光谱技术1-研究生课程
光谱技术的应用
光谱技术是一门研究物质与光相互作用的学科，通过分析物质的吸收和发射光谱，可以揭示物质的性质、结构和浓度等信息。
光谱技术在各个领域都有广泛的应用，包括化学、物理、生物学、医学、环境科学等。
以下将详细介绍光谱技术的应用。
1. 化学分析光谱技术在化学分析中有着重要的应用。
通过分析物质的吸收光谱，可以确定物质的成分和浓度。
例如，在红外光谱分析中，可以通过测量物质对红外光的吸收来确定物质的分子结构和化学键。
在原子光谱分析中，可以通过观察原子发射的光谱线来确定物质的元素组成。
光谱技术已经被广泛应用于石油化工、环境监测、食品安全等领域。
2. 物理研究光谱技术在物理学研究中也有重要的应用。
例如，在光谱学中，通过观察原子和分子的发射光谱，可以研究原子和分子的能级结构、电子跃迁等物理过程。
在激光光谱技术中，可以利用激光的光谱特性进行高精度的测量和检测，例如激光雷达、激光干涉仪等。
光谱技术已经被广泛应用于光学、原子分子物理、量子物理等领域。
3. 生物学研究光谱技术在生物学研究中也有广泛的应用。
通过分析生物体发射的光谱，可以研究生物体的生理和生化过程。
例如，在荧光光谱分析中，可以利用荧光探针标记生物分子，通过测量荧光发射光谱来确定生物分子的位置和浓度。
在拉曼光谱分析中，可以通过测量生物分子的拉曼散射光谱来确定生物分子的结构和动力学。
光谱技术已经被广泛应用于生物化学、分子生物学、细胞生物学等领域。
4. 医学诊断光谱技术在医学诊断中也有重要的应用。
通过分析人体组织的光谱，可以检测和诊断疾病。
例如，在红外光谱分析中，可以通过测量人体组织对红外光的吸收来检测病变和疾病。
在荧光光谱分析中，可以利用荧光探针标记生物分子，通过测量荧光发射光谱来诊断疾病。
光谱技术已经被广泛应用于医学成像、疾病检测、疗效评估等领域。
5. 环境监测光谱技术在环境监测中也有广泛的应用。
通过分析环境样品的光谱，可以检测和监测环境污染。
例如，在紫外光谱分析中，可以通过测量大气中污染物的紫外吸收光谱来监测大气污染。
协和博士研究生课程-圆二色光谱原理及在药化中的应用1
背景知识
• Top 20 pharmaceutical products by retail sales in 2016
20
背景知识
• 在分子水平上，生物系统是由生物大分子组成的手性环境。光学 异构体进入生物体内，将被手性环境识别为不同的分子，从而表 现出不同的药效学、药物动力学、毒理学行为。
O
NH
OO
N
COOH
COOH
O
R-(+)-沙立度胺具有抑制新生血管形 成及免疫调节等活性。目前，沙利度胺被
广泛用于关节炎和多种恶性肿瘤的治疗。
来那度胺由美国Celgene生物制药 公 司 开 发 的 抗 肿 瘤 药 物 ， 2016 年 零售额接近70亿美元。
26
背景知识
偶极矩
偶极矩（Dipole moment）是正、负电荷中心间的距离r和 电荷中心所带电量q的乘积，μ = r × q。它是一个矢量，方向规 定为从负电荷中心指向正电荷中心。偶极矩的单位是D（德拜）。
非对映体之间，彼此属于不同结构的化合物，所以物理化学和 生物学性质均不相同。
18
背景知识
临床药物 1850种
天然和半合成 药物523种
非手性6种
手性517种 （98.9%）
化学合成药 物1327种
非手性799种
手性528种 (39.7%)
以单个对映体给药509种
以外消旋体给药8种
以单个对映体给药 61种 以外消旋体给药 467种
手性四面体
手性碳
手性硫
手性叔胺
7
背景知识
取代丙二烯类 手性轴
取代联苯手性轴
环芳香类手性平面
螺旋手性
8
背景知识
化学学院研究生课程表(硕士生)
2018-2019学年第一学期（开课时间：第三周）化学学院研究生课程表（硕士）
注：免试录取（语种为英语）以及参加全国统考成绩英语在78分以上者（含78分），免修并免试硕士生英语学位课，选课时选择第一外国语（英语）班级名称为“免修”的班级即可，成绩记为“通过”。
未通过第一外国语期末考试的研究生，应于下一个开课学期开学两周内到研究生院培养办公室办理重修手续。
分班名单见化学楼中楼414-415橱窗栏。
体育课选课仅在每学年第一学期第二周、第二学期第一周开放一周时间
2018-2019学年第一学期（开课时间：第三周）化学学院研究生课程表（博士）
英语：化学院博士第一学期上英语课，每周2学时，由外籍教师讲授读写及口语，未经批准私自调换上课学期者，其成绩无效；分班名单详见橱窗栏，（不在名单中的化院研究生请及时与研办414联系）。
体育课选课仅在每学年第一学期第二周、第二学期第一周开放一周时间
二外日语自18-19第一学期开始，上课时长由一学年变更为一学期.
2018-2019学年第一学期（开课时间：第三周）化学学院工程硕士课程表
《知识产权》周日晚上11-12节(18:30开始)，二主楼：A503，任课老师为向波老师。
《专业实践讲座》安排在周六2-4节，二主楼B405,具体每个讲座的具体时间见应化所通知（或化学院网页通知）以及班级群里通知；
体育课选课仅在每学年第一学期第二周、第二学期第一周开放一周时间。
《专业实践1》为17级全日制专硕课程，请18级研究生第三学期再进行网上选课。
《第一外国语》：化学院全日制专硕分配在英语17班（少部分在16班），名单见化学楼中楼414橱窗栏，如不在名单中的请提前在414登记。
光谱学
光谱学Spectroscopy余向阳E-mail: cesyxy@ Homepage: /yxyTel: 84110287Add: 中山大学激光所421室中山大学光电材料与技术国家重点实验室课程性质与安排课程对象: 2010级光信息、物理学、逸仙班2010级研究生课程性质: 光学专业硕士研究生学位课, 其他专业究生选修课本科生专业选修课课程教材: 讲义+参考文献助教:关烨锋(guanyefeng@, 爪哇堂414)学时: 本科生--36; 研究生--72(讲课: 36; 文献与研究: 36)学分: 本科生—2; 研究生--4上课时间: 每周四, 10~11节; 上课地点: 艺206平时成绩: 本科生: 作业+上课考勤: 占30%研究生: 作业+上课考勤+文献综述(3千字，6篇以上的文献), 占30%期未考试: 闭卷笔试, 占70%光谱学研究的主要内容光谱学主要研究内容是：物质-电磁波相互作用下的光谱现象、规律及其应用。
主要包括：1) 光谱学基本理论与方法；2) 各种物质体系(原子、分子、离子晶体-如稀土离子、固体材料—如半导体材料、复杂分子-如有机与生物大分子)的光谱，而其中原子、分子光谱是整个光谱的基础；3）计算光谱学、各种光谱技术、光谱学在科学研究中的应用。
课程的主要内容 绪论电磁场与物质之间的相互作用原子的能级结构与光谱双原子分子的能级与光谱分子的对称性与群论初步多原子分子的光谱分子的拉曼光谱分子的电子光谱计算光谱学导论离子光谱导论固体光谱导论激光光谱学导论光谱技术与应用导论知识背景 光学、激光原理原子分子物理学量子力学电磁学群论初步参考文献[1] 芶秉聪，吴晓丽，王菲，《原子结构与光谱》，国防工业出版社，2007.[2] 郑乐民，徐庚武，《原子结构与原子光谱》，北京大学出版社，1988.[2] 林美荣，张包铮，《原子光谱学导论》，科学出版社，1990.[3] 谢沧，伍钧锵，《原子光谱学》，中山大学讲义，1982.[4] 许长存，过巳吉，《原子与分子光谱学》，大连理工大学出版社，1989.[5] 王国文，《原子与分子光谱学导论》，北京大学出版社，1985.[6] 张允武，陆庆正，刘玉申，《分子光谱学》，中国科大出版社，1988.[7] 徐亦庄，《分子光谱理论》(清华大学出版社,1988)[8] I.N. 赖文著，徐广智，张建中，李碧钦译，《分子光谱学》，高等教育出版社，1985.[9] J.I. 斯坦菲尔德著，李铁津，蒋栋成，朱自强，《分子和辐射—近代分子光谱学导论》，科学出版社，1983.[10] E.B. 小威尔逊，J.C. 德修斯，P.C. 克罗斯著，胡皆汉译《分子振动—红处和拉曼振动光谱理论》，科学出版社，1985.[11] 吴国祯，《分子振动光谱学：原理与研究》，清华出版社，2001.[12] G. 赫兹堡著，王鼎昌译，《分子光谱与分子结构—双原子分子光谱》(第一卷)，科学出版社，1983.[13] G. 赫兹堡著，王鼎昌译，《分子光谱与分子结构—多原子分子的红外与喇曼光谱》(第二卷)，科学出版社，1989.[14] 钟立晨，丁海曙，《分子光谱与激光》，电子工业出版社，1987.[15] 夏慧荣，王祖赓，《分子光谱学和激光光谱学导论》，华东师范大学出版社，1989.[16] Jeanne L. McHale, “Molecular Spectroscopy”, 科学出版社, 2003.[17] Jack D. Graybeal, “Molecular Spectroscopy”, McGraw-Hill BookCompany, 1988.[19] J. Michael Hollas, “Modern Spectroscopy”, John Wiley & SonsLtd., 1992.[20] 高兆兰，《分子光谱学》(双原子分子部分；多原子分子部分) ，中山大学讲义，1983.[21] 张思远,《稀土离子的光谱学—光谱性质和光谱理论》，科学出版社，2008.[22] 方容川，《固体光谱学》，中国科大出版社，2001.[23] 沈学础，《半导体光谱和光学性质》(第二版)，科学出版社，2002.[24] 张树霖，《拉曼光谱学与低维纳米半导体》，科学出版社，2008.[25] 陆同兴，路轶群，《激光光谱技术原理及应用》，中国科大出版社，2006.[26] 陈扬骎，杨晓华，《激光光谱测量技术》，华东师范大学出版社，2006.[27] 陆婉珍，《现代近红外光谱分析技术》，中国石化出版，2007.[28] 李民赞，《光谱分析技术及其应用》，科学出版社，2006.[29] 王志中等，《计算光谱学》，吉林大学讲义，1996.与光谱有关的现象比比皆是：红花绿叶,红灯绿酒,蓝天碧海, ……世界的颜色是缤纷多彩的光谱--光谱学--原子光谱学--分子光谱学--离子光谱学—固体光谱学--大分子体系让我们开始进入五彩缤纷、富有科学趣味、……光谱的世界Stimulated light Scattering of CS2 Pumped at 532 nm (SHG of YAG Laser)第0 章导论0.1 光谱学的概念与特征0.2 光谱学的发展0.3 光谱学的研究内容0.4 光谱学的应用0.1 光谱的概念与特征(一)光谱，全称为光学频谱，是复色光通过色散系统（如光栅、棱镜）进行分光后，依照光的波长（或频率）的大小顺次排列形成的图案。
电子科学与技术研究生课程设置
高分子凝聚态
3
54
第二
材料系
范仲勇
信息功能材料与器件
PHYS6039
等离子体诊断
3
54
第三
光源系
陈育明
物理电子学
三、硕士专业选修课
课程编号
课程名称
学
分
学
时
开课
学期
开课院系
任课教师
适用专业
BIOM7004
现代医学信息处理
3
54
第三
信息学院
汪源源
电路与系统
ELEC6037
气体放电物理II
3
54
第二
信息学院
张卫
微电子学与固体电子学
ELEC6031
现代集成电路分析方法
3
54
第一
信息学院
曾璇
微电子学与固体电子学
ELEC6032
现代电路理论
3
54
第二
信息学院
李锋
电路与系统
ELEC6033
空间遥感信息理论
3
54
第二
信息学院
金亚秋
电磁场与微波技术
ELEC6034
计算电磁学
3
54
第一
信息学院
刘鹏
信息功能材料与器件
ELEC6040
现代光电测试技术
3
54
第一
光源系
刘木清
光电系统与控制技术
ELEC6041
控制理论与技术
3
54
第一
光源系
孙耀杰
光电系统与控制技术
ELEC6048
高功率电子学
3
54
第一
研究生《激光光谱学》第 卷 基础理论;第 卷 实验技术考试重点总结
一、分子荧光的发射特征及产生原因电子由第一激发单重态的最低振动能级→基态（多为S 1→S 0跃迁），发射波长为λ 2的荧光；10-7～10 -9s 。
发射荧光的能量比分子吸收的能量小，波长长； λ 2 > λ 2 > λ 1 分子产生荧光必须具备的条件（1）具有强的紫外-可见吸收；（2）具有一定的荧光量子产率。
要使分子产生荧光，则分子结构能吸收UV-Vis 辐射, 且要有较高的荧光效率。
若分子吸收UV-Vis 辐射能力越强，发光越强一个分子的荧光发射有如下特征：二、超拉曼散射定义三、棱镜和光栅的色射特性1.棱镜分光与光栅分光比较（1）光栅分光具有较高的分辨率 （2）工作波长基本不受限制（3）光栅分光的波长扫描机构为正弦机构，易实现；棱镜分光由于色散材料的非线性，往往用凸轮机构或程序控制。
（4）棱镜无光谱重叠，光栅应用中可能需要filter 或光栅 （5）可先光栅由于鬼线的存在有可能出现假谱线造成误判 （6）光山岩蛇的光谱强度分开不太均匀，棱镜较均匀 （7）光栅分光系统中，照相物镜像差较正（8）光栅较难维护，对环境要求高棱镜适应性强 2.光栅色散特性四、偏光光谱技术优点1.与其他无多普勒光谱技术相比，它有很高的光谱分辨率，限制偏振光谱分辨率的主要因素是因为泵浦光和探测光之间不可能完全共线反向，小的夹角产生了剩余多普勒展宽。
2.偏振光谱的灵敏度比饱和吸收光谱提高了2到3个量级。
3.偏振信号的色散线型可以再不需要任何频率调谐的情况下，把激光器频率稳定到谱线中心上，而很高的信噪比又可能保证稳频的精度。
五、光电离光谱质谱检测或离子的质荷比222L t V e m ⋅=直线式TOF 的质量分辨率约为400，直线式TOF 质量的分辨率受限制的主要原因是激光激发产生的初始离子/中性粒子的能量具有分散性。
这是因为：（1）母体中性分子的初始动能不同，（2）碎裂时形成期间的初始动能差别，（3）空间电荷效应的影响，（4）有限的离子源体积导致在飞行时间上的分散。
光谱中的rpl-概述说明以及解释
光谱中的rpl-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述光谱是物体放射、散射、透射光线的一种分解形式，通过将光线按照其不同的波长进行分解，我们可以获得物体的光谱信息。
光谱分析技术在科学研究中被广泛应用，其原理和方法具有重要意义。
本文将介绍光谱的基本概念、光谱分析的原理以及光谱在科学研究中的应用。
在第一部分，我们将阐述光谱的基本概念，包括光谱的定义、波长和频率的关系以及不同类型的光谱。
第二部分将重点讨论光谱分析的原理，包括光的干涉和衍射原理、光谱仪的结构和工作方式以及光谱数据的获取和处理方法。
最后，第三部分将探讨光谱在科学研究中的应用，包括光谱分析在天文学、物理学、化学等领域的重要作用，并对未来光谱研究的展望进行讨论。
通过深入了解光谱的基本概念、原理和应用，我们可以更好地理解光谱分析技术的重要性和价值。
光谱是一种强大的工具，可以帮助人们揭示物质的结构和性质，从而推动科学研究的发展和进步。
本文旨在为读者提供对光谱的全面认识，以及启发对光谱研究的兴趣和未来发展的思考。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以从以下方面进行阐述：文章结构是指文章整体的组织方式和安排顺序。
一个好的文章结构可以让读者更好地理解和掌握文章的内容，并且使整篇文章逻辑清晰、条理分明。
在本文中，结构主要包括引言、正文和结论三个部分。
首先是引言部分，引言是文章的开头，用来引入文章的主题和背景，引起读者的兴趣并且让读者明确文章的目的。
本文的引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个方面。
概述部分可以简单介绍光谱的基本概念和重要性，引起读者对光谱的兴趣；文章结构部分可以说明文章的整体结构和各个章节的内容安排，让读者清楚地了解文章的组织方式；目的部分可以阐明撰写该文章的目的和意义，为读者明确阅读该文章的动机。
其次是正文部分，正文是文章的主体部分，用来详细介绍和阐述文章的主题。
本文的正文部分分为三个章节：光谱的基本概念、光谱分析的原理和光谱在科学研究中的应用。
物理研究生研一课程安排
2020-2021学年研究生选课一、物理学专业学分要求：22（必修课）+10（选修）必修课：2020-2021学年第一学期学位英语，政治2020-2021学年第二学期科学基础与前沿（54学时，3学分，第二学期），高等量子力学（54学时，3学分，第二学期）、群论及其应用（36学时，2学分，第二学期）选修课：请在导师的指导下选修合适课程2020-2021学年第一学期1、固体物理（72学时，4学分，第一学期）2、固体物理实验方法（54学时，3学分，第一学期）3、光谱学与光谱技术（54学时，3学分，第一学期）4、半导体器件物理（36学时，2学分，第一学期）5、表面化学物理（54学时，3学分，第一学期）6、薄膜物理（36学时，2学分，第一学期）2020-2021学年第二学期1、新能源材料与技术（36学时，2学分，第二学期）2、高等半导体物理（54学时，3学分，第二学期）3、铁电物理学基础（36学时，2学分，第二学期）等二、电子科学与技术专业、电子信息专业学分要求：20（必修课）+10（选修）必修课：2020-2021学年第一学期：学位英语，政治，固体物理（72学时，4学分，第一学期）、理论模拟与计算（36学时，2学分，第一学期）、半导体器件物理（36学时，2学分，第一学期）2020-2021学年第二学期：电子科学与技术科学前沿（54学时，3学分，第二学期）、高等半导体物理（54学时，3学分，第二学期）选修课：请在导师的指导下选修合适课程2020-2021学年第一学期1、固体物理实验方法（54学时，3学分，第一学期）2、表面化学物理（54学时，3学分，第一学期）3、光谱学与光谱技术（54学时，3学分，第一学期）4、薄膜材料及技术（36学时，2学分，第一学期）5、半导体异质结物理、（36学时，2学分，第一学期）6、电极过程动力学（36学时，2学分，第一学期）2020-2021学年第二学期1、新能源材料与技术（36学时，2学分，第二学期）2、铁电物理学基础（36学时，2学分，第二学期）3、柔性电子学（36学时，2学分，第二学期）等。
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更利于实现受激态的吸收（如荧光光谱） 激光强度大，有利于激发光谱的探测，如拉曼散射
强度与激发光强成正比 可使用多种去多普勒技术以减小多普勒效应，从而
减小谱线展宽，提高光谱分辨率 激光脉冲可以快速调谐，从能够利用激光光谱测量
一些快变过程
第9章 激光光谱技术
9.1 基本原理 9.2 提高光谱探测灵敏度的方法 9.3 高分辨亚多普勒光谱技术 9.4 时间分辨光谱技术
37
腔内回旋衰减
脉冲激光 R 计算机 谐振腔 R 示波器 光电倍增管
信号强度
无样品
1
2
有样品 时间
由衰减曲线的时间常数计 算该波长下的吸光系数， 对波长扫描即得到光谱 38
腔内回旋衰减的基本理论
2 L T e P 1、经过1次样品的输出功率为， P 1 0 2、n次往返后的输出功率为，
反射镜透射率 增大因子
吸收功率为
P LPin q LPout
即直接测量时，一次反射的吸收信号，腔内为腔外的q倍。 或者这样理解，激光在离开谐振腔时在样品池内已来回传 播了q次，所以有q倍的机会被样品吸收。
35
样品池也可置于外部谐振腔中
Lens Laser Mirror 1 Mirror 2
25
9.2.1 频率调制
I. II.
用频率Ω调制单色激光，使激光波长或频率在一个小范 围内周期变化 利用锁相放大器对其谐波信号进行探测
26
调制后激光强度
1. 频率变化范围为ω ~ Δω，泰勒展开： 1 d 2I dI 2 I I 2 d 2! d 2. 如果Δω=a×sin(Ωt)：
知波长进行比较 (4) 将激光波长稳定在谱线中心，让光束稍有发散通过 法布里-帕罗干涉仪，则会形成干涉环，将该环与已知 波长的干涉环比较，即可测出当前实际波长
LD调制高分辨光谱
波长标定的一个例子
9.1.5 激光光谱的优点
使用可调谐激光器，不需要色散系统 使用F-P标准具进行波长标定，可以提高波长测量的
32
Water overtone absorption line
SNR 2 orders!
33
9.2.2 腔内吸收
将吸收样品置于激光谐振腔内 探测输出激光（2）或荧光强度（1） 激光多次通过样品池以提高探测灵敏度
34
如何理解？
从输出功率和腔内功率来看， 1 Pin Pout qPout T2
6.62 10 34 3 108 A h 3 hc I c 8 2 8 3 8 9 3 B c 600 10 2.3 10 3 W / cm 2 MHz
对激光而言这个条件 很容易达到！
9.1.3 激发方法
单步激发 多步激发：先激发到中间态，饱和效应可使粒子在中间 态停留较长时间，从而能够再从中间态激发到激发态 多光子激发：激光的一种非线性效应，同时吸收多个光 子，光子能量和等于能级间隔
将光吸收转化为其它形式的能量再进行测量 荧光光谱 光声光谱 光热光谱 电离光谱 光伽伐尼光谱 磁共振和斯塔克光谱
41
（1）荧光光谱
将吸收转化为荧光，直接测量吸收 再分析一下荧光效率
1.被吸收的光子数
na N i nL ik x
2.单位时间发射的荧光光子数
3.探测器接收的是少部分荧光光子 探测器阴极具有一定的量子效率
B v A
N2 1 即 N1 N 2 2
换句话说，饱和吸收时，基态粒子与激发态粒子数比约1：1
课堂分组讨论
封闭二能级系统是否可以用来制备激光器？ 分别计算如下所示，封闭式和开放式二能级系 统，激发光强足够大时，N1如何？ N=N1+N2
饱和效应的推导（Cont.）
Ak n fl N k Ak na na k Ak Rk
n pe na k ph Serves as a sensitive monitor for the absorption of laser 42 photons in fluorescence excitation spectroscopy
9.1.4 激光光谱的探测方法
常规吸收光谱探测 分辨率和灵敏度的极限受限于什么？
激光光谱探测
激光光谱中的波长标定
(1) 利用法布里-帕罗标准具
2
2nl
c or 2nl
(2) 同时记录标准具干涉曲线与光谱，利用自由光程
度量吸收峰的间距、半宽等
(3) 如果要知道波长或频率的绝对值，则需要与一个已
探测器的探测极限为每秒100个光子 探测器阴极量子效率为20% 只有10%的荧光光子能够被探测器接收 假设荧光量子效率为1 问：样品每秒吸收多少个光子时，其发出的荧光能 被探测器检测出来？
n pe na k ph
问：功率1W激光器相当于每秒入射光子数为3×1018 个，试估计在上述探测环境下的灵敏度？
即探测到的光强信号与吸收光谱的 一阶导数相对应！
29
30
LD光谱检测中的频率调制
LD
相加波形
样品池 探测器
低频三角波 谐波 高频正弦波
锁相 放大器
检测信号 31
Lorentzian line profile
First derivatives
Second derivatives
Third derivatives
9.1.2 饱和效应
激光功率密度大，与物质相互作用时，有可能将物质的 大部分基态粒子激发到激发态，而使得多余的光无法再 被吸收，即物质相对于激光而言是透明的
探测器 接收的 光强是 否相同？
饱和效应的推导
平衡情况下，总发射=总吸收
N2 1 N1 N 2 2 A B v
饱和吸收时，
39
腔内回旋衰减的基本理论（Cont.）
4、如果没有放样品，则 0 5、所以可以得到，
L/ c 2 THale Waihona Puke A2 1 L 1 R 1
腔内回旋衰减测量的是衰减率而不是衰 减量，避免了脉冲激光强度波动对测量 结果的影响，具有更高的信噪比！
40
9.2.3 激发光谱
第9章 激光光谱技术
9.1 基本原理 9.2 提高光谱探测灵敏度的方法 9.3 高分辨亚多普勒光谱技术 9.4 时间分辨光谱技术
第9章 激光光谱技术
9.1 基本原理 9.2 提高光谱探测灵敏度的方法 9.3 高分辨亚多普勒光谱技术 9.4 时间分辨光谱技术
第9章 激光光谱技术
9.1 基本原理 9.2 提高光谱探测灵敏度的方法 9.3 高分辨亚多普勒光谱技术 9.4 时间分辨光谱技术
9.2.1 频率调制 9.2.2 腔内吸收 9.2.3 激发光谱
24
概述
常规光谱测量基于吸收定律 在 1
I I 0 e
x
I I 0 1 x
I0 I 1 I0 x
相当于测量两个大数之间的小差异！
二次谐波
三次谐波 28
谐波信号与吸光系数的关系
dI 以一次谐波为例， I a sin t I a sin t d d xI a sin t d
整理得到，
I a sin t I d x a sin t I d
直流分量
一次谐波
dI a 3 d 3 I a2 d 2I a4 d 4I I a sin t I a sin t 2 4 3 4 d 64 d d 8 d a2 d 2I a4 d 4I a3 d 3I a5 d 5 I cos 2 t 4 d 2 48 d 4 24 d 3 384 d 5 sin 3t
9.1.1 普通光源与激光光源
如果是脉冲光源功率密度可更大 线宽小、发散性小、相干性好、强度大，是激光的特点
射频放电灯 1000 10-1 10-2 10 10-6 连续单模染料激光 1 10-1 10-1 10-4 103
基本特性 线宽 (MHz) 总输出功率 (W) 有用立体角内的功率 (W) 辐射区域 (cm2) 功率密度I(ν) (W/cm2·MHz)
Sample Cell
Tuning Device
Piezo Voltage
Lens
Detector 36
The limitation of intracavity abosorption
Experimental and fundamental limitation：
a）the increasing instability of the laser output b）just above threshold, the spontaneous radiation cannot be neglected
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常规光谱技术中提高灵敏度的方法
液氮制冷 开放电极 CCD
$15,686 $27,450 EMCCD > $ 30,000
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光谱学领域发展的真正推动力来自于激光器
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光谱学领域发展的真正推动力来自于激光器
K. Goda et al., Nature 458, 1145 (2009)
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9.2 提高光谱探测灵敏的方法
P e n R
L 2n
2nLlnR 2nTAL P P e P e 1 1 1
3、相邻脉冲的时间间隔为， T L/ c ，这样第n个脉冲 R 2 t 2nL/ c ，所以探测到的随时间变化的 测得的时间为， 功率为