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Spezielle Techniken in der Raman-Spektroskopie

Nichtlineare Raman-Effekte

Mit der Entwicklung immer leistungsstärkerer Laser wurden einige spektroskopische Effekte entdeckt, die man unter dem Begriff nichtlineare Raman-Effekte zusammenfasst.

Im klassischen Raman-Effekt wird das induzierte Dipolmoment µ wie folgt beschrieben:

μ = α E μ - Dipolmoment α - Polarisierbarkeit E - elektrische Feldstärke

Diese Beziehung gilt bei der Anwendung leistungsstarker Laser, deren Strahlung eine bis zu 100000 mal größere elektrische Feldstärke aufweisen als die Strahlung kontinuierlicher Laser, wie sie für den klassischen Raman-Effekt verwendet werden, nicht mehr. Es werden nichtlineare optische Effekte beobachtet, die durch folgende Gleichung beschrieben werden können:

μ = α E + 1 2 β E 2 + 1 6 γ E 3 mit α > β > γ β - erste Hyper-Polarisierbarkeit γ - zweite Hyper-Polarisierbarkeit

Beim klassischen Raman-Effekt (normale Laserleistung) ist nur die Polarisierbarkeit α ausschlaggebend, so dass ein linearer Zusammenhang zwischen induziertem Dipolmoment und elektrischer Feldstärke gegeben ist.

Die bekanntesten nichtlinearen Raman-Effekte sind:

  • der Hyper-Raman-Effekt
  • die kohärente Anti-Stokes-Raman-Spektroskopie (CARS)
  • die stimulierte Raman-Spektroskopie

Trotz vieler Vorteile der nichtlinearen Raman-Effekte werden diese Methoden meist nur in speziell dafür ausgerüsteten Laboratorien angewendet, da experimentell sehr hohe Ansprüche gestellt werden müssen.

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