论文总字数：19690字

摘 要

本论文分析偏振光激发拉曼光谱中的拉曼信号激发原理，获取设备和方法，利用Labspec软件分析拉曼光谱信号获取信号特征，分析晶体的相关特性,对称性检测具有重要的指导意义。

论文主要研究激发光偏振化方向改变时，Raman光谱信号的峰值位置及高度的变化，分析不同声子模式的对偏振拉曼散射光影响。

研究结果表明：对于一个确定晶体结构和特定对称性的分子，分析振动模式,可以预测分子的各种振动光谱和谱线强度。峰位显示了材料中每个分子团的特定振动模式，峰强度揭示了介质中原子或者基团的运动状况，跟模式密度相关。

本文的特色：本设计采用偏振拉曼的方法分析晶体的对称性结构与物质介电特征之间的关系，并通过实验方法获取不同偏振态的激光在甘汞晶体这激发的Raman光谱信号，分析信号特征，获得晶体对称性信息。

关键词：晶体对称性；拉曼光谱；光谱信号峰值特性

Abstract

In this paper, the principle of Raman signal excitation in polarized light excited Raman spectrum is analyzed, and the equipment and method for obtaining Raman signal are obtained. Labspec software is used to analyze Raman spectrum signal to obtain signal characteristics, and the related characteristics of crystals are analyzed. Symmetry detection has important guiding significance.

This paper mainly studies the change of peak position and height of Raman spectrum signal when polarization direction of excitation light changes, and analyzes the influence of different phonon modes on polarized Raman scattered light.

The results show that for a molecule with definite crystal structure and specific symmetry, analyzing vibration modes can predict various vibration spectra and spectral line intensities of the molecule. The peak position shows the specific vibration mode of each molecular group in the material, and the peak intensity reveals the movement of atoms or groups in the medium, which is related to the mode density.

Features of this paper: This design uses polarized Raman method to analyze the relationship between the symmetrical structure of crystal and the dielectric characteristics of substance, and obtains Raman spectrum signals excited by laser with different polarization states in calomel crystal through experimental method, analyzes signal characteristics, and obtains crystal symmetry information.

Key Words：crystal symmetry; Raman spectrum; Peak characteristic of spectral signal

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1 拉曼光谱技术背景 1

1.2 偏振拉曼光谱的基本原理 2

1.3 偏振拉曼光谱的发展历史 2

1.4 研究的目的 3

第2章 拉曼光谱技术分析 5

2.1 拉曼光谱激发 5

2.2 晶体结构及因子群 8

2.3 退偏度 8

2.4 氯化亚汞晶体 10

第3章 偏振激发Raman光谱 11

3.1 Raman光谱仪 11

3.2 拉曼光谱激发、获取与分析 12

3.2.1 光谱激发 12

3.2.2 信号获取与分析 13

第4章 总结 18

参考文献 21

致 谢 22

第1章 绪论

1.1 拉曼光谱技术

1928年印度科学家拉曼发现在光透过CCl₄溶液时光谱中发现有一部分的入射光的波长竟然发生了改变，推测这是入射光与分子之间的相互作用引起的^[1]。通过研究散射光的波长发生的变化，得到了材料分子结构的信息。这种分子对入射光的散射效应就被称为拉曼效应。拉曼因此而获得诺贝尔奖。这种分子对光的散射效应，事实上大部分光发生的散射波长是没有发生变化的，我们将这种散射称为瑞利散射，只有小部分的散射光与入射光的波长不同，这种波长发生变化散射就是拉曼散射。

在进行拉曼光谱测试时,每种物质各自都有独特的的振动能级和转动能级，这就使得不同物质都有其对应的唯一的拉曼位移,拉曼光谱给予每种物质独特的“指纹特性”。利用这种“指纹特性”可进行样品的组分和分子结构的分析。不同条件下物质的拉曼光谱包含物质相变过程的信息或者用来进行物质的鉴定和纯度测定。样品的拉曼光谱中,反映图谱特征的拉曼位移是以反斯托克斯频率和瑞利散射光的频率之差来定义的,这意味着反应分子结构的频率是分子振动能级和转动能级频率在激光照射下的差值,而不是分子振动和转动能级的频率，这与红外光谱不同。对于同一种物质的拉曼位移是一个固定的常量,是分子振动和转动频率，即使对同一样品测量时改激发发光的频率,得到的反斯托克斯频率也相应发生变化,但是拉曼位移是恒定不变的。它与入射光的频率无关，只和分子结构有关。就成了标识拉曼光谱独特的“指纹特性”，这对材料的分子结构定性、定量分析有着十分重要的应用。

物质的拉曼光谱图中可以观察得到具有不同特征的拉曼散射峰，这实际上都是由检测物质某种特定的分子振动引起的，从峰值的位置和大小可以简单的判断峰值相对应的是化学键振动或者由化学键组成的基团的振动以及晶体的晶格振动等。分析拉曼散射光谱可以在分子层面反应被检测物质的化学结构。物质的化学结构、相和形态、应力、杂质等信息都可以通过拉曼光谱检测给出。与红外光谱和其他传统测量技术相比拉曼光谱是在结构分析上优势明显：

1.丰富的分子分析信息，因为拉曼光谱包含的信息量丰富，谱图也容易辨认，特征峰明显，可以从分子层面化分析学键的振动情况，进而判断样品的化学结构特征。此外还可以用来相变、应力、结晶度等的测量。

2.测试速度快,因为拉曼光谱测试对样品要求不高,所以对于普通的样品,实现一个测试点的光谱测量仅仅需要几秒中就可以。

3.快速无损，无需样品制备，拉曼光谱方法分析过程不破坏样品,不产生污染；其对试样的外形和状态无特定要求，无需样品制备,可以直接在本征状态样品进行测试，分析过程快速，重现性好。

4.远距离在线或原位分析，在取样环境特殊或者较远时拉曼光谱分析法可以通过远距离光学损耗小的光纤的传送和收集激光信号

5.共焦三维分析，显微技术可以将激发光的光斑聚焦到微米量级且可以准确测量多层聚合物层叠材料等样品、包裹体(例如在玻璃和矿物中)和在容器中液体材料的拉曼分析特别有利。

由于拉曼光谱法优点突出在定性、定量对样品进行更多、更深层次的物质结构分析是具有突出优势，现在已经广泛的应用众多科学领域，如化学、材料科学、生物学^[1]:在药物和和毒品分析鉴定上，用拉曼光谱分析药品费和毒品的物质分布和组成，电子的散布情况，分子内部彼此的作用力。用来生物大分子结构分析以及蛋白质制品的流程监控和质量监控；地质学领域，拉曼光谱可以用来分析和鉴别岩石截面上矿物和相的分布等；化学材料领域，分析化合物的官能团，纳米材料键态和定性分析以及石墨烯的层数、掺杂元素种类；生命科学领域，拉曼光谱可以用于进行DNA和RNA分析，疾病诊断和外科手术中的应用也大大提高了诊断的准确性；食品领域，可以用来分析蛋白质、糖类 、脂肪等营养成分，还可以用来食品质量把关，酒类真假鉴定，以及非法食品添加剂的检查等。

由于拉曼光谱技术的无损特性，不需要对样品进行预处理和快速、高效、可重复的分析，就可以获得以下方面的信息：元素、组分、分子取向、晶体状态，变形.用于定性分析或定量分析，拉曼光谱目前广泛应用于材料的测定和分子结构的研究。

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