应用分享丨偏振拉曼光谱测量

光是一种电磁波，电磁波属于横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光在振动平面上只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。

图1：光的偏振类型

拉曼光谱是一种光学检测方法，当激发光的光子与样品分子相互作用时，某些光子在发生散射的同时产生了改变光的频率，这种现象就是拉曼散射。拉曼光谱具有指纹特性，利用这个特性可以对物质进行定量、定性分析。当所有激发光光源和收集的散射光都有确定的偏振方向，得到的光谱便是“偏振拉曼光谱”。

偏振拉曼光谱可以探测分子取向和化学键振动对称性的信息，是研究晶体取向的重要手段之一。Xue-Lu Liu^[1]等人研究了高序热解石墨(HOPG)的基面和边面的偏振拉曼光谱，基面具有各向同性，边缘面具有高度的各向异性，通过偏振拉曼光谱实现了对晶体边缘面的辨认。Basova^[2]等利用偏振拉曼光谱测试出了八面体分子的方向及性质，分析出了其振动模式。在SERS领域，主要研究集中在研究激发光的偏振方向对SERS增强因子的影响，Shegai T^[3]等发现，非对称的金属纳米颗粒的聚集体作为纳米天线，可以决定拉曼散射光的偏振方向。

使用偏振拉曼测量支架搭配如海光电偏振拉曼探头使用可实现样品的偏振拉曼光谱测量。将入射光与散射信号的偏振方向固定，通过转动样品，可以对样品不同偏振方向上拉曼光谱进行收集，并通过数据来分析偏振引起的光谱差异，从而可实现对分子取向以及化学键振动对称性等信息的测量。支架采用严格共轴设计，可以保证样品在转动时激光焦点不会产生偏离，同时光谱模块化的设计可以方便用户进行最合适的配置选型。

图3 0-400cm^-1方解石极化峰偏振拉曼光谱

图4 方解石去极化峰偏振拉曼光谱

结果显示：对于方解石的极化峰，随着样品角度从0°到360°变化，极化峰的强度随之产生周期性变化规律，且两个峰的强度变化趋势相反。而对于非极化峰，随着角度的变化，峰强无明显变化。利用偏振拉曼可以研究分子取向以及化学键振动对称性等信息。

本文作者：张李辉

[1]刘雪璐,张昕,林妙玲,谭平恒.Different angle-resolved polarization configurations of Raman spectroscopy: A case on the basal and edge plane of two-dimensional materials[J].Chinese Physics B,2017,26(06):422-429.

[2]Basova T V,Kolesov B A,Gurek A G,et al. Thin solid Films,  2001, 385:246.

[3]Shegai T, Li Z P, Dadosh T, et al. Managing light polarization via plasmon-molecule interactions within an asymmetric metal nanoparticle trimer. Proc Natl Acad Sci USA, 2008, 105: 16448-16453