激光光谱技术原理及应用
激光拉曼光谱的原理和应用
激光拉曼光谱的原理和应用当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时,大部分的光会暗原来的发现透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。
在垂直方向观察时,除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外,还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应.由于拉曼谱线的数目,位移的大小,谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关.因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。
目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定,分子结构的研究推荐激光拉曼光谱法是以拉曼散射为理论基础的一种光谱分析方法。
激光拉曼光谱法的原理是拉曼散射效应.拉曼散射：当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时，大部分光子只是发生改变方向的散射，而光的频率并没有改变，大约有占总散射光的10－10－１0—6的散射，不公改变了传播方向,也改变了频率。
这种频率变化了的散射就称为拉曼散射。
对于拉曼散射来说,分子由基态E0被激发至振动激发态E1，光子失去的能量与分子得到的能量相等为△E 反映了指定能级的变化。
因此，与之相对应的光子频率也是具有特征性的,根据光子频率变化就可以出分子中所含有的化学键或基团。
这就是拉曼光谱可以作为分子结构的分析工具的理论工具. 拉曼光谱仪的主要部件有:激光光源、样品室、分光系统、光电检测器、记录仪和计算机。
应用激光拉曼光谱法的应用有以下几种：在有机化学上的应用,在高聚物上的应用,在生物方面上的应用，在表面和薄膜方面的应用。
有机化学拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定的手段，拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是碇化学键、能团的重要依据。
利用偏振特性，拉曼光谱还可以作为顺反式结构的依据。
高聚物拉曼光谱可以提供碳链或环的结构信息。
在确定异构体（单休异构、位置异构、几何异构和空间立现异构等）的研究中拉曼光谱可以发挥其独特作用。
电活性聚合物如聚毗咯、聚噻吩等的研究常利用拉曼光谱为工具,在高聚物的生产方面，如对受挤压线性聚乙烯的形态、高强度纤维中紧束分子的观测，以及聚乙烯磨损碎片结晶度的测量等研究中都彩了拉曼光谱。
激光光声光谱技术
激光光声光谱检测技术激光光声光谱技术作为一种高灵敏度的微量气体检测技术历史已经超过30年，几乎同红外气体检测技术一样长。
这两种检测技术的共同点都是利用气体分子吸收红外线的特性，二者的区别在于光源。
红外检测技术是利用红外线做光源，是广谱的光源，即使经过滤光片依然是广谱的光源，所以红外气体传感器的选择性差灵敏度低。
激光光声光谱技术采用激光器做光源，是单一频率的光源，光源的频率可以和气体分子的吸收频率一致，所以激光光声光谱技术的特点是选择性好灵敏度高。
一、激光光声光谱气体检测技术原理光声气体检测原理是利用气体吸收一强度随时间变化的光束而被加热时所引起的一系列声效应。
当某个气体分子吸收一频率为ν的光子后，从基态E0跃迁到激发态E1，则两能量级的能量差为E1-E0=hv。
受激气体分子与气体中任何一分子相碰撞，经过无辐射驰豫过程而转变为相撞的两个分子的平均动能(既加热)，通过这种方式释放能量从尔返回基态。
气体通过这种无辐射的驰豫过程把吸收的光能部分地或全部的转换成热能而被加热。
如果入射光强度调制的频率小于该驰豫过程的驰豫频率，则这光强的调制就会在气体中产生相应的温度调制。
根据气体定律,封闭在光声腔内的气体温度就会产生与光强调制频率相同的周期性起伏。
也就是说,强度时变的光束在气体试样内激发出相应的声波,用传声器便可直接检测该信号。
气体光声检测系统通常由激光器(或普通单色光源)、调制器(使光束作强度调制,例如机械切光器、电光调制器等)、充有被测吸收气体和装有检测传声器的光声腔以及信号采集处理系统组成。
利用光声原理实现的气体检测技术是基于气体的特征红外吸收,间接测量气体吸收的能量，因此测量灵敏度高，检测极限低，切不存在传感器老化的问题。
1971年Kreuzer从理论上分析利用染料激光器和高灵敏度穿声器的光声技术的检测极限达到10-12数量级，比传统的红外光谱仪灵敏度高104倍。
二、LLD-100型高灵敏度快速响应的SF6定量检漏仪SF6气体泄漏检测仪一般都要求体积小、重量轻、用电池供电以适合电力系统现场使用，但激光光声光谱气体技术中所需要的激光器一般体积都很大、功率消耗也很大，所以制造出的仪器体积庞大而且需要交流电供电，不适合电力系统现场使用。
超快激光光谱技术的原理与应用
超快激光光谱技术的原理与应用激光技术一直以来都是科学与技术领域中备受瞩目的技术，它的应用范围很广，如医学、化学、物理等领域，而激光光谱技术则是激光技术中的一个非常重要的分支，它能够帮助科学家们发现物质的本质和作用。
其中，超快激光光谱技术则是近年来备受关注的一种新型光谱技术，它具有分辨率高、灵敏度高、快速性等优势，被广泛应用于化学催化、生物分子、材料科学等领域。
本文将对超快激光光谱技术的原理及应用进行介绍。
一、超快激光光谱技术的原理超快激光光谱技术是一种基于激光技术的光谱分析方法，它可以观察到物质分子在短时刻内的动力学变化以及分子内部的振动/转动、电子/电离过程等。
它利用超快激光脉冲去激发分子，然后通过检测产生的激发态中发射出来的光子的波长和强度来研究完整的分子结构和动力学行为。
超快激光光谱技术的原理是利用激光脉冲的能量作用于样品产生电子激发或振动/转动激发，引起物质发射出较短的时间内的发光信号。
短脉冲时间可以达到几百飞秒、毫秒和纳秒，非常快，使分子中发生的各种过程都可以被成功探测到。
当样品物质在激光场作用下发射出的光通过激光光谱学的方法分析时，可以得到各种分子内部振动、转动、电子乃至离子过程的信息。
二、超快激光光谱技术的应用超快激光光谱技术已经被广泛应用于化学催化、生物分子、材料科学等领域。
以下是几个常见的应用：1、化学催化超快激光光谱技术在化学催化方面的应用比较广泛，它可以帮助我们研究催化反应的中间体，观察反应过程，探究催化体系的结构和活性中心。
2、生物分子超快激光光谱技术在生物分子方面的应用可以帮助我们探究生物大分子的内部结构和动力学过程，如DNA、RNA、蛋白质等的结构、振动、转动等。
3、材料科学超快激光光谱技术在材料科学方面的应用可以帮助我们研究新型材料的合成、结构和性质，如半导体、金属等材料。
三、超快激光光谱技术的未来发展虽然超快激光光谱技术在科学和工业领域中的应用已经非常广泛，但其还有很大的发展潜力。
激光光谱分析检测环境污染物原理
激光光谱分析检测环境污染物原理激光光谱分析是一种非常重要的技术手段，它可以用来检测环境污染物。
在环境保护和污染治理方面，了解和监测污染物的特性和浓度非常关键。
激光光谱分析作为一种高灵敏度和高选择性的分析方法，在环境监测中得到了广泛应用。
激光光谱分析是基于激光的原理进行污染物分析的方法。
首先，我们需要知道激光的基本原理。
激光是一种特殊的光，它具有单一的频率和相干性。
与其他光源不同，激光具有高度定向性和高度亮度，这使得它在光谱分析中非常有用。
激光光谱分析的基本原理是利用激光与物质相互作用时发生的效应进行分析。
当激光束与物质相互作用时，会发生吸收、散射、荧光、拉曼散射等效应，这些效应会在光谱图上留下独特的特征。
通过检测并分析这些特征，我们可以确定物质的成分和浓度。
在激光光谱分析中，常用的方法有激光吸收光谱、激光散射光谱和激光诱导荧光光谱等。
这些方法可以用来检测各种不同的污染物，包括气体、液体和固体。
激光吸收光谱是通过测量物质对激光的吸收程度来分析污染物的方法。
当激光束经过物质时，吸收光谱图会出现特定波长的吸收峰。
通过测量吸收峰的位置和强度，可以确定物质的种类和浓度。
激光散射光谱是通过测量光散射的角度和强度来分析污染物的方法。
当激光束与物质相互作用时，光会发生散射，散射角度和强度与物质的性质相关。
通过测量散射光谱图的特征，可以确定物质的种类和浓度。
激光诱导荧光光谱是通过测量物质在受激辐射后发射的荧光光谱来分析污染物的方法。
当物质受到激光辐射时，会吸收能量并发射出荧光。
不同的物质会在不同的波长范围内发射荧光，通过测量荧光光谱图的特征，可以确定物质的种类和浓度。
激光光谱分析检测环境污染物具有许多优势。
首先，激光的高度定向性和高度亮度使得测量精度高，可以检测低浓度的污染物。
其次，激光光谱分析对样品的要求较低，可以直接对气体、液体和固体进行分析，且不需要样品的处理。
此外，激光光谱分析的技术已经非常成熟，设备简单易用，可以快速进行实时监测。
激光拉曼光谱的发展历史、原理以及在催化领域的应用讲解
激光拉曼光谱的发展历史、原理以及在催化领域的应用作者：李帅鲜高启楠时间：2010-5-14 17:14:00论文关键词:激光拉曼光谱原理综述论文摘要:论文综述了激光拉曼光谱的发展历史、原理以及在催化领域的应用研究进展。
1拉曼光谱的发展历史印度物理学家拉曼于1928年用水银灯照射苯液体,发现了新的辐射谱线:在入射光频率ω0的两边出现呈对称分布的,频率为ω0-ω和ω0+ω的明锐边带,这是属于一种新的分子辐射,称为拉曼散射,其中ω是介质的元激发频率。
拉曼因发现这一新的分子辐射和所取得的许多光散射研究成果而获得了1930年诺贝尔物理奖。
与此同时,前苏联兰茨堡格和曼德尔斯塔报导在石英晶体中发现了类似的现象,即由光学声子引起的拉曼散射,称之谓并合散射。
法国罗卡特、卡本斯以及美国伍德证实了拉曼的观察研究的结果。
然而到1940年,拉曼光谱的地位一落千丈。
主要是因为拉曼效应太弱(约为入射光强的10-6),人们难以观测研究较弱的拉曼散射信号,更谈不上测量研究二级以上的高阶拉曼散射效应。
并要求被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧光等等。
所以到40年代中期,红外技术的进步和商品化更使拉曼光谱的应用一度衰落。
1960年以后,红宝石激光器的出现,使得拉曼散射的研究进入了一个全新的时期。
由于激光器的单色性好,方向性强,功率密度高,用它作为激发光源,大大提高了激发效率。
成为拉曼光谱的理想光源。
随探测技术的改进和对被测样品要求的降低,目前在物理、化学、医药、工业等各个领域拉曼光谱得到了广泛的应用,越来越受研究者的重视。
70年代中期,激光拉曼探针的出现,给微区分析注人活力。
80年代以来,美国Spex公司和英国Rr i ns how公司相继推出,位曼探针共焦激光拉曼光谱仪,由于采用了凹陷滤波器(notch filter)来过滤掉激发光,使杂散光得到抑制,因而不在需要采用双联单色器甚至三联单色器,而只需要采用单一单色器,使光源的效率大大提高,这样入射光的功率可以很低,灵敏度得到很大的提高。
超快激光光谱学的原理与技术
超快激光光谱学的原理与技术超快激光光谱学（Ultrafast Laser Spectroscopy）是一种利用超快激光技术来研究物质的光学和电子过程的分析方法。
它通过测量物质对短脉冲激光的响应来获得信息，可以提供非常高的时间分辨率以及精确的光谱特性。
本文将介绍超快激光光谱学的原理和常用的技术。
超快激光的原理主要基于激光脉冲的特性。
超快激光是指激光脉冲的时间尺度在飞秒（10^-15秒）或皮秒（10^-12秒）级别，这使得我们能够观察和研究材料中发生的非常快的过程。
超快激光通常由飞秒激光器产生，其光谱范围可以覆盖从紫外到红外的波长。
超快激光光谱学的核心技术是时间分辨光谱测量。
其中最基本的方法是通过脉冲延迟线来控制两个光束之间的时间差，并利用这个时间差来研究样品对光的响应。
这种方法称为傅里叶变换光学相干光谱学（FT-CARS）。
在实验过程中，我们通常将样品暴露在一个脉冲激光束中，并在另一个激光束中引入一个延迟。
然后，通过探测两束光的相互作用，我们可以测量样品中的光谱特征。
1.傅里叶变换红外光谱学（FTIR）：通过将样品暴露在一个连续的宽带红外光源下，并测量样品在不同频率上的吸收或散射，来获得材料的红外光谱信息。
这种方法可以提供非常高的分辨率和灵敏度，并且可以用于研究材料的振动和转动运动。
2. 顺应性光谱学（Transient Absorption Spectroscopy）：通过测量材料对短脉冲激光的吸收或透射来研究光吸收过程。
当样品吸收光子并进入激发态时，会出现吸收峰或谱线。
通过测量光线通过样品前后的强度差异，可以获得激发态的寿命、能级结构和激发态之间的相互作用等信息。
3. 闪烁光谱学（Fluorescence Spectroscopy）：测量样品在激发态向基态跃迁时所发射的荧光光谱。
该方法可以用于研究材料的激发态寿命、荧光发射强度以及能级结构。
常用的技术包括时间分辨荧光光谱法（Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy）和荧光相关光谱学（Fluorescence Correlation Spectroscopy）。
激光击穿光谱技术的原理与进展
T 3/ 2 N D 1.72 10 1 / 2 ne
9
在典型LIBS条件下，离子的贡献可以忽略 ，上式变为
1 / 2
ne 2 w 16 10
LIP的电子温度
在等离子体局部热平衡LTE情况下，相同原子的两条谱线的强度
1 2 I1 Ag 1 1 1 exp I 2 A2 g 2 2 k BT
实验方法
典型系统
典型远程系统
平面光栅光谱仪
中阶梯光栅光谱仪
利用交叉色数，光谱仪具有高 分辨率与色散率，且体积较 小，是便携式 LIBS 中优先采 用对象。一个用于宽带样品分 析的中阶梯光栅的光谱仪，光 谱范围通常190——800nm。
/ 2500 ~ 10000
等离子体成像
LIBS 的特点
特点： ——对固体、液体、气体和气溶胶都有很好的取样分析能力； ——具有快速的元素分析能力，对分析样品不需或只要稍作预处理，从而增加了 检测通量，也更加方便和减少了污染发生的机会； ——取样量很少，一般是 数十 ng至数百 g。对样品不会产生实质性损损伤； ——能分析难以溶解与分解的坚硬物质，如陶瓷与超导体； ——局域的微区分析提供~1-100 m 的空间分辨能力； ——具有多元素同时分析能力；能分析包括 C, H, Li, B 及 Be 的轻元素(Z<12)； ——具有远程的分析能力。LIBS 本质上是全光型技术，只要能对材料光学访问就 可进行分析； ——具有潜在的直接检测气溶胶(气体介质中的固体或液体粒子)能力。 不足： ——成本与系统复杂性的增加； ——难以获得适当的分析标准(半定量)； ——干涉的影响(包括基体干涉，气溶胶干涉，粒子尺度的干涉)； ——检测限不像解决技术问题那样容易建立； ——精度差，一般为5-10%； ——受高能激光脉冲的眼损伤的可能。
激光光谱技术及应用 第一章
根据光强和振幅的关系
I E t E* t
2E
2 0
1
cos
I min
I max
空腔中的电磁场
对于一个封闭在空腔中的电磁场，根据 边界条件，空腔中只能存在特定的模式
E = E0 exp(it kr)
其中
r = xex yey zez
k
=
nx
Lx
ex
r
0
E
2
1
r 0
B2
平面电磁波的能流密度（单位时间
流过单位面积的能量），即坡印廷
矢量S.
S EH
1 n r 0 r0
c n rr
光强 I
I c nr
电磁场的动量
当电磁波照射到金属表 面时，导体会受到辐射 压力，电场分量产生传 导电流 j，磁场分量对该 电流施加洛伦兹力 f。
等离子体中可能产生的跃迁光谱有：
1. 分立谱：原子的束缚能级之间 的跃迁给出的分立谱。
2. 韧致辐射：发生在离化限以上 的连续区中，这里也是自由电 子去，高温下的自由电子可能 会具有很高的动能，电子在运 动中当发生动能降低时，就会 伴随产生辐射，这种辐射称之 为韧致辐射，是一种连续谱。
3. 自由—束缚跃迁：由于自由区中辐射的波长可以连续改变，所以给出连续谱。 4. 自由—准连续态跃迁：与自由—束缚跃迁类似，
自然线宽
经典理论把原子看成一个振荡电偶
极子。电偶极子的振荡向其周围发
射电磁场，而电磁场发射将使振子
的能量耗散，于是振荡幅度逐步衰
减下来，发射的电磁场强度也因此
kBT
n
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激光光谱技术原理及应用
激光光谱技术是一种基于激光与物质相互作用的分析技术，它具有高分辨率、
高灵敏度和非破坏性等特点，广泛应用于化学、生物、医学、环境等领域。
本文将介绍激光光谱技术的原理及其在不同领域中的应用。
激光光谱技术的原理主要基于激光与物质相互作用的过程。
当激光与样品相互
作用时，激光的能量会被样品吸收、散射或荧光发射。
通过检测样品对激光的吸收、散射或荧光发射，可以获得样品的信息，如化学成分、结构特征等。
激光光谱技术包括吸收光谱、拉曼光谱、荧光光谱等多种技术，每种技术都有其特定的应用场景和优势。
在化学领域，激光光谱技术被广泛应用于化学成分分析、反应动力学研究等方面。
例如，拉曼光谱技术可以用于研究化学物质的结构特征，实现对微观分子结构的非破坏性表征。
在生物领域，激光光谱技术可以用于细胞成分分析、蛋白质结构研究等方面。
通过激光荧光光谱技术，可以实现对生物样品中特定成分的高灵敏度检测，为生物医学研究提供重要的技术支持。
在医学领域，激光光谱技术被应用于疾病诊断、药物分析等方面。
例如，激光
吸收光谱技术可以用于检测人体血液中的特定成分，实现对疾病的早期诊断。
在环境领域，激光光谱技术可以用于大气污染监测、水质分析等方面。
通过激光散射光谱技术，可以实现对环境样品中微量污染物的快速检测，为环境保护工作提供重要的数据支持。
总之，激光光谱技术具有广泛的应用前景，可以为化学、生物、医学、环境等
领域的研究和应用提供重要的技术支持。
随着激光技术和光谱技术的不断发展，相信激光光谱技术在更多领域中将发挥重要作用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。