斯托克斯频移(Stokes Shift)

更新时间:2023-11-10 02:57:00.000Z

分类: 非线性光学

定义: 某些过程中光子能量的减少

斯托克斯频移(Stokes Shift) 详述

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1. 斯托克斯频移的诞生背景

斯托克斯频移是由爱尔兰物理学家乔治·斯托克斯于1852年首次发现并命名的。他在研究荧光物质时发现,荧光光子的波长总是比激发它们的光子的波长长,即荧光光子的能量总是低于激发它们的光子的能量。这种能量的减少,就是我们今天所说的斯托克斯频移。

2. 斯托克斯频移的相关理论或原理

斯托克斯频移的原理主要基于量子力学的理论。当一个分子从高能级跃迁到低能级时,会发射出一个光子,这个光子的能量等于两个能级之间的能量差。由于实际情况下,分子在高能级的生命期非常短,它会在跃迁前通过非辐射方式损失一部分能量,因此发射出的光子的能量会小于原始激发光子的能量,这就是斯托克斯频移。

3. 斯托克斯频移的重要参数指标

斯托克斯频移的重要参数指标主要有两个,一个是斯托克斯频移的大小,另一个是斯托克斯频移的方向。斯托克斯频移的大小等于激发光子的能量减去荧光光子的能量,单位通常用电子伏特(eV)或者波数(cm-1)表示。斯托克斯频移的方向则表示荧光光子的能量是增加还是减少,通常用“红移”或“蓝移”来表示。

4. 斯托克斯频移的应用

斯托克斯频移在许多领域都有应用,如荧光光谱学拉曼光谱学、生物医学成像等。在荧光光谱学中,斯托克斯频移被用来确定荧光物质的发射光谱;在拉曼光谱学中,斯托克斯频移被用来测量分子的振动能级;在生物医学成像中,斯托克斯频移被用来提高成像的分辨率和对比度。

5. 斯托克斯频移的分类

根据斯托克斯频移的大小和方向,可以将其分为正斯托克斯频移和负斯托克斯频移。正斯托克斯频移指的是荧光光子的能量小于激发光子的能量,即荧光光子的波长比激发光子的波长长,这是最常见的情况;负斯托克斯频移则相反,它指的是荧光光子的能量大于激发光子的能量,即荧光光子的波长比激发光子的波长短,这种情况在某些特殊条件下会出现。

6. 斯托克斯频移的未来发展趋势

随着科技的发展,斯托克斯频移的应用领域将会更加广泛。在生物医学成像中,利用斯托克斯频移可以实现对活体组织的无损检测;在环境监测中,利用斯托克斯频移可以实现对有害物质的高灵敏度检测;在材料科学中,利用斯托克斯频移可以实现对材料性质的精确测量。因此,斯托克斯频移的研究和应用将会有着广阔的前景。

7. 斯托克斯频移相关产品及生产商

目前市场上有许多利用斯托克斯频移原理设计的产品,如荧光光谱仪、拉曼光谱仪等。这些产品的生产商包括美国的热电公司(Thermo Fisher Scientific)、德国的布鲁克公司(Bruker)、日本的岛津公司(Shimadzu)等。

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