拉曼效應指光線從透明介質反射,例如水和玻璃時,其頻率有機會改變(變低)。跟據普朗克的光量子方程(1918年諾貝爾物理獎),光線的頻率與其能量成正比,因此反射光的頻率變低就等於損失能量。這是粒子散射的一種方式。一般來說,當光線遇上介質時,有機會進入介質之中或者被反射。進入和反射的比率可以從古典電磁理論計算得出。如果反射的光線頻率不變的話,就可以想像成光子與構成介質的份子發生彈性碰撞(elastic collision,即碰撞前後總動能守恆),稱之為瑞利散射(Rayleigh scattering,我們已經在1904年諾貝爾物理獎文章中介紹過了)。拉曼卻發現,有一少部分反射出來的光線頻率會改變。這是由於光子與介質份子發生非彈性碰撞(inelastic collision,即碰撞前後總動能不守恆),光子損失了部分能量用來激發介質份子進入較高的量子態。反射出來的光子能量就變少了,因此頻率變低,相應波長變長。相對瑞利散射,拉曼效應也被稱為拉曼散射(Raman scattering)。 |