December 19, Raman. Stokes. Figure 1: Raman scattering

Σχετικά έγγραφα
Ιστορική αναδρομή του φαινομένου Raman

Μέθοδοι έρευνας ορυκτών και πετρωμάτων

Διατομικά μόρια- Περιστροφική ενέργεια δονητικά - περιστροφικά φάσματα

Διατομικά μόρια- Περιστροφική ενέργεια δονητικά φάσματα Raman

ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ

Μοριακή Φασματοσκοπία I. Παραδόσεις μαθήματος Θ. Λαζαρίδης

1 Polarization spectroscopy

PLANCK 1900 Προκειμένου να εξηγήσει την ακτινοβολία του μέλανος σώματος αναγκάστηκε να υποθέσει ότι η ακτινοβολία εκπέμπεται σε κβάντα ενέργειας που

PLANCK 1900 Προκειμένου να εξηγήσει την ακτινοβολία του μέλανος σώματος αναγκάστηκε να υποθέσει ότι η ακτινοβολία εκπέμπεται σε κβάντα ενέργειας που

Εφαρμογές της θεωρίας ομάδων

Φασματοσκοπίας UV/ορατού Φασματοσκοπίας υπερύθρου Φασματοσκοπίας άπω υπερύθρου / μικροκυμάτων Φασματοσκοπίας φθορισμού Φασματοσκοπίας NMR

Μέθοδοι έρευνας ορυκτών και πετρωμάτων

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ: Τα άτομα έχουν διακριτές ενεργειακές στάθμες ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΑ ΦΑΣΜΑΤΑ

ΦΑΣΜΑΤΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ

ΠΙΑΣ ΑΤΟΣΚΟΠ ΦΑΣΜΑ ΑΣ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑ ΝΤΙΚΗΣ ΕΣ ΚΒΑΝ ΑΡΧΕ

Το Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα

Μοριακά φάσματα. Όσον αφορά τα ενεργειακά επίπεδα των ηλεκτρονίων σε ένα μόριο, αυτά μελετήθηκαν σε μια πρώτη προσέγγιση μέσω της μεθόδου LCAO.

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ Ι (ΧΗΜ-048)

December 18, M + hv = M + + e + E kin (1) P ki = σ ki n L (2)

Δx

Από τι αποτελείται το Φως (1873)

Κυματική φύση της ύλης: ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ. Φωτόνια: ενέργεια E = hf = hc/λ (όπου h = σταθερά Planck) Κυματική φύση των σωματιδίων της ύλης:

Κεφάλαια (από το βιβλίο Serway-Jewett) και αναρτημένες παρουσιάσεις

ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ (IR)

Κεφάλαιο 13 Φασματοσκοπία

Φασματοσκοπία Raman (Raman Spectroscopy) Πέτρος Α. Ταραντίλης

Μοριακός Χαρακτηρισμός

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ Ι (ΧΗΜ-048) ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ. 5. Θεωρία Ομάδων Μοριακή συμμετρία. ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ Ι : ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ (Γ εξ.

Μοριακά Τροχιακά ιατοµικών Μορίων

( J) e 2 ( ) ( ) x e +, (9-14) = (9-16) ω e xe v. De = (9-18) , (9-19)

Παράρτημα Αʹ. Ασκησεις. Αʹ.1 Ασκήσεις Κεϕαλαίου 1: Εισαγωγή στη κβαντική ϕύση του ϕωτός.

Διάλεξη 10: Ακτίνες Χ

Περίθλαση και εικόνα περίθλασης

β) Για ένα μέσο, όπου το Η/Μ κύμα έχει ταχύτητα υ

Διατομικά μόρια- Περιστροφή Σταθερός περιστροφέας (rigid rotator) Φυγόκεντρη παραμόρφωση

Πως διαδίδονται τα Η/Μ κύματα σε διαφανή διηλεκτρικά?

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Μοριακή Δομή ΙΙ Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

y T - yy z x T + yy T + yz T + yx T + xy T + zy T - xz T - zx T - zz T - xx T + xx T + zx T + xz T + zz T - zy T - xy T - yx T - yz

Από τις σημειώσεις του καθηγητή Stewart McKenzie c.uk/teaching.html. Μοριακά ενεργειακά επίπεδα. τυπικά

Γκράνα Βασιλική. «Φυσική και Τεχνολογία Υλικών» Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών

ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Δ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 24 ΜΑΪΟΥ 2002 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΟΡΥΚΤΩΝ ΚΑΙ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ

Νέα Οπτικά Μικροσκόπια

Ασκήσεις Φασµατοσκοπίας

Οργανική Χημεία. Κεφάλαια 12 &13: Φασματοσκοπία μαζών και υπερύθρου

Ηλεκτρική Μετατόπιση- Γραμμικά Διηλεκτρικά

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ. Άσκηση 2 η : Φασματοφωτομετρία. ΓΕΩΠΟΝΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Γενικό Τμήμα Εργαστήριο Χημείας

Κεφάλαιο 37 Αρχική Κβαντική Θεωρία και Μοντέλα για το Άτομο. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

ΠΕΙΡΑΜΑ 4: ΟΠΤΙΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ AΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ Φασματοφωτομετρία

Μετρήσεις Διατάξεων Laser Ανιχνευτές Σύμφωνης Ακτινοβολίας. Ιωάννης Καγκλής Φυσικός Ιατρικής Ακτινοφυσικός

3. ΥΝΑΜΙΚΗ ΡΟΜΠΟΤΙΚΩΝ ΒΡΑΧΙΟΝΩΝ

ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΘΟΡΙΣΜΟΜΕΤΡΙΑ

Μηχανική του στερεού σώματος

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ I Ενότητα 12 Μοριακά Φάσματα Δημήτρης Κονταρίδης Αναπληρωτής Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Φίλιππος Φαρμάκης Επ. Καθηγητής. Δείκτης διάθλασης. Διάδοση του Η/Μ κύματος μέσα σε μέσο

Φασματοσκοπία Υπερύθρου (IR, FTIR)

Αρμονικός ταλαντωτής (κλασσική μηχανική)

Κεφάλαιο 38 Κβαντική Μηχανική

Φυσική των lasers. Φυσική των lasers. K. Κοσμίδης Καθηγητής Τμήμα Φυσικής, Παν/μίου Ιωαννίνων Ε.Υ. Κέντρου Εφαρμογών Laser

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ I Ασκήσεις

. Να βρεθεί η Ψ(x,t).

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ Ι (ΧΗΜ-048)

Φωταύγεια. Θεόδωρος Λαζαρίδης

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ (SPECTROMETRIC TECHNIQUES)

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

1. Η υπεριώδης ηλιακή ακτινοβολία

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ ΤΟ ΥΛΙΚΟ ΕΧΕΙ ΑΝΤΛΗΘΕΙ ΑΠΟ ΤΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΑ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟΥ ΠΑΙΔΕΙΑΣ.

Q 40 th International Physics Olympiad, Merida, Mexico, July 2009

Κεφάλαιο 35 ΠερίθλασηκαιΠόλωση. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Ακτίνες Χ - Lasers Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

Φασµατοσκοπία Φωτοηλεκτρονίων

A! Κινηµατική άποψη. Σχήµα 1 Σχήµα 2

ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ IR/NMR

ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ

Περίθλαση υδάτινων κυμάτων. Περίθλαση ηλιακού φωτός. Περίθλαση από εμπόδιο

ΔE = 1.99 X (erg/molecule) = 1.99 X (joule/molecule) = 2.86 (cal/mole) = 1.24 X 10-4 (ev/molecule)

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ

Εφαρμοσμένη Οπτική. Περίθλαση Fraunhofer Περίθλαση Fresnel

ΑΤΟΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ κβαντισμένη h.f h = J s f = c/λ h.c/λ

ιαγώνισµα Β Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κυριακή 5 Απρίλη 2015 Φως - Ατοµικά Φαινόµενα - Ακτίνες Χ

γ-διάσπαση Διάλεξη 17η Πετρίδου Χαρά Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΦΥΣΙΚΗ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δ. ΣΚΑΡΛΑΤΟΣ, ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΦΥΣΙΚΗ

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

ATKINS. Κεφ 12: Περιστροφικά και δονητικά φάσματα

Κβαντικές Καταστάσεις

ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ. Αθήνα 2019

Από το στοιχειώδες δίπολο στις κεραίες

ΦΥΣΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΤΗΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

LASER και ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗΣ

Ευαισθησία πειράµατος (Signal to noise ratio = S/N) ιάρκεια πειράµατος (signal averaging)) ιάρκεια 1,38 1,11 0,28 5,55. (h) πειράµατος.

Ένωση Ελλήνων Φυσικών ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ 2012 Πανεπιστήμιο Αθηνών Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών, Τεχνολογίας, Περιβάλλοντος Γ Λυκείου

Πειραματικός υπολογισμός του μήκους κύματος μονοχρωματικής ακτινοβολίας

P = E /c. p γ = E /c. (p) 2 = (p γ ) 2 + (p ) 2-2 p γ p cosθ E γ. (pc) (E γ ) (E ) 2E γ E cosθ E m c Eγ

Transcript:

Φασματοσκοπία Raman 1 Χειμερινό εξάμηνο 2016 December 19, 2016 1 Raman Το φως μπορεί να σκεδαστεί από ένα μοριακό δείγμα, κατά τη γνωστή μας διαδικασία της σκέδασης Rayleigh κατά την οποία το σκεδαζόμενο φως έχει την ίδια συχνότητα με το προσπίπτον φως. Ωστόσο το φώς μπορεί να σκεδαστεί και να παράξει φως με διαφορετική συχνότητα (με πολύ μικρότερη πιθανότητα) είτε μικρότερη από την προσπίπτουσα κατά ποσό ίδιο με τη συχνότητα που αντιστοιχεί σε μετάβαση σε μια υψηλότερη (δονητική ή περιστροφική) κατάσταση ή μεγαλύτερη κατά ένα ποσό ίδιο με τη συχνότητα που αντιστοιχεί σε μετάβαση σε μια χαμηλότερη (δονητική ή περιστροφική) κατάσταση, όπως φαίνεται στο επόμενο σχήμα. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή σαν σκέδαση Raman. Στην πρώτη περίπτωση ονομάζουμε την παραγόμενη ακτινοβολία Stokes και στην δεύτερη περίπτωση Anti- Stokes. Figure 1: Raman scattering 1

Μια κλασσική περιγραφή της διαδικασίας είναι η ακόλουθη: Η διπολική ροπή του p μορίου είναι το άθροισμα μιας μόνιμης διπολικής ροπής µ (αν υπάρχει) και μια επαγόμενη από το πεδίο αe: p = µ + αe (1) όπου α είναι η πολωσιμότητα του μορίου. Διπολική ροπή και πολωσιμότητα εξαρτώνται από τις συντεταγμένες των πυρήνων q. Αν δεχτούμε ότι η συχνότητα του Η/Μ πεδίου είναι μακριά από συντονισμό, η αλλαγή στις συντεταγμένες είναι μικρή και έτσι μπορούμε να αναπτύξουμε τις ποσότητες αυτές κατά Taylor. µ = µ 0 + α ij = α ij (0) + Q ( dµ q=1 Q q=1 )0 ( dαij )0 q n +... (2) q n +... (3) Αν N ο αριθμός των ατόμων που αποτελούν το μότιο τότε ο αριθμός των διαφορετικών ανεξάρτητων τρόπων δόνησης είναι Q = 3N 6 (Q = 3N 5 για γραμμικά μόρια). Ετσι η διπολική ροπή γίνεται Q ( dµ p = µ 0 + )0q n0 cos(ωt)+α ij E 0 cos(ωt)+ 1 2 n=1 Q n=1 ( dαij )0 [cos(ω+ω n )t+cos(ω ω n )t] Από αυτούς του όρους, ο δεύτερος αντιστοιχεί στο υπέρυθρο φάσμα της μετάβασης, ο τρίτος στη σκέδαση Rayleigh και ο τέταρτος στην σκέδαση Raman, με τον πρώτο όρο στην παρένθεση να αντιστοιχεί στην παραγωγή Stokes ακτινοβολίας και τον δευτερο Anti-Stokes ακτινοβολίας. Το αν θα παραχθοεί ακτινοβολία που να αντιστοιχεί σε κάποια από αυτές τις διαδικασίες θα εξαρτηθεί από το αν είναι μηδενικές ή όχι οι παράγωγοι της διπολικής ροπής και της πολωσιμότητας. Στην επόμενη εικόνα βλέπουμε τους τρεις (4) 2

ανεξάρτητους τρόπους ταλάντωσης του μορίου του διοξειδίου του άνθρακα και ποιες οδηγούν σε υπέρυθρες και ποιες μεταβάσειςraman. Figure 2: Raman scattering Η κλασσική περιγραφή προβλεπει σωστά τις συχνότητες αλλά όχι τις εντάσεις της διαδικασίας Raman. Σε κβαντική περιγραφή εξετάζουμε το expectation value της πολωσιμότητας α ij = u b (q)α iju a (q)dq όπου u a,b οι μοριακές κυματοσυναρτήσεις στα επίπεδα a, b. Η πολωσιμότητα α ij είναι ένας τανυστής που περιγράφει την απόκριση της πόλωσης του μορίου σε διάφορες διευθύνσεις σε σχέση με την πόλωση του προσπίπτοντος φωτός: α xx α xy α xz α ij = α yx α yy α yz α zx α zy α zz (5) όπου οι διαγώνιοι όροι περιγράφουν την απόκριση παράλληλα και οι μή διαγώνιοι την απόκριση σε κάθετη κατεύθυνση σε σχέση με την πόλωση του φωτός. Ο τανυστής της πολωσιμότητας μπορεί να προσδιοριστεί για απλά μόρια με μετρήσεις polarized Raman. Για μικρές μετατοπίσεις q οι καταστάσεις u a,b (q) είναι γινόμενα 3

καταστάσεων του αρμονικού ταλαντωτή u(q) = Q n=1 ω n(q n, v n ). Οι καταστάσεις του αρμονικού ταλαντωτή είναι ορθοκανονικές ω n ω m = δ nm. Η πολωσιμότητα γίνεται α ij ab = (α ij ) 0 + Q n=1 ( dαij )0 ω n (q n, v a )q n ω n (q n, v b ) (6) Ο πρώτος όρος είναι σταθερός και ευθύνεται για την σκέδαση Rayleigh. Το ολοκλήρωμα για μη εκφυλισμένες δονήσεις μηδενίζεται εκτός αν u a = u b + 1. ( ) dαij Η βασική ποσότητα είναι η παράγωγος που μπορεί να προσδιοριστεί από φάσματα Raman. Με αυτή την ανάλυση μπορούμε να υπολογίσουμε την ενεργό διατομή της διαδικασίας Raman. σ R (i f) = 8πω4 s 9 hc 2 j α ij ê L α jf ê S ω ij ω L iγ j + α ji ê L α jf ê S 2 ω jf ω L iγ j (7) όπου ê L, ê S είναι τα μοναδιαία διανύσματα των πολώσεων του προσπίπτοντος πεδίου και του σκεδαζόμενου πεδίου Stokes. Το άθροισμα εκτείνεται σε όλα τα μοριακά επίπεδα j με ομογενές πλάτος γ j που είναι προσβάσιμες με μονοφωτονική μετάβαση από την αρχική κατάσταση i. Βλέπουμε ότι αυτή η φόρμουλα υπονοεί διφωτονικούς κανόνες επιλογής και έτσι η διαδικασία ενώνει καταστάσεις ίδιας ομοτιμίας. Ετσι, δονητικές μεταβάσεις σε ομοατομικά διατομικά μόρια που απαγορεύονται σε μονοφωτονική μετάβαση είναι προσβάσιμες με διαδικασία Raman. 2 Stimulated Raman Ενα ισχυρό πεδίο λέιζερ μπορεί να προκαλέσει ένα ισχυρό πεδίο Stokes σε συχνότητα ω S = ω L ω v όπου ω L η συχνότητα του αρχικού ισχυρού λέιζερ και ω v η δονητική 4

συχνότητα του μοριακού δείγματος. Αν: k L το κυματάνυσμα της ακτινοβολίας λέιζερ k s το κυματάνυσμα της ακτινοβολίας Stokes k a το κυματάνυσμα της ακτινοβολίας Anti-Stokes Για αρκετά ισχυρό λέιζερ (pump ) μπορούμε να έχουμε παραγωγή και Stokes και Anti-Stokes ακτινοβολίας. Ωστόσο η διαδικασία είναι efficient μόνο όταν η ένταση είναι μεγαλύτερη από μια σχετικά υψηλή ένταση κατωφλίου, με αποτέλεσμα αυτή η διαδικασία να μην είναι πολύ χρήσιμη σε πειράματα φασματοσκοπίας. 3 CARS Η φασματοσκοπία Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS) συνδυάζει το προσόν της υψηλής έντασης (μεγάλο SNR) με την ευρεία εφαρμογή της απλής διαδικασίας Raman. Στην φασματοσκοπία CARS χρησιμοποιείται ένα επιπλέον λέιζερ με συχνότητα ω s τέτοια ώστε ω L ω s = ω v όπου ω v η συχνότητα μιας Raman active μετάβασης. Οι λεπτομέρειες της διαδικασίας φαίνονται στο α μέρος της επόμενης εικόνας. Το πλεονέκτημα της διαδικασίας είναι οτι το πεδίο Stokes ήδη υπάρχει και έτσι δεν χρειάζεται να δημιουργηθεί και έτσι η διαδικασία προσφέρει μεγαλύτερα σήματα από την διαδικασία Stimulated Raman. Το προσπίπτον πεδίο λέιζερ δημιουργεί μεγάλη πυκνότητα πληθυσμού σε κάποια διεγεμενη δονητική κατάσταση που δρα σαν μέσο για την παραγωγή Anti-Stokes ακτινοβολίας, η οποία ακτινοβολία είναι το σήμα της διαδικασίας CARS. 5

Figure 3: CARS 6

Η ένταση του σήματος CARS θα είναι ανάλογη με A N 2 I 2 LI S (8) δηλαδή είναι ανάλογη με το τετράγωνο της πυκνότητας πληθυσμού και με το τετράγωνο της έντασης του pump λέιζερ ενώ είναι ανάλογο με την πρώτη δύναμη του πεδίου Stokes. Μιας και το σήμα είναι ανάλογο του τετραγώνου της έντασης του pump λέιζερ, τα λέιζερ πρέπει να εστιαστούν, κάτι που δίνει στην τεχνική καλή χωρική διακριτική ικανότητα καιείναι ένας λόγος για τις εφαρμογές της στην μικροσκοπία. Από την άλλη, μιας και τα πεδία pump και Stokes πρέπει να αλληλεπικαλύπτονται η τεχνική είναι ευαίσθητη σε δονήσεις που καταστρέφουν την επικάλυψη. 3.1 BOX CARS, folded BOX CARS Μια από τις δυσκολίες της μεθόδου CARS έρχεται από το γεγονός ότι πρέπει κανείς να ανιχνεύσει το πεδίο Anti-Stokes χωρίς να τυφλώνει τον ανιχνευτή του με τα (πολύ ισχυρότερα) πεδία pump και Stokes. Αυτό συνήθως γίνεται με τη χρήση οπτικών φίλτρων, αλλά αυτή η λύση δεν δουλεύει πολύ καλά αν τα δονητικά επίπεδα που εξετάζονται είναι πολύ κοντά μεταξύ τους. Μια λύση είναι η διάταξη που ονομάζεται BOX CARS όπου οι δέσμες pump και Stokes εισάγονται στο δείγμα με τον τρόπο που φαίνεται στην επόμενη εικόνα. Λόγω της διατήρησης της ορμής, τα κυματανύσματα θα πρέπει να προστίθενται στο μηδέν όπως φαίνεται στο μέρος α, κάτι που κάνει την ακτινοβολία Anti-Stokes να εκπέμπεται στη γωνία που φαίνεται στο μέρος β. Σε μια ακόμη παραλλαγή της μεθόδου, την φασματοσκοπία folded BOX CARS η κατεύθηνση με την οποία εισάγονται τα πεδία pump και Stokes επιτρέπει την εκπομπή της ακτινοβολίας Anti-Stokes σε ένα διαφορετικό επίπεδο από αυτά τα πεδία. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις τα πεδία pump και Stokes μπλοκάρονται και 7

Figure 4: CARS το πεδίο Anti-Stokes μπορεί να ανιχνευτεί χωρίς δυσκολίες. Στο επόμενο σχήμα βλέπουμε διαγράμματα των κυματανυσμάτων που εμπλέκονται σε μια διαδικασία CARS για τις περιπτώσεις α) k 1 μή παράλληλο του k 2, β) k 1 k 2, ς) BOX CARS και δ) folded BOX CARS. Figure 5: CARS 8