁的。
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阶来理解。 最初,该分子处于基态(最低的能阶态),然后,它同时吸收激发光子和斯托克斯光子,然后结果发生了一定几率的振动(或转动)跃迁。此跃迁可以视为一个两步骤的跃迁,第一个步骤为分子受激发光子激发到一个虚拟态,第二步骤为分子释放到一接近基态的振动(或转动)态。 虚拟态,这实际上是叠加的实态几率幅,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态的路迳,让分子看似能够处于中间的虚拟态。当激发和斯托克斯光子之间的能量差异恰好等于一些振动(或转动)态和基态的能量差,则经由此受激过程的跃迁几率会增几个数量级。
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能侦测振动(或转动)光谱特征的能力。 一些例子如下:
SRS显像
[编辑]这种技术主要被用于活组织,因为其可供非侵入、无标定的成像。在这种方法[1] 图象通过在一些格点上执行SRS测量,在那里每个测量增加了一像素的图像。
超快速显微镜
[编辑]采用飞秒激光脉冲[2][3] ,单一的激光脉冲可以即时产生很宽波段的光谱特征。根据不确定性原则 ,时间的不确定性与频率的不确定性成一反比关系,因此宽频信号肇因于激光光的短带宽。 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.