1 Einleitung
Als 1928 C. V. Raman zusammen mit K. S. Krishnan den nach ihm benannten Effekt des inelastischen Photonenstreuprozesses an Molekülen und Atomverbänden in Flüssigkeiten entdeckte [1], legte er damit den Grundstein für eine bis heute anhaltende Spektroskopietechnik. Kurz nach ihrer Entdeckung gelang es zwei russischen Wissenschaftlern, G. Landberg und L. Mandelstam, den Raman-Effekt auch an Kristallen zu zeigen [2]. Bereits 1923 hatte A. Smekal [3] das Phänomen des Raman-Effekts vorhergesagt. Seither wurden auf dem Gebiet der Ramanspektroskopie wesentliche Fortschritte technischer Art erzielt und mit Hilfe dieser Spektroskopie Erkenntnisse im Aufbau und in der Struktur der Materie gewonnen.
Die Entwicklung und der anschließende Siegeszug des Lasers Anfang der sechziger Jahre des 20. Jahrhunderts eröffneten der Ramanspektroskopie eine Vielzahl neuer Möglichkeiten und Einsatzgebiete.
1969 wurde von S. K. Freeman et al. [4] sowie von M. Deporcq et al. [5] die Einsatzmöglichkeit der Ramanspektroskopie an mikroskopisch kleinen Proben gezeigt mit der Absicht, Strukturen und Zusammensetzung sehr kleiner Probenvolumina zu erhalten. Die Erkenntnisse dieser Arbeiten nutzte M. Delhaye et al. [6], um nicht nur mikroskopische Proben spektroskopisch zu untersuchen, sondern auch deren Form und Lage in einer makroskopischen Umgebung. Damit wurde 1975 das erste Raman-Mikroskop realisiert. Hierbei nutzte Delhaye das so genannte Imaging-Verfahren, bei dem die gesamte Probe in einem beleuchtet und das Ramanlicht über Filter aufgenommen wurde.
In den Achtzigern entwickelte dann D. J. Gardiner et al. [7] ein Raman-Mikroskop, das einzelne Punkte einer Probe abrastert und dadurch wesentlich detailliertere Informationen über die Beschaffenheit liefert.
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[1] C. V. Raman and K. S. Krishnan, Nature, 121, 501, 1928
[2] G. Landsberg and L. Mandelstam, Naturwiss., 16, 557, 772, 1928
[3] A. Smekal, Naturwiss., 11, 873, 1923
[4] S, K, Freeman and D. O. Landon, Anal. Chem., 41, 398 1969
[5] M. Deporcq and R. Demol, Revue du G. A. M. S., 3, 324, 1969
[6] M. Delhaye and P. Dhamelincourt, J. Raman Spectrosc., 3, 33 1975
[7] D. J. Gardiner, M. Bowden and P. R. Graves, Phil. Trans. R. Soc. London, Series A,320, 295, 1986
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Der Raman-Effekt
- Klassische Betrachtung des Raman-Effekts
- Polarisierbarkeit
- Ramanstreuung
- Quantenmechanische Betrachtung
- Der Resonanz-Raman-Effekt
- Klassische Betrachtung des Raman-Effekts
- Ausbreitung von Lichtwellen
- Wellenoptik und Gaußsche Strahlen
- Paraxiale Näherung
- Gaußsche Strahlen
- Wellenoptik und Gaußsche Strahlen
- Experimenteller Aufbau
- Der Strahlengang
- Der Laser
- Das Raumfilter
- Das Mikroskop
- Die Probenträger
- Das Monochromatoren-System
- Der Vormonochromator
- Der Hauptmonochromator
- Antrieb der Monochromatoren und des xy-Tisches
- Die CCD-Kamera
- Experimentelle Ergebnisse und Diskussion
- Charakterisierung des Systems
- Der Laser
- Das Monochromatoren-System
- Die Probenträger
- Das Auflösungsvermögen des Raman-Mikroskops
- Langzeitschädigung durch Laserbestrahlung
- Ortsaufgelöste Ramanbilder
- Charakterisierung des Systems
- Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung eines ortsaufgelösten Raman-Mikroskops. Ziel ist es, die Möglichkeiten der Raman-Spektroskopie im Bereich der Materialanalyse zu erweitern und neue Anwendungen zu erschließen.
- Grundlagen des Raman-Effekts und dessen Anwendung in der Spektroskopie
- Entwicklung und Charakterisierung eines Raman-Mikroskops
- Anwendung des Raman-Mikroskops zur Analyse von Materialoberflächen
- Untersuchung der räumlichen Auflösung des Raman-Mikroskops
- Bewertung der Auswirkungen der Laserbestrahlung auf die Probe
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einleitung: Hier wird der historische Hintergrund der Ramanspektroskopie beleuchtet und die Bedeutung der Technik für die Materialanalyse hervorgehoben.
- Kapitel 2: Der Raman-Effekt: Dieses Kapitel behandelt die theoretischen Grundlagen des Raman-Effekts, sowohl aus klassischer als auch aus quantenmechanischer Sicht.
- Kapitel 3: Ausbreitung von Lichtwellen: Die Ausbreitung von Lichtwellen wird im Kontext des Raman-Mikroskops diskutiert, wobei die Wellenoptik und die Eigenschaften von Gaußschen Strahlen im Vordergrund stehen.
- Kapitel 4: Experimenteller Aufbau: Der Aufbau des ortsaufgelösten Raman-Mikroskops wird detailliert beschrieben, einschließlich der einzelnen Komponenten wie Laser, Mikroskop und Spektrometer.
- Kapitel 5: Experimentelle Ergebnisse und Diskussion: Die Charakterisierung des Raman-Mikroskops und die ersten Ergebnisse der Materialanalyse werden präsentiert und diskutiert. Die räumliche Auflösung des Systems und die Auswirkungen der Laserbestrahlung auf die Probe werden untersucht.
Schlüsselwörter
Raman-Spektroskopie, Ortsauflösung, Raman-Mikroskop, Materialanalyse, Laser, Lichtwellen, Gaußsche Strahlen, Spektrometer, CCD-Kamera, Auflösung, Laserbestrahlung.
- Quote paper
- J. Micha Kölbach (Author), 2002, Ortsaufgelöste Ramanstreuung, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/7531
