Principe
Imagerie Raman de matériaux et dispositifs hétérogènes

Dans les Techniques de l’Ingénieur

Spectrométrie Raman [P 2 865] de J. Barbillat, D. Bougeard, G. Buntinx, M. Delhaye, P. Dhamelincourt et F. Fillaux

L’interaction entre la matière et une radiation lumineuse monochromatique d’excitation (laser) conduit à une diffusion élastique (la fréquence, ou la longueur d’onde, de la lumière diffusée reste inchangée), appelée diffusion Rayleigh, et à une diffusion inélastique, avec donc échange d’énergie et modification de la fréquence, appelée diffusion Raman. Dans un solide, la dynamique des atomes est collective (effet des symétries structurales) et l’on distingue des modes de vibration acoustique (ondes en phase, peu énergétiques) et optique (déplacement en opposition de phase). L’interaction avec les vibrations acoustiques conduit à la diffusion Brillouin, celle avec les modes optiques est la diffusion Raman proprement dite. La matière peut soit recevoir, soit céder de l’énergie aux photons. Un spectre Raman comportera deux parties symétriques de part et d’autre de la fréquence d’excitation laser (ν₀), l’une appelée Stokes Raman, l’autre anti-Stokes Raman, selon le sens de l’échange.

On parle souvent en nombre d’onde (en cm⁻¹) :

Lorsque la matière fournit de l’énergie, l’intensité des pics reflète la population des niveaux vibrationnels et donc la température (côté anti-Stokes). On utilise donc préférentiellement la partie Stokes et, par simplicité, on ne considère que le décalage Raman entre les pics Raman et la raie excitatrice ν₀ (Rayleigh), et non les nombres d’onde absolus.

Il s’ensuit que pour un composé transparent, un même spectre Raman sera obtenu quelle que soit la couleur du laser d’excitation (par exemple, bleu, vert ou rouge). Par contre, si le composé analysé est coloré, l’interaction entre la lumière et la liaison chimique est plus complexe (Raman dit de résonance) et certains modes de vibration, mettant en jeu la liaison chimique chromophore,...