拉曼雷射器

拉曼雷射器(英語:Raman laser),雷射器的一種,經由拉曼效應產生。拉曼雷射跟一般雷射最大的不同,是拉曼雷射沒有居量反轉現象。結合拉曼光譜學,它可以顯示出它所照射區域的分子性質,被認為有可能取代傳統的X光檢查。

基本介紹

  • 中文名:拉曼雷射器
  • 外文名:Raman laser
  • 基於:受激的拉曼散射
  • 通過固體雷射器
  • 基本組成:壓氣體光電盒和諧振腔光學
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簡介

拉曼雷射器(英語:Raman laser),雷射器的一種,經由拉曼效應產生。拉曼雷射跟一般雷射最大的不同,是拉曼雷射沒有居量反轉現象。結合拉曼光譜學,它可以顯示出它所照射區域的分子性質,被認為有可能取代傳統的X光檢查。

原理

當光線照射一個物體時,它會造成在此物體內部的原子同步震動。碰撞到這個物體的光子中,有部分光子會取得或是喪失能量,造成不同波長的光出現。將這個不同波長的光,導入一個特定裝置,經過反射及碰撞,增強它的能量,就可以產生出一個同步的雷射光束,這就是拉曼雷射。

研究進展

2002年,UCLA研究人員利用晶片產生的矽光(Silicon Photonics)成功激發出拉曼雷射,2004年,他們發表了第一個矽雷射(silicon laser)技術。2005年二月,英特爾的研究人員展示了第二代的矽雷射技術,稱為連續光波矽電射(continuous wave silicon laser,CW laser),它將外部光源導入特定的矽晶片後,可以產生穩定的雷射光束。因為晶體結構的組成方式,矽原子在被光子撞擊時,會持續震動,因此,在矽晶片中產生的拉曼效應,是玻璃的一萬倍。

拉曼光譜學

拉曼光譜學是用來研究晶格分子振動模式、旋轉模式和在一系統里的其他低頻模式的一種分光技術。拉曼散射為一非彈性散射,通常用來做激發的雷射範圍為可見光近紅外光或者在近紫外光範圍附近。雷射與系統聲子做相互作用,導致最後光子能量增加或減少,而由這些能量的變化可得知聲子模式。這和紅外光吸收光譜的基本原理相似,但兩者所得到的數據結果是互補的。
通常,一個樣品被一束雷射照射,照射光點被透鏡所聚焦且通過分光儀分光。波長靠近雷射的波長時為彈性瑞利散射
自發性的拉曼散射是非常微弱的,並且很難去分開強度相對於拉曼散射高的瑞利散射,使得得到的結果是光譜微弱,導致測定困難。歷史上,拉曼分光儀利用多個光柵去達到高度的分光,去除雷射,而可得到能量的微小差異。過去,光電倍增管被選擇為拉曼散射訊號的偵測計,其需要很久的時間才能得到結果。而現今的技術,帶阻濾波器(notch filters) 可有效地去除雷射且光譜儀傅立葉變換光譜儀和電荷耦合元件(CCD) 偵測計的進步,在科學研究中,利用拉曼光譜研究材料特性越來越廣泛。
有很多種的拉曼光譜分析,例如表面增強拉曼效應、針尖增強拉曼效應、偏極拉曼光譜等。

居量反轉

居量反轉(英語:Population inversion),又譯為群數反轉密數反轉粒子數反轉反轉分布,為一個物理學名詞,在統計力學中經常被使用。居量反轉即在一個系統(例如一群原子分子)中,處在激髮狀態的成員數量比起處於較低能級狀態的成員更多。讓標準雷射進入能夠運作的狀態的過程中,產生居量反轉是一個必要的步驟,因此在雷射科學中,居量反轉是很重要的研究主題之一。值得注意的是居量反轉不可能是熱平衡的穩態解,如二能級系統中,溫度極高或外場極大時的平衡態也只允許激發態基態粒子數目相等。

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