拉曼散射和布里淵散射都屬于非彈性散射，它是光場經(jīng)過非彈性散射將能量傳遞給介質(zhì)產(chǎn)生的效應(yīng)。非彈性散射的一個(gè)特點(diǎn)就是它的散射頻率不等同于入射頻率。

布里淵散射

布里淵散射是泵浦光子、斯托克斯光子與聲子間的相互作用，其過程是一個(gè)泵浦光子轉(zhuǎn)換成一個(gè)新的頻率較低的斯托克斯光子并同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新的聲子。不過與此同時(shí)，一個(gè)泵浦光子也可以吸收一個(gè)聲子的能量轉(zhuǎn)換成一個(gè)新的頻率較高的反斯托克斯光子。因此在自發(fā)布里淵散射光譜中，同時(shí)存在能量相當(dāng)?shù)乃雇锌怂购头此雇锌怂箖蓷l譜線。受激布里淵散射的具體過程是：當(dāng)泵浦光在光纖中傳播時(shí)，其自發(fā)布里淵散射光沿泵浦光相反的方向傳播，當(dāng)泵浦光的強(qiáng)度增大時(shí)，自發(fā)布里淵散射的強(qiáng)度增加，當(dāng)增大到一定程度時(shí)，反向傳輸?shù)乃雇锌怂构夂捅闷止鈱�發(fā)生干涉作用，產(chǎn)生較強(qiáng)的干涉條紋，使光纖局部折射率大大增加。這樣由于電致伸縮效應(yīng)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)聲波，聲波的產(chǎn)生激發(fā)出更多的布里淵散射光，激發(fā)出來的散射光又加強(qiáng)聲波，如此相互作用，產(chǎn)生很強(qiáng)的散射。

布里淵散射在分布式光纖傳感器、光纖陀螺、光纖相位共軛鏡、布里淵放大器等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。受激布里淵散射光纖陀螺的基本原理是：經(jīng)過分束的兩束激光沿不同的方向在光纖環(huán)中傳播，其產(chǎn)生的SBS光的頻率與系統(tǒng)三角速度有關(guān)，測量SBS光的拍頻，即可得到系統(tǒng)的角速度。

拉曼散射

光通過介質(zhì)時(shí)由于入射光與分子運(yùn)動(dòng)相互作用而引起的頻率發(fā)生變化的散射。其物理意義是入射光波的一個(gè)光子被一個(gè)分子散射成為另一個(gè)低頻光子，同時(shí)分子完成振動(dòng)態(tài)之間的躍遷。拉曼散射光譜中同一拉曼譜線的位移與入射光的波長無關(guān)，只和樣品的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)；斯托克斯線和反斯托克斯線對(duì)稱地分布在瑞利散射線兩側(cè)，斯托克斯線比反斯托克斯線的強(qiáng)度大。拉曼散射分為兩種，表面增強(qiáng)拉曼散射與共振拉曼散射。共振拉曼散射是當(dāng)一個(gè)化合物被入射光激發(fā)，激發(fā)線的頻率處于該化合物的電子吸收譜帶以內(nèi)時(shí)，由于電子躍遷和分子振動(dòng)的耦合，使某些拉曼譜線的強(qiáng)度陡然增加，這個(gè)效應(yīng)被成為共振拉曼散射。表面增強(qiáng)拉曼散射是當(dāng)一些分子被吸附到某些粗糙的金屬，如金、銀或銅的表面時(shí)，它們的拉曼譜線強(qiáng)度會(huì)得到極大地增強(qiáng)，這種不尋常的拉曼散射增強(qiáng)現(xiàn)象被稱為表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)。

拉曼散射技術(shù)可以提供快速、簡單、可重復(fù)、無損傷的物質(zhì)定性定量分析。由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光譜是研究水溶液中的生物樣品和化學(xué)化合物的理想工具。拉曼一次可以同時(shí)覆蓋50-4000波數(shù)的區(qū)間，可對(duì)有機(jī)物及無機(jī)物進(jìn)行分析。拉曼顯微鏡物鏡可將激光束進(jìn)一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面積的樣品。共振拉曼效應(yīng)可以用來有選擇性地增強(qiáng)大生物分子特個(gè)發(fā)色基團(tuán)的振動(dòng)，這些發(fā)色基團(tuán)的拉曼光強(qiáng)能被選擇性地增強(qiáng)1000到10000倍。重要的拉曼散射技術(shù)有單道檢測的拉曼光譜分析技術(shù)、以CCD為代表的多通道探測器、采用傅立葉變換技術(shù)的FT-Raman光譜分析技術(shù)、共振拉曼光譜分析技術(shù)等。

利用拉曼散射還可以制成拉曼光纖放大器，該放大器的物理實(shí)現(xiàn)方法是：受激拉曼散射將一小部分入射光功率轉(zhuǎn)移到頻率比其低的斯托克斯波上；如果一個(gè)弱信號(hào)與一強(qiáng)泵浦光波同時(shí)在光纖中傳輸，并使弱信號(hào)波長置于泵浦光的拉曼增益帶寬內(nèi)，弱信號(hào)光即可以得到放大。根據(jù)增益介質(zhì)的不同，又可分為分布式拉曼放大器（DRA）和分離式拉曼放大器（LRA）。

利用拉曼散射進(jìn)行樣品分析的技術(shù)，不需要對(duì)樣品進(jìn)行前處理，也沒有樣品的制備過程，避免了一些誤差的產(chǎn)生，并且在分析過程中操作簡便，測定時(shí)間短，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。以下將介紹兩種利用拉曼光譜進(jìn)行物質(zhì)分析的技術(shù)。