Biên độ dao động được gọi là chuyển vị hạt nhân. Nói một cách khác, ánh sáng laser đơn sắc với tần số kích thích các phân tử υ0 và chuyển chúng thành các lưỡng cực dao động. Các lưỡng cực dao động này phát ra ánh sáng ở 3 bước sóng khác nhau khi:
1. Một phân tử khơng có chế độ hoạt động Raman hấp thụ một Photon với tần số υ0. Phân tử được kích thích sẽ trở lại trạng thái dao động cơ bản ban đầu và phát xạ ánh sáng với cùng tần số υ0 như nguồn kích thích. Loại tương tác này được gọi là tán xạ Rayleigh đàn hồi.
2. Một Photon có tần số υ0 được hấp thụ bởi một phân tử hoạt động Raman đang ở trạng thái dao động cơ sở tại thời điểm diễn ra tương tác. Một phần năng lượng của Photon được truyền sang trạng thái hoạt động Raman υm và kết quả là tần số của ánh sáng tán xạ giảm đi thành (υ0 - υm). Tần số Raman này được gọi là tần số Stokes hoặc chỉ là “Stokes”.
3. Một photon có tần số υ0 được hấp thụ bởi một phân tử hoạt động Raman đã ở trang thái dao động kích thích tại thời điểm tương tác. Năng lượng thừa của chế độ hoạt động Raman kích thích được giải phịng, phân tử quay trở lại trạng thái dao động cơ sở ban đầu và kết quả là tần số của ánh sáng tán xạ tăng thành
(υ0 + υm). Tần số Raman này được gọi là tần số Phản Stokes hoặc chỉ là “Anti- Stokes”.
Khoảng 99,999% các Photon tới trong Raman tự phát trải qua tán xạ Rayleigh đàn hồi. Loại tín hiệu này khơng sử dụng được cho mục đích mơ tả đặc điểm phân tử. chỉ khoảng 0,001% ánh sáng tới tạo ra tín hiệu Raman khơng đàn hồi với tần số (υ0 ± υm). Tán xạ Raman tự phát rất yếu và phải có phương pháp đặc biệt để phân biệt nó với tán xạ chiếm ưu thế Rayleigh. Các thiết bị như bộ lọc khấc bỏ dải, bộ lọc điều chỉnh được, khe chặn laser, các hệ thống quang phổ kế hai hoặc ba lần được sử dụng để làm giảm tán xạ Rayleigh và thu nhật các phổ Raman chất lượng cao.
* Thiết bị bao gồm:
Một hệ thống Raman điển hình có 4 hợp phần chính: 1. Nguồn kích thích (Tia laser)
2. Hệ thống chiếu sáng mẫu và hệ thống quang thu ánh sáng tán xạ 3. Bộ chọn bước sóng (bộ lọc hoặc quang phổ kế)
4. Đầu dị (đầu dò chuỗi diode quang, CCD hoặc PMT)