第六章 无多普勒和亚多普勒激光光谱
最新2019-第六章高分辨亚多普勒激光光谱学-PPT课件
ˆ e ˆ e ˆR ˆ vk ( k ) ] ( / 2 ) i f 1 2 1 2 i f
I i fI 12
ˆ e ˆ ˆ ˆ R e i k 2R k f 1 vk 1 vk 2 k k i 1 k i 2
6.2 饱和光谱学
饱和光谱学是基于用可调谐激光器泵浦，并把频率调谐 到分子的非均匀展宽跃迁谱线上，实现选择饱和的一种光谱 技术。 均匀饱和 半宽度
2 B (/ 2 ) 1 2 S L ( ) S 0 0 2 2 R ( ) (/ 2 ) 0
( E E ) / ( k k ) v f i 1 2 1 2 1 2
k k2 对于等频率 1 2 反向进行的二束光波， 1
则多普勒频移为零，意味着一切分子在同样的和频 1 2 2
处吸收，而与速度无关。
虽然双光子跃迁的几率一般远低于单光子跃迁的几率，但 是一切在吸收态的分子都能对信号作贡献这一事实，却可远 远弥补较低的跃迁几率。所以在适当的条件下，信号振幅甚 至可以大于饱和信号的振幅。
第六章 高分辨亚多普勒激光光谱学
6.1 准分子束光谱学
多普勒展宽的压缩 当光的传播方向和分子运动方向垂直时，即可消除多普 勒展宽。在实际的实验中，完全消除是不可能的，但可以大 大压缩多普勒展宽。
vx b tan vz 2d
准分子束的多普勒展宽
* s i n D D
探测光由于吸收分子的各项异性M分布而经历双折射。 仅在这种情况，探测光的偏振面稍微转动一个角度。因此， 每当激光频率扫描过分子吸收线中心频率时，探测器接收到 一个无多普勒的信号。
6.4 多光子光谱学
第10讲 第六章 无多普勒展宽光谱技术
du z
N i ni (u z )du z
S=B12· ρ/R为受激吸 收速率与弛豫速率 之比，称饱和参数
2 N 10 (u z ) mu z /( 2 k BT ) N 1 (u z ) e S 1 ( 0 k u z ) 2 ( / 2) 2
Laser spectroscopy and its application
2 V V2 V1 V20 / 2V 1 V V1 V2 2
不存在外加电场，其速度分散范围为0~V20，加了外场 电压，使其速度缩减为：
2 V20 m Eth V V20 V20 4eU 8eU 1 2 1 2
如果eU>>ΔEth，则初始速度分散量被缩减。 优点：不但提高了分辨率，而且提高了灵敏度。甚 至可采用外腔光谱技术，而且能有效的应用与光致 电离分子离子。
(1):在频率ω的单色光作用下，在N1(uz)的多普勒分布曲 线上有一个以(ω0-ω)/k为中心的“烧孔”，称为贝纳特 (Bennet)孔。孔的半宽度为γ
0 (1 S )
1/ 2
自然线宽
(2):在N2(uz)的多普勒分布曲线上有个以(ω0-ω)/k为中心的 凸峰，因为在从能级1跃迁到能级2时，原子的速度分量uz 没有变化。
35
类似地可以求出能级2上的粒子数表达式：
2 mu z N 10 (u z ) N 2 (u z ) exp S 2 k T B 1 2 2 ( 0 k u z ) ( / 2)
N2(uz)的凸峰
N1(uz)的烧孔 布居数速度 分布曲线
注意：分子数密度很低(准分子束光谱的主要缺点)。 为了提高射束中分子密度，又要满足约束条件，可采 用多通道狭缝。
第六章 无多普勒和亚多普勒激光光谱
第六章无多普勒亚多普勒激光光谱Doppler-free and sub-Doppler laser Spectroscopy
无多普勒
亚多普勒
分辨率不受多普勒线宽限制
1、洛仑兹线形和高斯线形
原子分子光谱线密集时，多普勒谱线相互重叠。
多普勒线宽通常比自然线宽宽，多普勒线宽限制的光谱往往不能分辨出原子分子的精细超精细结构。
本章介绍几种突破多普勒线宽限制的无多普勒和亚多普勒激光光谱方法。
ω0-υ
z
⁄cω0+ υz⁄c
ω
E
i
k
在ω
0，所有分子同时吸收
两个ω
光子！
多普勒本底是由于分子吸收两
个同方向激光光子产生的
连续激光无多普勒双光子吸收实验示意图
基态和激发态分子的速度分布
3、分子束亚多普勒激发光谱
(Sub-Doppler spectroscopy in molecular beam)
用分子束技术, 选择一小窄束速度分布基本相同的分子(a)准直比：b/2d扩散束
扩散束激光诱导荧光示意图
Na
2分子束A1Σ
u
+~b3Π
u
←X激光诱导荧光光谱图
(准直比400)
四极质谱
Cs
扩散束C ←X 吸收光谱。
检测共振双光子电离产生的离子。
2
(b) 绝热膨胀超声分子束(Adiabatic cooling in supersonic beams)
+ 21Σ
u
5 饱和光谱。
光学光的多普勒效应与光谱学
光学光的多普勒效应与光谱学光学光的多普勒效应和光谱学是光学领域中重要的研究内容。
本文将对光学光的多普勒效应和光谱学进行探讨。
一、光学光的多普勒效应光的多普勒效应是当光源和观察者之间存在相对运动时，所观察到的光的频率和波长出现变化的现象。
它同样适用于光学领域，由于光是一种电磁波，其具有波粒二象性，所以光也会呈现多普勒效应。
多普勒效应分为红移和蓝移两种情况。
当光源和观察者相向运动时，观察者会观测到光的频率增加，这被称为红移。
而当光源和观察者远离运动时，观察者会观测到光的频率减小，这被称为蓝移。
多普勒效应的产生是由于相对运动引起的波长的压缩或拉伸。
光学光的多普勒效应在实际应用中有着广泛的应用。
例如，在天文学领域中，通过观测星系的光谱红移或蓝移可以确定星体的运动方向和速度。
在激光雷达等应用中，利用多普勒效应可以测量目标物体的速度；在医学领域，通过多普勒效应可以检测人体血液流动速度，用于血流速度的监测等。
二、光谱学光谱学是研究光的分光现象和与物质相互作用的学科。
光谱学通过对光的分析，可以得到有关物质的信息，例如组成、结构、温度等。
物质可以通过光的分散现象将光分解成不同波长的成分。
这种分散现象可以通过光栅、棱镜等器件来实现。
当光通过光栅或棱镜时，不同波长的光会发生不同程度的偏折，从而形成光谱。
根据这种光谱可以得知物体所含有的元素种类以及其相对的丰度。
根据光的波长范围，光谱学可以被分为不同的领域，包括可见光谱、紫外-可见光谱、红外光谱等。
同时，光谱学可以利用光的发射、吸收和散射等现象进行研究。
光谱学在实际应用中有着广泛的用途。
例如，光谱分析可以用于物质的鉴定和检测，如食品安全检测、环境污染检测等。
此外，光谱学在天文学、化学、材料科学等领域中也有重要的应用，如研究星系的化学成分、分析材料的晶体结构等。
结语光学光的多普勒效应和光谱学是光学领域中重要的研究内容。
多普勒效应在实际应用中广泛应用于天文学、雷达技术、医学等领域。
激光多普勒测速讲解
t ccw
L 1 2 c c
r dl
图6-37 环形干涉仪的Sagnac 效应
二者之差为
t 2 r dl 2 2 c t 2 1 c S r dl 2
4S 2 4S r d l r d l L tc c2 c2 c
12
光纤陀螺
光纤陀螺也是基于Sagnac效应。以长度为的光纤绕成直径为的由个 圆圈组成的光纤圈，其直径和圆面积可以分别表示为：
L D N
L2 S 4 4N 2
D 2
光程差则可以表示为
L
4SN LD c c
提高测角精度的方法：加大直径、增加圈数。 实用的环形激光测角采用光纤陀螺仪。
光 的频率
νs
4
差频法测速
可分为两类： 参考光束型多普勒测速：检测散射光和入射光之间的频移 （多普勒频移）； 双散射光束型多普勒测速：检测两束散射光之间的频差 （多普勒频差）。
5
参考光束型多普勒测速
图6-32所示为参考光束型测速方法的光路的原理图
设 Ei (t ) 和 ES (t ) 分别表示参考光和散射光的电矢量的瞬时值 则
3
静止接收器上接收到的运动微粒散射光 的频率
如图6-31所示，因此在S处接收到的散射光的频率应为 υ es υ ei υ es νs νQ (1 ) νi (1 )(1 ) c c c υ νi (es ei )νi c 常采用差频法测量多普勒频移。 即将入射光与散射光混频，两 束光“混频”产生的拍频信号的 频率就是多普勒频移。 图6-31 S处接收到的微粒Q散射
激光多普勒测速课件
03
激光多普勒测速技术实验方法
实验准备与操作流程
实验设备
激光多普勒测速仪、水槽、电源、信号发生器、示波器等。
实验材料
水、透明玻璃或有机玻璃板、测量尺等。
实验准备与操作流程
操作步骤
1
2
1. 安装激光多普勒测速仪，确保其稳定运行。
材料科学、纳米技术等领域。
在材料表面形貌测量中，激光多普勒测速技术可以测 量材料表面的粗糙度、形貌和纹理等信息，提供材料
表面的三维形貌和表面动力学特征。
激光多普勒测速技术还可以用于测量材料表面的应力 、应变和热流等参数，为表面工程和材料科学研究提
供重要数据。
06
结论与展望
技术总结
激光多普勒测速技术是一种非接触、无损、高 精度、高分辨率的测量 技术，具有广泛的应用 前景。
在流体速度测量中，激光多普勒测速技术可以测量液体、气体和等离子体等流体的速度，具有广泛的应 用范围。
激光多普勒测速技术可以测量流体的平均速度和瞬时速度，提供流场的速度分布和流速矢量等信息，为 流体力学研究和工程应用提供重要数据。
粒子速度测量
激光多普勒测速技术在粒子速度测量中 具有高精度、非接触和实时性的优点， 广泛应用于气溶胶、燃烧颗粒、生物细 胞等领域。
未来，激光多普勒测速技术将不断优化，提高测量精度和 稳定性，拓展应用范围，为科学研究和技术创新提供更多 可能性。
同时，随着技术的进步和应用需求的增加，激光多普勒测 速技术的成本将逐渐降低，使得更多的领域和行业能够受 益于该技术的应用。
THANKS
感谢观看
在粒子速度测量中，激光多普勒测速技术可 以测量粒子在气体或液体中的速度，提供粒 子的运动轨迹和速度分布等信息。
激光原理与技术PPT(很全面)
激光束质量对应用的影响
分析激光束质量对激光加工、光通信、激光雷达等应用的影响。
激光束的控制与整形
激光束控制技术
探讨通过光学元件、机械装置等手段对激光束进行控制的原理和 方法。
激光束整形技术
介绍将激光束整形为特定形状（如平顶、环形等）的原理和方法， 以及整形后激光束的特性。
激光束控制与整形的应用
阐述激光束控制与整形在材料加工、生物医学、光通信等领域的应 用实例。
激光Байду номын сангаас眼睛的危害
激光束直接照射眼睛，可能导致视网膜烧伤、视力下降甚至失明。防护措施包 括佩戴合适的激光防护眼镜，避免直接观看激光束。
激光对皮肤的危害
激光照射皮肤可能导致烧伤、色素沉着、皮肤癌等。防护措施包括穿戴防护服 、使用防晒霜等。
激光安全标准与防护措施
激光安全标准
国际电工委员会（IEC）和美国国家标准学会（ANSI）等制定了激光安全标准， 对激光产品的分类、标识、使用等做出了规定。
液体激光器
染料激光器
使用有机染料作为增益介质，通 过泵浦光激发染料分子产生激光 ，具有宽调谐范围和短脉冲输出 能力。
液体激光核聚变
利用高功率激光束照射含有氘、 氚等聚变燃料的靶丸，实现核聚 变反应，是惯性约束聚变研究的 重要手段。
半导体激光器
边发射半导体激光器
电流注入半导体PN结，电子与空穴 复合释放能量形成激光输出，具有体 积小、效率高、寿命长等优点。
激光手术
利用激光的高精度和可控性，进行微 创手术操作，如眼科手术、皮肤科手 术等。
生物医学成像
利用激光的高亮度和方向性，对人体 内部组织进行光学成像，以辅助医学 诊断和治疗。
05
激光测量与检测技术
激光多普勒原理 知乎
激光多普勒原理知乎全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：激光多普勒原理是一种通过激光技术来测量目标速度的原理。
它利用了多普勒效应，即当光源和观测者相对运动时，光波频率会发生变化的现象。
激光多普勒原理在军事、航天、气象、医疗等领域都有广泛的应用。
激光多普勒原理的基本思想是，激光束照射到目标表面后，被目标反射并返回激光传感器。
当目标表面相对传感器运动时，激光的频率就会因多普勒效应而发生变化。
通过测量这个频率变化，就可以计算出目标的速度。
这种方法比传统的速度测量方法更精准、更快速。
在激光多普勒原理中，利用了激光的单色性和一束光束的一致性，使得测量结果更为准确。
激光束的高强度和方向性也是其优势之一，能够在远距离内实现高精度的速度测量。
在军事领域，激光多普勒原理被广泛应用于导弹制导、火控系统、无人机监测等领域。
通过测量目标速度，可以帮助军方实现对目标的追踪和打击，提升作战效率和精度。
在航天领域，激光多普勒原理可用于对飞行器的速度测量和轨道调整。
通过准确测量飞行器的速度，可以保证其飞行轨道和速度稳定，确保任务的顺利完成。
在气象领域，激光多普勒原理可以应用于风速和风向的测量。
对于气象预报和天气预警等工作至关重要，激光多普勒原理为气象专家提供了更为准确的观测手段。
在医疗领域，激光多普勒原理可以用于血流速度的测量。
通过测量血流速度，可以及时发现和诊断心血管疾病，指导临床治疗。
激光多普勒原理是一种非常重要且实用的技朋术。
它的广泛应用领域和高精度测量能力，使其在各个领域都有着重要的地位。
随着技术的不断进步和发展，相信激光多普勒原理会更加完善和成熟，为人类的生活和发展带来更多的便利和进步。
第二篇示例：激光多普勒原理是指利用激光作为光源，通过多普勒效应来实现速度测量或者距离测量的一种技术。
它广泛应用于气象、航空、医学、军事等领域，并且在激光雷达、激光制导等方面也有很重要的应用。
激光多普勒原理的基本原理是利用光的多普勒频移来实现速度测量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第六章无多普勒亚多普勒激光光谱Doppler-free and sub-Doppler laser Spectroscopy
无多普勒
亚多普勒
分辨率不受多普勒线宽限制
1、洛仑兹线形和高斯线形
原子分子光谱线密集时，多普勒谱线相互重叠。
多普勒线宽通常比自然线宽宽，多普勒线宽限制的光谱往往不能分辨出原子分子的精细超精细结构。
本章介绍几种突破多普勒线宽限制的无多普勒和亚多普勒激光光谱方法。
ω0-υ
z
⁄cω0+ υz⁄c
ω
E
i
k
在ω
0，所有分子同时吸收
两个ω
光子！
多普勒本底是由于分子吸收两
个同方向激光光子产生的
连续激光无多普勒双光子吸收实验示意图
基态和激发态分子的速度分布
3、分子束亚多普勒激发光谱
(Sub-Doppler spectroscopy in molecular beam)
用分子束技术, 选择一小窄束速度分布基本相同的分子(a)准直比：b/2d扩散束
扩散束激光诱导荧光示意图
Na
2分子束A1Σ
u
+~b3Π
u
←X激光诱导荧光光谱图
(准直比400)
四极质谱
Cs
扩散束C ←X 吸收光谱。
检测共振双光子电离产生的离子。
2
(b) 绝热膨胀超声分子束(Adiabatic cooling in supersonic beams)
+ 21Σ
u
5 饱和光谱。