反斯托克斯线(Anti-Stokes),
物理学—
光学概念,指在拉曼线中,把频率小于
入射光频率的
谱线称为
斯托克斯线,把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯线。它的强度远小于
斯托克斯线的强度。反斯托克斯线相对于斯托克斯线的强度随着
波数移的增加而迅速减弱。
早在1923年,A.Smekal等人在理论上预言:光通过
介质时,由于它们之间的相互作用,可以观测到光频率发生变化,相位也发生无规律的变化。1928年,印度物理学家
拉曼(C.V.Raman)在研究液体苯的散射时,从实验上发现了这种
散射光,由于是拉曼发现的这个现象,因此称为拉曼散射。不久,G.S.Landsberg和L.I.Mandelestam在
石英中观察到了散射光频率变化的现象。后来布拉瑟克(E.Placzek)在拉曼理论上做了很多工作:他发现在散射光谱中激发线的两侧各存在一条谱线:
低频一端的曲线的频率为ν0-Δν,称之为
斯托克斯线或红
伴线;高频一端曲线的频率为ν0+Δν,称之为反斯托克斯线或紫伴线。激发线处的散射谱线则称之为瑞利线。一种物质的拉曼线可以有若干对,每一对线(一条斯托克斯线和一条对应的反斯托克斯线)对应于物质的某两个
能级间的差值(振动、转动或
电子能级之间的差值)。从那时起,
拉曼效应就被作为一个分析物质结构的有力工具。
当
入射光是一束足够强的激光时,斯托克斯
谱线的强度开始比例于自身而增长,具有明显的受激特性,这就是
受激拉曼散射。受激拉曼散射是强激光与物质相互作用所产生的受激声子(光学支声子)对入射光的散射,而自发拉曼散射是热振动声子对入射光的散射,其散射具有
随机性特点。受激拉曼散射过程中入射光子主要被光学支声子所散射。对
斯托克斯线的受激拉曼过程可简述如下:最初一个入射于
介质的相干光子与一个热振动声子碰撞,产生了一个斯托克斯光子,同时增添一个光学支声子,这个光学支声子再与入射光子相碰撞,又增添一个光学支声子,同时产生一个斯托克斯光子。这样重复下去,形成一个
雪崩过程。产生光学支声子的过程,关键在于有足够多的入射光子,由于光学支声子所形成的声波是相干的,
入射光波也是相干的,所以拉曼散射后所形成的斯托克斯光子也是相干的,这就是一阶
斯托克斯散射的受激过程。反斯托克斯线则是入射于介质的相干光子与光学支声子作用,产生一个反斯托克斯光子。当斯托克斯光强到一定程度时,它自身还会作为
泵浦光,发生更高阶的拉曼散射。
受激拉曼散射的本质就是
入射光和斯托克斯光之间的相互
耦合引起这两个光波之间的
有效能量转移。受激拉曼散射满足
动量守恒和
能量守恒: