受激拉曼光譜技術
受激拉曼光譜技術,也稱為受激拉曼散射 (SRS)是一種用在物理、化學、生物和其他領域的 光譜學技術。 其產生機制相似於自發拉曼光譜:一角頻率為 的激發光子,當分子吸收後,有一定概率可以誘發振動(或轉動)躍遷(不同於誘發一個簡單的瑞利躍遷)。 這將導致分子發射的一個帶有偏移頻率的光子。 然而,SRS,不同於自發拉曼光譜學,是一個三階非線性的現象,需要第二光子—斯托克斯光子(角頻率 )—來激發產生特定頻率的躍遷。當兩個光子之間的頻率差()等於的一特定的振動(或轉動)躍遷(),發生這種躍遷的次數將共振式地增加。 在SRS,激發和斯托克斯光強度的變化可視為訊號。選用一恆定頻率的雷射為激發光和掃描式頻率的雷射為斯托克光(或相反),可以得到分子的光譜特徵。 這個光譜特徵不同於其他光譜方法所得到的:例如瑞利散射。因為拉曼躍遷適用的排除規則不同於那些適用於瑞利躍遷的。
歷史
[編輯]原理
[編輯]定性描述
[編輯]SRS的原則可以直觀的用分子的能階來理解。 最初,該分子處於基態(最低的能階態),然後,它同時吸收激發光子和斯托克斯光子,然後結果發生了一定概率的振動(或轉動)躍遷。此躍遷可以視為一個兩步驟的躍遷,第一個步驟為分子受激發光子激發到一個虛擬態,第二步驟為分子釋放到一接近基態的振動(或轉動)態。 虛擬態,這實際上是疊加的實態概率幅,不能被分子佔用。然而,同時吸收雙光子可能會提供一個聯接最初和最後的態的路逕,讓分子看似能夠處於中間的虛擬態。當激發和斯托克斯光子之間的能量差異恰好等於一些振動(或轉動)態和基態的能量差,則經由此受激過程的躍遷概率會增幾個數量級。
定量的描述
[編輯]應用
[編輯]SRS用在各種領域。 所有應用皆利用SRS能偵測振動(或轉動)光譜特徵的能力。 一些例子如下:
SRS顯像
[編輯]這種技術主要被用於活組織,因為其可供非侵入、無標定的成像。在這種方法[1] 圖象通過在一些格點上執行SRS測量,在那裏每個測量增加了一像素的圖像。
超快速顯微鏡
[編輯]採用飛秒雷射脈衝[2][3] ,單一的激光脈衝可以即時產生很寬波段的光譜特徵。根據不確定性原則 ,時間的不確定性與頻率的不確定性成一反比關係,因此寬頻信號肇因於雷射光的短頻寬。 這種方法遠遠快於傳統的顯微鏡的方法,因為它繞過了需要在漫長和費時的頻率掃描。
參看
[編輯]參考文獻
[編輯]- ^ 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
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- ^ 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
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- ^ 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.