39、非线性拉曼光谱学入门

非线性拉曼光谱学入门

引言

非线性拉曼光谱学将我们带入了非线性光学的领域。在这个领域中，介质的性质不再独立于入射光的强度，而光又会受到介质中相干激发的振动的调制。从历史上看，受激拉曼散射（SRS）这一非线性拉曼过程是激光时代早期最早被发现的非线性光学效应之一。此外，19世纪J. Kerr发现了另一种同阶的非线性光学效应，即在初始各向同性的介质中，由电场诱导产生与外加电场二次方相关的双折射现象。拉曼诱导克尔效应（RIKE）是一种高效的非线性光谱学方法，目前广泛应用于拉曼活性介质的光谱研究。

随后，许多利用四波混频（FWM）过程的非线性拉曼光谱学方法迅速发展起来。其中一些技术，如相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）和相干斯托克斯拉曼散射（CSRS），基于测量拉曼频移信号的振幅；而另一些方法，如相干偏振椭偏测量和基于拉曼诱导克尔效应的光谱学，则涉及测量拉曼频移信号的偏振特性。多年来，非线性拉曼光谱学取得了显著进展，从一个全新的物理概念和最初的实验，发展成为现代物理学、化学和生物学等众多领域中广泛接受的工具，用于工程应用和常规测量。

本文将简要介绍非线性拉曼光谱学的主要原理，阐述测量方法以及如何从测量结果中提取光谱数据。接着，将简要介绍非线性拉曼光谱学的基本概念，然后探讨相干拉曼FWM光谱学的各种改进方案，包括标准CARS方案、SRS、RIKE、简并四波混频（DFWM）和相干超拉曼散射。此外，还将简要描述非线性拉曼光谱学的偏振技术和相干椭偏测量，这些技术可用于选择性研究多组分分子和原子系统，并显著提高非线性拉曼光谱学的灵敏度。最后，鉴于短脉冲光谱学在超快过程研究中的应用日益受到关注，本文将介绍时间分辨非线性拉曼光谱学，并讨论非线性拉曼光谱学的历史背景和未来展望。

基本