Комбинационное рассеяние света

При прохождении монохроматического света через прозрачное веще­ство в спектре частот рассеянного молекулами света наблюдается не только частота ω ₀ падающего света, но также частоты

ω ₀– ω и ω ₀+ ω, где ω - частота, соответствующая переходам молекулы из одного состоя­ния в другое. Это явление называется комбинационным рассеянием све­та. Спектральная линия рассеянного света частоты ω ₀– ω называется красным спутником, а частоты ω ₀+ ω - фиолетовым. Отношение интенсивности фиолетового спутника к интенсивности красного спутника увеличивается при повышении температуры.

Изменение частоты света при его рассеянии на молекулах можно объяснить следующим образом. Пусть фотон, энергия которого равна Ь.ш₀, сталкивается с молекулой, находящейся в основном состоянии (рис. 22.9). Энергия такой молекулы согласно формуле (22.31) равна

E (0, 0) = Ee +

При столкновении фотона с молекулой он может отдать ей часть своей энергии. В результате молекула переходит в возбужденное состояние. Например, молекула может оказаться в первом возбужденном колеба­тельном состоянии с v = 1 и j = 0. Теперь молекула будет обладать энергией

E (1, 0) = E_e+ ,

т.е. энергия молекулы увеличилась ка величину

Δ E = E (1, 0) – E (0, 0) = ħω

При этом энергия фотона уменьшается на Δ E и становится равной

ħω ^/ = ħω ₀ – Δ E = ħ (ω ₀ - ω),

где ω ^/ - частота фотона после рассеяния на молекуле. Таким образом, частота ω ^/ рассеянного света будет

ω ^/ = ω ₀ - ω

Так возникает красный спутник в спектре частот рассеянного света.

ħ ω ₀ •―→ E (0, 0)

Рис. 22.9. Возникновение красного спутника в спектре рассеянного на молекулах излучения

Когда фотон сталкивается с возбужденной молекулой (рис. 22.10), он может принять от нее энергию Δ E. Тогда его энергия будет

ħω ^// = ħω ₀ + Δ E = ħ (ω ₀ + ω)

где частота ω" рассеянного света теперь будет

ω ^// = ω ₀ + ω.