Comme la spectroscopie infrarouge (IR), la spectroscopie Raman permet d’accéder aux niveaux vibrationnels et rotationnels des molécules. Le processus mis en jeu est lié à une variation de la polarisabilité de la molécule au cours d’une transition vibrationnelle. Contrairement à
la spectroscopie IR, dont elle est pourtant complémentaire par ses règles de sélection, la spectroscopie Raman est longtemps restée une méthode peu utilisée malgré les nombreux avantages attrayants qu’elle présente. Tout d’abord, la préparation des échantillons peut être réduite au minimum puisqu’il est possible de travailler à l’état liquide, gazeux ou solide. Enfin, cette technique ouvre des applications dans le domaine biologique ou médical, car la diffusion Raman de l’eau est très faible, ce qui permet son utilisation comme solvant.

 

La diffusion de la lumière se manifeste par la déviation d’une partie du faisceau lumineux dans des directions multiples. La majorité de la lumière diffusée est de même énergie que la lumière incidente. Ce phénomène de diffusion élastique est nommé diffusion Rayleigh.
Cependant, une petite partie de la lumière diffusée (environ un photon sur $10^6$ ) présente un gain ou une perte d’énergie par rapport à la lumière incidente. C’est le phénomène de diffusion Raman.

Dans une approche classique, ce phénomène de diffusion inélastique s’explique par la création d’un dipôle induit qui oscille à une fréquence différente de celle de la lumière incidente. En effet, sous l’action d’une onde électromagnétique monochromatique de fréquence ω dont le champ électrique oscille selon :

$$ \bbox[white,8px,border:1px solid black] { \vec E = \vec E_0 \cos (\omega t) } $$

le nuage électronique d’une molécule (ou d’un solide) peut se déformer donnant lieu à une polarisation $\vec P $ :

$$ \bbox[white,8px,border:1px solid black] { \vec P = [ \alpha ] \vec E } $$

$  [ \alpha ] $  étant le tenseur polarisabilité de la molécule (ou du solide), qui représente la capacité du nuage électronique à se déformer sous l’action d’un champ électrique $\vec E$
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