采用PC的数字化现代光谱学设计方案解析
光谱方案_精品文档
光谱方案概述光谱是指将光波按照其能量和频率进行分类和分析的方法。
光谱的研究在许多领域中起着至关重要的作用，包括化学、物理、天文学等。
本文将介绍光谱的基本原理、常用的光谱方案以及其在实际应用中的意义。
光谱的基本原理光谱是一种通过分析光的各个组分来研究物质性质的方法。
根据电磁波的频率和能量的不同，光谱可以分为不同的类型，例如可见光谱、红外光谱、紫外光谱等。
光谱的基本原理可以用以下几个步骤来描述：1.光源：通过激发物质产生的光被称为光源。
常见的光源包括太阳、灯泡等。
不同的光源会产生不同频率和强度的光波。
2.分光装置：分光装置用于将混合的光波按照其频率进行分离。
经过分光装置后，不同频率的光波会被分成多个能谱。
3.探测器：探测器用于测量和记录经过分光装置后的光波能谱。
常用的探测器有光电二极管、光电倍增管等。
4.光谱图：通过分光装置记录的光谱图可显示出不同波长的光波的相对强度。
光谱图经常以波长、频率或能量作为横轴，以光波的相对强度作为纵轴进行绘制。
常用的光谱方案在实际应用中，常用的光谱方案包括可见光谱、红外光谱和紫外光谱。
下面将对这些光谱方案进行详细介绍：1. 可见光谱可见光谱是人眼可见范围内的光波谱。
通常可见光谱范围从波长400纳米到700纳米，对应的颜色从紫色到红色。
可见光谱在科学研究和应用中具有广泛的应用，例如颜色识别、摄影、光学显微镜等领域。
2. 红外光谱红外光谱是位于可见光谱之外的电磁波谱。
红外光波的波长范围从0.7微米到1毫米，可进一步分为近红外、中红外和远红外等不同区域。
红外光谱在化学分析、材料研究、红外热成像等方面有着重要的应用。
3. 紫外光谱紫外光谱是位于可见光谱之外的电磁波谱。
紫外光波的波长范围从10纳米到400纳米，可进一步分为紫外A、紫外B和紫外C等不同区域。
紫外光谱在光谱分析、分子光谱学等方面有着广泛的应用。
光谱方案在实际应用中的意义光谱方案在许多领域中都具有重要的应用意义。
以下是一些典型的应用案例：1. 化学分析在化学分析中，光谱方案可以用于确定物质的成分和结构。
数字化测量光谱实验教案
数字化测量光谱实验教案光谱学作为现代科学的重要分支之一，对于提高人类对于光的认知和应用具有非常重要的作用。
光谱学的研究对象包括光的发射、吸收、散射等现象，其中最常使用的分析方法就是光谱分析。
光谱分析广泛应用于化学、物理、生物、地质等领域，成为了科研工作者不可或缺的工具之一。
数字化测量光谱实验作为介绍光谱分析基础的一种实验方法，在教学实践中也具有非常重要的作用。
一、实验目的本实验的主要目的是让学生了解光谱分析的基本原理和调整光谱仪的方法，掌握数字化测量光谱的技术，实现对于样品光谱数据的定量化和定性化分析，并且检测样品中不同物质的成分和浓度等信息。
二、实验原理本次实验主要采用的光谱仪是数字化光谱仪，该光谱仪具有高精度、高分辨率和高灵敏度，可用于检测不同波长下的光谱数据。
数字化光谱仪可以将光信号转化为数字信号，存储在计算机中，并通过计算机软件进行分析和处理。
本实验的主要原理是测量样品在特定波长下的吸收或发射光谱，根据测量数据得到不同物质的吸收谱线或发射谱线，判断样品的成分和浓度等信息。
三、实验步骤1、打开数字化光谱仪软件，根据实验要求选择合适的光源和检测器。
2、样品预处理：根据实验要求，将样品溶解或稀释，然后用比色皿装入数字化光谱仪，同时设置空白比色皿。
3、测量样品光谱：根据实验要求选择适合的波长范围，调整光谱仪参数，如积分时间、光程等，进行样品光谱测量。
4、处理光谱数据：通过数字化光谱仪软件对光谱数据进行处理，提取有用信息并分析。
5、结果分析和报告撰写：根据实验数据结果和实验要求，进行结果分析和归纳总结，撰写实验报告。
四、实验注意事项1、实验中需要保持实验器材和工作环境的干净整洁，以便获得准确的实验结果。
2、需要认真了解数字化光谱仪的操作方法，根据实验要求选择合适的操作方式和参数设置。
3、在测量具有毒性或腐蚀性样品时，必须佩戴好相应的防护设备，以免发生意外。
4、实验结束后，要认真清洗实验器材和清理实验现场，以保持实验室的环境卫生。
数字化测绘研究方案
数字化测绘研究方案一、引言数字化测绘是现代测绘领域的新兴技术，利用计算机技术和遥感技术等手段进行地图或地理信息的获取、处理和管理。
本文旨在制定一项数字化测绘研究方案，探讨数字化测绘的优势、方法和应用领域，旨在促进测绘领域的数字化转型。
二、优势分析1. 数据获取更加精准：数字化测绘借助遥感技术和全球定位系统（GPS）等技术，获取到的数据更加准确、全面，避免了传统测绘中人为主观误差的问题。
2. 数据处理更加高效：数字化测绘利用计算机处理数据，大大提高了数据处理的速度和效率，同时也减少了人力成本和错误率。
3. 数据管理更加方便：数字化测绘将地理信息以数字形式存储，可以更加便捷地管理和共享数据，提高数据利用效率和数据安全性。
三、研究方法1. 数据获取通过遥感技术获取卫星、航空等影像数据，并结合GPS获取地理位置信息。
可以选择高分辨率、多光谱等影像数据，以及高精度的GPS设备。
2. 数据处理利用图像处理、地理信息系统（GIS）和计算机视觉等技术，对获取到的影像数据进行处理与分析，提取出地理信息要素，并进行数据质量控制。
3. 数据管理建立数字化地图数据库，采用空间数据库和关系数据库相结合的方法，对地理信息进行持久化存储和管理，并提供数据查询和更新功能。
4. 数据应用将数字化测绘的数据应用于城市规划、土地利用分析、环境保护、交通管理等领域，为决策提供可靠的地理信息支持。
四、应用领域1. 城市规划与管理：数字化测绘为城市规划部门提供高精度的地理信息数据，帮助规划者更好地进行土地利用和城市更新规划。
2. 地质环境监测：利用数字化测绘技术，可以实时地监测地质灾害风险，提供科学依据，为地质环境管理和预防措施的制定提供支持。
3. 农业资源管理：数字化测绘可以为农业部门提供土壤、降雨、植被等农业资源的精准数据，辅助农业生产和资源管理。
4. 基础设施建设：数字化测绘可以提供各类基础设施的准确位置和地理信息，为交通、水利、能源等基础设施建设提供重要参考。
光谱呈现视频讲解教案
光谱呈现视频讲解教案导言：光谱是物体发出或通过后所产生的一系列颜色的分布，它是物质的“指纹”。
了解光谱对于理解物质的性质和组成非常重要。
为了帮助学生更好地理解光谱的形成原理和应用，我们设计了一堂光谱呈现视频讲解课。
一、教学目标：1.了解光谱的基本概念和分类。
2.掌握光谱的形成原理和应用。
3.培养学生观察、实验和思考的能力。
二、教学准备：1.投影仪、电脑和音响设备。
2.光谱仪、不同光源、棱镜等实验器材。
3.相关实验材料和案例。
三、教学过程：1.导入（5分钟）：通过播放一个关于光谱的有趣视频，激发学生的兴趣和好奇心，引出本堂课的主题。
2.概念解释（10分钟）：通过PPT展示光谱的基本概念和分类，向学生介绍连续光谱、线状光谱和带状光谱的特点和形成原理。
3.实验操作（20分钟）：将学生分为小组，每组配备一套光谱仪、不同光源和棱镜等实验器材。
引导学生使用光谱仪观察不同光源经过棱镜后产生的光谱，并记录下观察结果。
通过实验，让学生亲自体验光谱的形成过程，加深对光谱的理解。
4.案例分析（15分钟）：通过展示一些光谱在实际应用中的案例，如太阳光谱的应用、光谱分析在药物检测中的应用等，引导学生思考光谱在科学研究和生活中的重要性和应用价值。
5.讨论和总结（10分钟）：组织学生进行小组讨论，分享实验和案例分析的结果。
引导学生总结光谱的基本特点、形成原理和应用，并与前面的概念解释进行对比和补充，加深对光谱的理解。
四、教学反思：通过本堂课的设计，学生不仅能够通过视频和案例了解光谱的基本概念和分类，还能亲自进行实验操作，观察和记录光谱的形成过程，培养了学生的实验和观察能力。
通过案例分析，学生能够将光谱的理论知识与实际应用相结合，加深对光谱的理解和认识。
同时，通过小组讨论和总结，学生能够巩固和深化对光谱的学习成果，提高思维和表达能力。
总之，光谱呈现视频讲解教案通过多种教学手段和方法，旨在帮助学生全面、系统地掌握光谱的基本概念、形成原理和应用，培养学生观察、实验和思考的能力，从而提高学生的学习效果和兴趣。
光谱技术课程设计
光谱技术课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解光谱技术的基本原理、方法和应用，掌握光谱仪器的使用和数据处理技巧，培养学生的实验操作能力和科学探究精神。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解光谱的基本概念、类型和特性；（2）掌握光谱技术的基本原理和方法；（3）熟悉光谱仪器的基本结构和操作步骤；（4）了解光谱技术在各个领域的应用。
2.技能目标：（1）能够正确操作光谱仪器，进行光谱实验；（2）能够分析光谱数据，解决实际问题；（3）具备一定的科学探究能力和团队协作能力。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对光谱技术的兴趣和好奇心；（2）培养学生热爱科学、追求真理的精神；（3）培养学生具备良好的科学道德和伦理观念。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光谱技术的基本原理、光谱仪器的使用和光谱数据分析。
具体安排如下：1.光谱技术的基本原理：介绍光谱的概念、类型和特性，光的传播和相互作用，光谱技术的原理和应用。
2.光谱仪器的使用：学习光谱仪器的基本结构、操作步骤和维护方法，包括光谱仪、光谱光度计等。
3.光谱数据分析：掌握光谱数据的处理方法，包括光谱曲线绘制、峰值识别、光谱参数计算等。
4.光谱技术应用：介绍光谱技术在化学、物理、生物等领域的应用实例，激发学生的学习兴趣。
为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合，包括：1.讲授法：教师讲解光谱技术的基本原理、方法和应用，引导学生掌握知识点。
2.实验法：学生动手操作光谱仪器，进行光谱实验，培养实验操作能力和科学探究精神。
3.案例分析法：分析光谱技术在实际应用中的案例，提高学生解决实际问题的能力。
4.讨论法：分组讨论光谱实验结果，培养学生团队协作能力和批判性思维。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：《光谱技术基础》等。
2.参考书：《光谱学导论》、《现代光谱分析技术》等。
3.多媒体资料：光谱实验操作视频、光谱数据分析软件等。
pc探测器光谱仪的作用原理
pc探测器光谱仪的作用原理英文回答：The principle of operation of a PC detector spectrophotometer involves the use of a photodiode array to detect and measure the intensity of light at different wavelengths. The PC detector, also known as a photodiode array detector, is a key component of a spectrophotometer and is used to analyze the composition and concentration of samples.The PC detector consists of multiple photodiodes arranged in an array. Each photodiode is sensitive to a specific wavelength of light. When light passes through the sample, it interacts with the molecules in the sample, resulting in absorption or scattering of specific wavelengths of light. The remaining light is transmitted to the PC detector.The photodiodes in the PC detector convert thetransmitted light into an electrical signal. The intensity of the electrical signal is proportional to the intensity of the light at each specific wavelength. By measuring the intensity of the electrical signals from all the photodiodes in the array, the spectrophotometer can determine the absorption or scattering of light atdifferent wavelengths.The PC detector also allows for the simultaneous measurement of multiple wavelengths of light. This is achieved by using a diffraction grating or a prism to separate the light into its different wavelengths before it reaches the photodiode array. Each photodiode in the array measures the intensity of light at a specific wavelength, allowing for the analysis of multiple wavelengths simultaneously.The data obtained from the PC detector can be used to construct a spectrum, which is a plot of the intensity of light at different wavelengths. The spectrum provides information about the composition and concentration of the sample. For example, in the field of chemistry, thespectrum can be used to identify the presence of specific chemical compounds and determine their concentrations in a sample.中文回答：PC探测器光谱仪的作用原理是利用光电二极管阵列来检测和测量不同波长的光强度。
现代光谱分析
J 的取值范围： L + S, (L + S – 1), (L + S – 2), …, L -S J 的取值个数：
➢ 若L≥S，则J有(2S+1)个值；
➢ 若L＜S，则J有(2L+1)个值。
例：根据原子的电子构型求光谱项。 1. 钠原子基态和第一激发态。
四个量子数可以描述原子运动状态：n, l, ml, ms.
多个价电子运动状态的描述
n：主量子数 L：总角量子数 J：总内量子数 S：总自旋量子数
多电子角量子数耦合
L：总角量子数， 其数值为外层价电子角量子数 l 的矢量和，
即
L = Σli
如两个价电子耦合，L的取值为:
L = l1+l2，(l1+l2-1)，(l1+l2-2)，…，︱l1-l2︱
I2 g2 4 2 I1 g1 2
2. 激发温度
谱线强度与温度的关系
原子发射激发源
火焰： 空气-乙炔， 2200℃ 笑气-乙炔， 2900℃
氩气等离子体： 高温：高达10000K 高灵敏度 低的化学干扰 高的光谱干扰
3. 试样的组成和结构
CE-ICP-MS 相应的符号为：S, P, D, F，…
主量子数 n: 描述电子层，主要能量， n =1，2，…
角量子数 l：电子云形状，决定角动量Pl，l=0，1，2，…,
对应s, p, d, f,… 磁量子数 ml: 电子云伸展方向，决定角动量Pl沿Z轴分量， ml =0, ±1, ± 2, …, ± l
自旋量子数 s：电子的自旋，决定自旋角动量， s =1/2 自旋磁量子数 ms：自旋角动量沿Z轴分量， ms = ±1/2
光谱分析实验技术的使用方法与数据处理
光谱分析实验技术的使用方法与数据处理光谱分析是一种常见的实验技术，广泛应用于化学、物理和生物学等领域。
它通过测量物质吸收、发射或散射光的特征来研究物质的性质和组成。
在进行光谱分析实验时，正确的使用方法和数据处理技巧非常重要。
本文将讨论光谱分析实验技术的使用方法和数据处理的相关内容。
光谱分析的基本原理是根据物质对光的吸收和发射特性而确定其组成和性质。
常见的光谱分析方法包括紫外可见吸收光谱、红外光谱、核磁共振光谱和质谱等。
在进行实验前，首先需要准备样品和仪器。
样品的制备对于光谱分析实验非常重要。
样品的纯度和浓度直接影响分析结果的准确性。
在制备样品时，应尽量避免杂质的引入，保持样品的稳定性和可重复性。
此外，还需要注意样品的处理方法和条件，以确保实验结果的可靠性。
选择合适的仪器也是进行光谱分析实验的基本要求。
不同的光谱分析方法需要对应的仪器和设备。
例如，紫外可见吸收光谱需要使用紫外可见分光光度计，红外光谱需要使用红外光谱仪。
在选择仪器时，要考虑样品的属性和所需的分析参数，以及实验的预算和时间要求。
在进行实验时，需要注意正确的操作步骤和实验条件。
首先，要确保仪器处于正常工作状态，并按照仪器的说明书正确操作。
操作过程中，需要控制好实验条件，如温度、湿度和气氛等因素，以避免实验结果的偏差。
此外，还要注意实验中的交叉污染和系统漂移等问题，以减小实验误差。
完成实验后，还需要对实验数据进行处理和分析。
数据处理的目的是提取合适的信息，并准确地描述样品的特征和性质。
常见的数据处理方法包括光谱峰值分析、光谱比较和曲线拟合等。
在进行数据处理时，要根据实验目的选择适当的方法，并注意处理过程中的误差来源和数据可靠性。
光谱分析实验中，还有一些常见的问题需要注意。
首先，样品浓度过高或过低都会影响光谱的信号强度和准确性，因此需要选择合适的浓度范围进行实验。
其次，样品的吸光度值与测量时间之间存在一定的关系，需注意该关系对实验结果的影响。
名词解释光谱方案
名词解释：光谱方案引言光谱方案是指在光谱研究领域中采用的一种系统化的方法或策略，用于获取、分析和解释光谱数据。
光谱方案的应用范围广泛，涉及到物理学、化学、生物学等多个学科领域。
本文将对光谱方案的定义、分类和应用进行详细的解释和说明。
光谱方案的定义光谱方案是指在光谱学研究中使用的一系列技术、方法和操作步骤的组合。
这些方案旨在通过测量和分析光信号的特性，获得样本的光谱信息，从而揭示样品的物理、化学或生物性质。
光谱方案的分类根据光谱测量的原理和方法的不同，光谱方案可以分为以下几类：1. 红外光谱方案红外光谱方案是通过测量和分析物质在红外辐射下的吸收、散射和发射特性，来获取样品的光谱信息。
红外光谱方案广泛应用于化学、药物、材料科学等领域，用于分析和鉴定物质的结构和组成。
2. 紫外-可见光谱方案紫外-可见光谱方案是通过测量和分析物质在紫外-可见光波段的吸收和发射特性，来获取样品的光谱信息。
紫外-可见光谱方案常用于化学、生物学、环境科学等领域，用于分析和检测物质的浓度、反应动力学等参数。
3. 荧光光谱方案荧光光谱方案是通过测量和分析物质在受激发条件下的荧光发射特性，来获取样品的光谱信息。
荧光光谱方案广泛应用于生物学、医学、环境科学等领域，用于研究细胞、蛋白质、药物等的性质和功能。
4. 核磁共振光谱方案核磁共振光谱方案是通过测量和分析物质在强磁场下的核磁共振信号特性，来获取样品的光谱信息。
核磁共振光谱方案广泛应用于有机化学、生物化学、药物科学等领域，用于研究和解析有机分子的结构和相互作用。
5. 质谱光谱方案质谱光谱方案是通过测量和分析物质在质谱仪中得到的质谱图谱，来获取样品的光谱信息。
质谱光谱方案广泛应用于分析化学、环境科学、生物医学等领域，用于鉴定和定量分析复杂混合物中的化合物。
光谱方案的应用光谱方案在科学研究和工程实践中有着广泛的应用。
以下是光谱方案在不同领域的应用举例：1.化学分析：光谱方案可以用于分析和确定物质的组成和结构，如红外光谱可以用于鉴定有机物的官能团和化学键类型，质谱可以用于鉴定化合物的分子量和结构。
光谱设计课程设计
光谱设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解光谱的基本概念，掌握光谱的形成原理；2. 学会运用光谱知识解释自然界和生活中的现象；3. 了解光谱技术在科学研究和生产生活中的应用。
技能目标：1. 培养学生运用光谱知识分析和解决问题的能力；2. 提高学生进行科学实验和观察的能力；3. 学会使用光谱仪器，进行简单光谱实验操作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对光谱科学的兴趣，激发求知欲；2. 培养学生合作学习、探究学习的精神，形成良好的学习习惯；3. 增强学生对光谱技术应用于实际生活的意识，提高社会责任感。
课程性质：本课程为科学探究课程，旨在通过光谱知识的学习，培养学生科学素养和实际操作能力。
学生特点：六年级学生具有一定的科学知识基础，好奇心强，善于观察，喜欢动手操作。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，以探究式教学为主，提高学生主动参与度，确保课程目标的实现。
通过课程学习，使学生能够掌握光谱知识，具备初步的科学实验能力，并形成积极的情感态度价值观。
后续教学设计和评估将围绕具体学习成果展开。
二、教学内容1. 光谱基本概念：光的发射、吸收与散射；光谱的种类及特点。
2. 光谱的形成原理：白光通过棱镜分解为光谱；原子光谱与分子光谱的形成。
3. 光谱仪器的认识与使用：棱镜、光谱仪、光谱分析仪等设备的功能与操作方法。
4. 光谱在自然界和生活中的应用：彩虹、激光、荧光现象等。
5. 光谱技术在科学研究中的应用：天文学、化学、生物学等领域的光谱分析。
6. 光谱实验操作：进行简单的光谱实验，观察并分析实验现象。
教学内容安排与进度：第一课时：光谱基本概念与形成原理的学习。
第二课时：光谱仪器的认识与使用。
第三课时：光谱在自然界和生活中的应用。
第四课时：光谱技术在科学研究中的应用。
第五课时：光谱实验操作与实验现象分析。
教材章节关联：教学内容与课本第四章《光与颜色》相关，涉及第四、五节的光谱知识内容。
三、教学方法本课程采用以下多样化的教学方法，以激发学生学习兴趣，提高主动参与度：1. 讲授法：教师以生动形象的语言，结合多媒体演示，讲解光谱基本概念、形成原理以及光谱技术在科学研究中的应用，为学生奠定坚实的理论基础。
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采用PC的数字化现代光谱学设计方案
采用PC的数字化现代光谱学设计方案1引言现代光谱学实验普遍需要使用高性能计算机来采集、分析、存储并显示数据。
通常，最需要的就是将光探测器输出的原始模拟电压信号转换为数字信号的高速数字化仪。
市场上基于PC的数字化仪为光谱学提供了低成本、结构紧凑简单、品质一流的完整解决方案。
2概述基于PC的数字化仪的基本优势在于其基于PCI总线的无与伦比的数据传输速度，数据可以从数字化仪的内存直接传输到PC-RAM，而不需要CPU的干预
采用PC的数字化现代光谱学设计方案
1 引言
现代光谱学实验普遍需要使用高性能计算机来采集、分析、存储并显示数据。
通常，最需要的就是将光探测器输出的原始模拟电压信号转换为数字信号的高速数字化仪。
市场上基于PC的数字化仪为光谱学提供了低成本、结构紧凑简单、品质一流的完整解决方案。
2 概述
基于PC的数字化仪的基本优势在于其基于PCI总线的无与伦比的数据传输速度，数据可以从数字化仪的内存直接传输到PC-RAM，而不需要CPU的干预。
基于PC的数字化仪的数据传输速度可以达到200MByte/s。
高数据传输速率使光谱系统可以在许多光谱应用中跟踪重复频率很高的信号，而不发生无效触发(即：触发信号到达数字化仪了，但是仪器正在进行数据传输而投有响应，造成该触发无效)。
数字化仪对光谱学最重要的两个贡献，一是它的高采样速率提高了测量时间的准确性，二是其高垂直分辨率提高了对高动态范围信号的灵敏度。
高采样率和高分辨率是数字化仪的两个相对立的特性。
简而言之，高垂直分辨率测量需要较长时间来实现，从而降低了采样率。
因此，设计光谱系统时需要根据应用要求在高分辨率和高采样率之间选择最有效配合。
3 应用实例
3.1 激光雷达光谱学
3.1.1 激光雷达的应用范围
虽然激光雷达被广泛用于探测森林覆盖率和测量汽车行驶速度，但主要应用在大气科学领域，如图l所示，在大气脉冲激光雷达系统中，激光脉冲一般指向大气，然后被大气成分散射。
极小的一部分散射光最终被光学接收器收集起来进行分析。
不同的激光雷达系统可以应用于气象学、风速测量、气候变化监测、臭氧监测、污染监测等。
3.1.2 激光雷达系统的种类
激光雷达系统可分为以下三种：简单的激光雷达系统(使用单频激光)，复杂的激光雷达系统(包括两个频率的激光来鉴别物种或测量光学多普勒频移，以此获得散射体的速度，进而得知大气的风速)，脉冲激光雷达(使用高能量脉冲激光)。
其中脉冲激光雷达系统的主要特性如下：
典型脉冲持续时间约为10 ns，波长约为500nm，激光重复频率为50 Hz~100Hz。
脉冲激光由转向镜发射到大气中。
大气中的组分(某些分子、悬浮粒子、水蒸气或小液滴)将脉冲向各个方向散射。
研究通常局限在对流层，即大部分天气现象发生较频繁的一层，垂直高度在15 km以下。
一小部分被大气散射的激光被光收集系统所收集，然后导入光探测器，其电压输出被发送到数字化仪。
当入射激光束射向给定方向，激光脉冲触发数字化仪。
光信号强度是时间
t的函数，说明光在给定高度x的散射强度，x=ct/2。
光速c可以表示为300m/μs，到达对流层顶部来回最大距离为30 km，最大激光脉冲飞行时间为30 km/300 m/μs=100 ms.典型情况下，激光雷达系
统要求采样率约为100 MS/s，这样就可以得到约为1/2×(300 M/μs)/(100 MS/s)=1.5 m的空间分辨率。
如果大气中光的散射与高度是一致的，那么在地面探测到的光强度会按高度的平方递减。
这一快速下降导致探测到的光信号强度随时间增加而下降几个数量级。
因此，高动态范围的激光雷达信号要求最高的数字化仪分辨率：100 MS/s时为14bits。
有时要用不同的探测器覆盖激光雷达信号的不同强度范围。
在新的双探测器技术中，光电二极管探测器提供高强度，低高度的前部信号，产生正比于
光强度的瞬时电压输出。
对后部高度高，强度低的信号部分，使用光电倍增管(PMT)。
由于PMT电子增益高，在探测单光子时，可以认为产生的是电脉冲。
每个探测器的输出被分别连接到数字化仪的两个通道上。
每个数字化仪都配备有两个独立的模拟-数字转换器(ADC)，它们由相同的高速采集信号时钟触发，提供双通道同步采样。
这样，用户可以使用前期的连续探测器和后期的PMT，将
两个探测器信号按时间组合起来。
扫描激光束角度使激光雷达系统可以对大气成像，激光雷达信号常在某一个激光发射角度进行平均以提高信噪比(S/N)。
快速重复采集可以提供最快的整体激光雷达扫描速度。
要求的采集时间为100μs，采样率为100 MS/s，所采集的波形大小有lO 000点。
基于PC、具有超快传输速率PCI的数字化仪可以
以超过l 000 waveforms/s的速率采集到lO 000点波形。
所以，激光雷达系统的扫描速度只受到100 Hz激光触发速率，而不是数字化仪传输速率的限制。
3.2 腔体衰荡光谱
激光腔体衰荡光谱(CRDS)是一项强大的技术，是在近25年随着高反射镜的出现而出现的。
如图2所示，在典型的脉冲激光CRDS实验中，激光腔体中泄漏光强度的指数衰减率取决于未知气体样品衰减，从变化率就可以确认是哪种气体。
从可调谐激光器输出的高功率光脉冲穿过由两个高反射镜(大于99.9％)组成的腔体后，沿光轴在另外一侧出射。
光脉冲在两端的镜子之间来回反射，强度随每次反射及衰减指数降低。
从腔体泄漏出来的光被一端的光探测器检测。
测量腔体的衰减时间常数变化，如：扫描激光频率，能进行灵敏的分子吸收光谱测量及痕量气体探测。
因为它只测量泄漏的衰减时间，脉冲CRDS对激光强度变化在本质上是不敏感的。
时间常数的相对误差约等于衰减S/N。
因为衰减时间一般为几毫秒，100 MS/s的采样率就足够了。
在此采样率下，可以达到14 bits分辨率，超过60 dB的S/N，使测量的时间常数精确在O.1％以上。
快速重复信号采集可以对重复信号进行平均，并进一步提高时间常数测量的精确性。
在激光雷达中，基于PC的高速数字化仪能够进行快速数据传输，数据采集仅受激光重复频率的限
制，约为100 Hz～200 Hz．
3.3 激光超声
传统上，超声检测(非接触技术可以在样品中只用激光产生和检测超声)要求将超声传感器与待测物体相连接；或至少通过介质(如：水)进行传导(见图3)。
大约持续10 ns的高能紫外激光脉冲以待测物的一侧为目标。
突然的热膨胀产生一个超声脉冲，它在待测物中穿过，撞击到另一侧，产生表面波动。
第二个红外激光束从这个波动表面反射出去到达干涉仪，在干涉仪中与一个参考光束相结合。
干涉仪的电压输出信号提供了一个从该表面来的超声位移信号。
扫描激光超声系统用于对结构巨大的物体，如飞机机身进行非接触检测。
由于其超声频率激发带宽为100 MHz或更大，激光超声也是材料评估的一个有力方法。
随着超声频率增加，衰减也增加，波长低于微型结构晶粒大小。
100 MHz频率的超声波长有几十微米，可以用于金属中的晶粒尺寸。
因此，研究频率与超声衰减的依存关系，激光超声光谱可以跟踪不同处理过程中微型结构的演化。
要达到100 MHz或更高的超声频率，激光超声系统通常要求采样率很高的数字化仪(1 GS/s或更高)。
同时要求高分辨率，高采样率通常将数字化仪限制在8 bits。
快速重复信号采集要求信号平均，快速扫描，或跟上快速材料加工速度。
正如在其它光谱应用中，基于PC的高性能数字化仪提供了高重复率，其限制因素仅为激光脉冲重复频率。