หลักการของ SRS สามารถเข้าใจได้โดยสัญชาตญาณโดยใช้คำอธิบายทางกลศาสตร์ควอนตัมของระดับพลังงานของโมเลกุล ในขั้นต้น โมเลกุลอยู่ในสถานะพื้นฐาน ซึ่งเป็น ระดับพลังงานอิเล็กตรอนต่ำสุด จากนั้น โมเลกุลจะดูดซับทั้งโฟตอนปั๊มและโฟตอนสโตกส์พร้อมกัน ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนสถานะการสั่น (หรือการหมุน) ด้วยความน่าจะเป็นบางอย่าง การเปลี่ยนสถานะนี้สามารถคิดได้ว่าเป็นการเปลี่ยนสถานะสองขั้นตอน โดยในขั้นตอนแรก โมเลกุลจะถูกกระตุ้นโดยโฟตอนปั๊มไปยังสถานะเสมือนและในขั้นตอนที่สอง มันจะผ่อนคลายไปยังสถานะการสั่น (หรือการหมุน) อื่นที่ไม่ใช่สถานะพื้นฐาน สถานะเสมือน ซึ่งเป็นการซ้อนทับของส่วนหางความน่าจะเป็นของสถานะจริง ไม่สามารถถูกครอบครองโดยโมเลกุลได้ อย่างไรก็ตาม การดูดซับโฟตอนสองตัวพร้อมกันอาจเป็นเส้นทางเชื่อมต่อระหว่างสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้าย เมื่อความแตกต่างของพลังงานระหว่างโฟตอนปั๊มและโฟตอนสโตกส์ตรงกับความแตกต่างของพลังงานระหว่างสถานะการสั่น (หรือการหมุน) บางสถานะกับสถานะพื้นฐาน ความน่าจะเป็นสำหรับการเปลี่ยนสถานะเนื่องจากกระบวนการกระตุ้นนี้จะเพิ่มขึ้นหลายเท่า

โฟตอนแต่ละตัวที่เกิดปรากฏการณ์ SRS จะเปลี่ยนสีจากสีของลำแสงปั๊มไปเป็นสีของลำแสงสโตกส์ ดังนั้น สัญญาณ SRS จึงเป็นสัดส่วนกับการลดลงหรือเพิ่มขึ้นของความเข้มของลำแสงปั๊มหรือลำแสงสโตกส์ตามลำดับ สมการอัตราต่อไปนี้อธิบายการเปลี่ยนแปลงความเข้มของลำแสงเหล่านี้

${\displaystyle {\frac {dI_{S}}{dz}}=g_{R}I_{p}I_{S}-\alpha I_{S},}$

${\displaystyle {\frac {dI_{p}}{dz}}=-{\frac {\omega _{p}}{\omega _{S}}}g_{\mathrm {R} }I_{p}I_{S}-\alpha I_{p},}$

ที่ไหน,${\displaystyle I_{p}}$และ${\displaystyle I_{S}}$คือความเข้มของลำแสงปั๊มและลำแสงสโตกส์ ตามลำดับ${\displaystyle \omega _{p}}$และ${\displaystyle \omega _{S}}$คือความถี่เชิงมุมของปั๊มและสโตกส์ ตามลำดับ${\displaystyle z}$คือพิกัดที่ลำแสงแพร่กระจายไป${\displaystyle g_{R}}$คือค่าสัมประสิทธิ์การขยายสัญญาณรามาน และ${\displaystyle \alpha }$คือค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสีย ค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียเป็นค่าสัมประสิทธิ์ที่มีประสิทธิภาพซึ่งอาจอธิบายถึงการสูญเสียเนื่องจากกระบวนการต่างๆ เช่นการกระเจิงของเรย์ลี การดูดกลืนเป็นต้นสมการอัตราแรกอธิบายการเปลี่ยนแปลงความเข้มของลำแสงสโตกส์ตามความยาวปฏิสัมพันธ์ SRS พจน์แรกทางด้านขวามือเทียบเท่ากับปริมาณความเข้มที่ลำแสงสโตกส์ได้รับเนื่องจาก SRS เนื่องจาก SRS เกี่ยวข้องกับลำแสงทั้งสอง พจน์นี้จึงขึ้นอยู่กับทั้ง${\displaystyle I_{p}}$และ${\displaystyle I_{S}}$พจน์ที่สองเทียบเท่ากับปริมาณความเข้มที่สูญเสียไป ดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับเท่านั้น${\displaystyle I_{S}}$สมการอัตราที่สองอธิบายถึงการเปลี่ยนแปลงความเข้มของลำแสงปั๊ม รูปแบบของมันคล้ายกับสมการแรก พจน์แรกทางด้านขวามือของสมการที่สองเท่ากับพจน์ที่สอดคล้องกันจากสมการแรกโดยมีตัวคูณอยู่ด้วย${\displaystyle -\omega _{p}/\omega _{S}}$ปัจจัยนี้สะท้อนให้เห็นว่าโฟตอนแต่ละตัว (ตรงข้ามกับหน่วยความเข้ม) ที่สูญเสียไปจากลำแสงปั๊มเนื่องจาก SRS นั้น จะถูกชดเชยด้วยลำแสงสโตกส์

ในกรณีส่วนใหญ่ เงื่อนไขการทดลองสนับสนุนสมมติฐานที่เรียบง่ายสองประการ: (1) การสูญเสียโฟตอนตามความยาวปฏิสัมพันธ์ของรามาน${\displaystyle \Delta z}$มีค่าเล็กน้อยมากจนสามารถละเลยได้ ในทางคณิตศาสตร์ ค่านี้สอดคล้องกับ

${\displaystyle \alpha /g_{R}\ll I_{p},I_{S}}$

และ (2) การเปลี่ยนแปลงความเข้มของลำแสงเป็นแบบเชิงเส้น ในทางคณิตศาสตร์ สิ่งนี้สอดคล้องกับ

${\displaystyle g_{R}\cdot \Delta z\cdot Max(I_{p},I_{S})\ll 1}$.

ดังนั้น สัญญาณ SRS ซึ่งก็คือการเปลี่ยนแปลงความเข้มของลำแสงปั๊มและลำแสงสโตกส์ จึงสามารถประมาณได้โดย

${\displaystyle \Delta I_{S}\simeq g_{\mathrm {R} }I_{p,0}I_{S,0}\Delta z,}$

${\displaystyle \Delta I_{p}\simeq -{\frac {\omega _{p}}{\omega _{S}}}g_{\mathrm {R} }I_{p,0}I_{S,0}\Delta z,}$

ที่ไหน${\displaystyle I_{p,0}}$และ${\displaystyle I_{S,0}}$โดยที่ คือความเข้มของลำแสงปั๊มและลำแสงสโตกส์เริ่มต้น ตามลำดับ ส่วนความยาวของการปฏิสัมพันธ์แบบรามานนั้น ในหลายกรณี สามารถประเมินความยาวนี้ได้ในลักษณะเดียวกับการประเมินความยาวของเรย์ลีดังนี้

${\displaystyle \Delta z=4\pi n\omega _{0}^{2}/(\lambda _{p}+\lambda _{S})}$.

ที่นี่,${\displaystyle n}$และ${\displaystyle \omega _{0}}$โดยที่ ค่าดัชนีหักเห เฉลี่ย และขนาดลำแสงเฉลี่ยคือค่าดังกล่าว และ${\displaystyle \lambda _{p}}$และ${\displaystyle \lambda _{S}}$โดยที่ คือความยาวคลื่นของปั๊มและสโตกส์ ตามลำดับ

โมเลกุลทุกชนิดมีค่าการเลื่อนของรามานที่เป็นลักษณะเฉพาะ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสถานะการสั่น (หรือการหมุน) ที่เฉพาะเจาะจง ความสัมพันธ์ระหว่างค่าการเลื่อนของรามาน${\displaystyle \Delta \omega }$และความยาวคลื่นของโฟตอนปั๊มและสโตกส์จะกำหนดโดย

${\displaystyle \Delta \omega [\mathrm {cm} ^{-1}]=\left({\frac {1}{\lambda _{p}[\mathrm {nm} ]}}-{\frac {1}{\lambda _{S}[\mathrm {nm} ]}}\right)\times {\frac {[10^{7}\mathrm {nm} ]}{[\mathrm {cm} ]}}}$

เมื่อความแตกต่างของความยาวคลื่นระหว่างเลเซอร์ทั้งสองใกล้เคียงกับการเปลี่ยนผ่านแบบรามาน ค่าสัมประสิทธิ์การขยายแบบรามานก็จะสูงขึ้น${\displaystyle g_{R}}$ได้รับค่าตามลำดับของ${\displaystyle 10^{-30}[\mathrm {cm} ^{2}/\mathrm {molecule} \cdot \mathrm {sr} ]}$ส่งผลให้ได้ SRS ที่มีประสิทธิภาพ เมื่อความแตกต่างนี้เริ่มแตกต่างจากการเปลี่ยนผ่านของรามานที่เฉพาะเจาะจง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายของรามานจะลดลง และกระบวนการจะยิ่งมีประสิทธิภาพน้อยลงและตรวจจับได้ยากขึ้น

ชุดอุปกรณ์ทดลอง SRS ประกอบด้วยลำแสงเลเซอร์สองลำ (โดยปกติจะอยู่ในแนวเดียวกัน) ที่มีโพลาไรเซชันเดียวกัน ลำหนึ่งใช้เป็นลำแสงกระตุ้น (pump) และอีกหนึ่งใช้เป็นลำแสงสโตกส์ (Stokes) โดยทั่วไปแล้ว อย่างน้อยหนึ่งในเลเซอร์จะเป็นแบบพัลส์ การปรับความเข้มของเลเซอร์นี้ช่วยในการตรวจจับสัญญาณ นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มแอมพลิจูดของสัญญาณ ซึ่งช่วยในการตรวจจับเช่นกัน ในการออกแบบชุดอุปกรณ์ทดลองนั้น ผู้ทดลองมีอิสระอย่างมากในการเลือกเลเซอร์กระตุ้นและเลเซอร์สโตกส์ เนื่องจากเงื่อนไขรามาน (แสดงในสมการข้างต้น) ใช้ได้เฉพาะกับความแตกต่างของความยาวคลื่นเท่านั้น

งานในสาขานี้ดำเนินการทั้งในกลุ่ม Cina ^{[ 3 ]}และ Bar ^{[ 4 ] [ 5 ]}คอนฟอร์เมอร์แต่ละตัวเกี่ยวข้องกับลายเซ็นสเปกตรัม SRS ที่แตกต่างกันเล็กน้อย การตรวจจับภูมิทัศน์ที่แตกต่างกันเหล่านี้บ่งชี้ถึงโครงสร้างคอนฟอร์เมชันที่แตกต่างกันของโมเลกุลเดียวกัน

ในที่นี้ จะใช้ประโยชน์จากความสัมพันธ์ของสัญญาณ SRS กับความเข้มข้นของวัสดุ การวัดสัญญาณ SRS ที่แตกต่างกันซึ่งเกี่ยวข้องกับวัสดุต่างๆ ในองค์ประกอบ จะช่วยให้สามารถกำหนดความสัมพันธ์เชิงสัดส่วนขององค์ประกอบนั้นได้

กล้องจุลทรรศน์แบบการกระเจิงรามานแบบกระตุ้น (SRS)ช่วยให้สามารถสร้างภาพในเนื้อเยื่อที่มีชีวิตได้โดยไม่ต้องใช้ฉลากและไม่รุกราน ในวิธีนี้ ซึ่งริเริ่มโดยกลุ่มของ Xie ^{[ 6 ]}จะมีการสร้างภาพโดยการวัด SRS บนตารางกริด โดยการวัดแต่ละครั้งจะเพิ่มพิกเซลให้กับภาพ

การใช้พัลส์เลเซอร์เฟมโตวินาที ดังที่ทำในกลุ่ม Katz, Silberberg ^{[ 7 ]}และ Xie ^{[ 8 ]}ช่วยให้สามารถสร้างส่วนสำคัญของสัญญาณสเปกตรัมได้ทันทีด้วยพัลส์เลเซอร์เพียงพัลส์เดียว สัญญาณที่กว้างเกิดจากความกว้างของแถบเลเซอร์ตามที่กำหนดโดยหลักการความไม่แน่นอนซึ่งกำหนดสัดส่วนผกผันระหว่างความไม่แน่นอนในเวลาและความถี่ วิธีนี้เร็วกว่าวิธีการกล้องจุลทรรศน์แบบดั้งเดิมมาก เนื่องจากไม่ต้องเสียเวลาในการสแกนความถี่เป็นเวลานาน