91、形态依赖拉曼测量：微观世界的洞察

形态依赖拉曼测量：微观世界的洞察

1. 引言

介电微粒，尤其是半径大于光波长的球体、圆柱体和包覆气泡，在众多研究领域中占据核心地位，涵盖量子光学、线性与非线性光学、电磁学、燃烧诊断、燃料动力学、胶体化学、大气科学、电信、工业卫生和肺医学等。随着各种捕获技术的发展，对单个微粒进行光谱分析成为可能。光学和电动悬浮技术已被证明是进行非侵入式光谱研究的强大工具。

弹性散射数据，如散射辐射的角分布或作用在球形谐振器（如液滴）上的辐射压力，仅能提供微粒的形态信息。而非弹性光散射（拉曼和荧光光谱）则能提供有关被研究材料化学成分的额外信息。在拉曼光谱中，每个能量位移都与特定的分子振动模式相关，且每个峰的强度与特定分子的浓度和特定振动跃迁的拉曼散射截面成正比。

然而，在具有明确几何形状的散射系统中，如圆柱形、球形和椭球形腔体，拉曼光谱的使用会因腔体的形态依赖共振（MDR）而变得复杂。这些共振可能导致拉曼光谱中出现尖锐的峰，而这些峰在体相拉曼光谱中并不存在。不过，MDR可以与拉曼数据结合，用于全面研究微粒的物理性质和化学反应的时间依赖性。

2. 单微粒的捕获

捕获或悬浮技术是指在没有干扰壁或基底效应的情况下，将单个或多个微粒悬浮在气态或液态环境中的技术。不同的物理效应可实现捕获，如电磁场、声场或光力。

2.1 用于研究单微粒的激光光阱

1970 年，Ashkin 首次证明，折射率 m（m = m_inside/m_outside）大于 1 的介电微粒可以通过辐射压力平衡微粒的重量，从而被捕获在聚焦激光束中。随后，出现了其他光阱，如单光束梯度力光阱，其中梯度力是捕获机制的主要原因。

Gordon