激光光譜學(xué)

內(nèi)容概要

　　《激光光譜學(xué)（原書第4版）（第1卷：基本原理）》分兩卷，全面地介紹了激光光譜學(xué)的基本原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，詳盡描述了激光光譜學(xué)當(dāng)前研究的全貌。　　《激光光譜學(xué)（原書第4版）（第1卷：基本原理）》自30年前第一版付梓以來，備受歡迎，作者也根據(jù)激光光譜學(xué)領(lǐng)域的新發(fā)展而多次修改、增訂，現(xiàn)在已經(jīng)是第四版（2008年出版），是激光光譜學(xué)方面最權(quán)威的教科書。　　第一卷介紹了激光光譜學(xué)的基本原理。在簡短的導(dǎo)論（第1章）之后，概述了光吸收和光發(fā)射（第2章）以及譜線的寬度和形狀（第3章）中所涉及的基本概念，然后詳細(xì)介紹了各種類型的光譜儀器（第4章）和激光器（第5章），從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面為深入理解激光光譜學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。　　作者多年從事激光光譜學(xué)的研究工作，對(duì)學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)了如指掌?！都す夤庾V學(xué)（原書第4版）（第1卷：基本原理）》的文筆簡練、敘述翔實(shí)，更配有大量插圖（約900幅）和實(shí)例，是一本難得一見的好書，甚至可以稱之為激光光譜學(xué)領(lǐng)域中唯一的教科書。

作者簡介

德國凱澤斯勞滕大學(xué)教授，著名激光光譜學(xué)專家。創(chuàng)建了高分辨率激光光譜技術(shù)及其在原子分子理學(xué)中的應(yīng)用這一研究領(lǐng)域。1995年獲得由德國物理學(xué)會(huì)和物理研究所頒發(fā)的馬克思-玻恩獎(jiǎng)。2000年獲得洪堡基金會(huì)頒發(fā)的海森堡獎(jiǎng)。
姬揚(yáng)，男，1971年4月出生，理學(xué)博士，研究員。
1998年于中國科科學(xué)院半導(dǎo)體研究所獲得理學(xué)博士學(xué)位，主要研究半導(dǎo)體量子阱中電子子帶間弛豫過程。
1998年至2002年在以色列魏茲曼研究所作為博士后研究人員，研究固體中電子自旋對(duì)電子輸運(yùn)過程的影響以及電子的波動(dòng)和粒子特性。
2002年，得到中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”的資助，開始在中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工作，從事半導(dǎo)體低維結(jié)構(gòu)中電子的自旋相干過程的研究。
2004年獲得國家杰出青年基金的資助。作為骨干研究人員，獲得了國家創(chuàng)新群體項(xiàng)目（2006年）和海外創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2007年）的資助。并作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人或主要研究人員參與了其它一些科研項(xiàng)目。
這幾年主要致力于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立，與徐仲英、孫寶權(quán)、楊富華、鄭厚植和趙建華等同事合作搭建了時(shí)間分辨的法拉第/克爾旋轉(zhuǎn)測量系統(tǒng)（包括簡并、雙色和雙泵浦等不同的測量模式）、磁圓偏振光雙色譜測量系統(tǒng)、（時(shí)間分辨）偏振熒光探測系統(tǒng)、霍爾測量系統(tǒng)和微波輻照下的電導(dǎo)/熒光測量系統(tǒng)等，為超晶格室進(jìn)行半導(dǎo)體自旋電子學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究奠定了良好的基礎(chǔ)，并已經(jīng)開始獲得一些有意義的研究成果。
在Nature，Science，Physical Review Letters，Applied Physics Letters,
Physical Review等雜志上發(fā)表過多篇學(xué)術(shù)論文，在學(xué)界有一定的學(xué)術(shù)影響。

書籍目錄

譯者的話第四版序言第三版序言第二版序言第一版序言第1章導(dǎo)論...................................................................
1 第2
章光的吸收和發(fā)射.......................................................
4
2.1
腔模....................................................................4
2.2 熱輻射和普朗克定律...................................................
7
2.3 吸收、受激輻射和自發(fā)輻射...........................................
10
2.4
基本光度學(xué)量.........................................................
13
2.4.1
定義.............................................................
13
2.4.2 大面積上的照明...................................................
15
2.5
光的偏振..............................................................
17
2.6
吸收譜和發(fā)射譜.......................................................19
2.7
躍遷幾率..............................................................
22
2.7.1 自發(fā)輻射躍遷和無輻射躍遷的壽命.................................. 23
2.7.2 半經(jīng)典描述：基本方程.............................................
25
2.7.3
弱場近似.........................................................
27
2.7.4
寬帶激發(fā)下的躍遷幾率.............................................29
2.7.5 唯象地考慮衰減現(xiàn)象...............................................
31
2.7.6 與強(qiáng)場的相互作用.................................................
32
2.7.7 躍遷幾率、吸收系數(shù)和譜線強(qiáng)度之間的關(guān)系.......................... 36
2.8 輻射場的相干性質(zhì)....................................................
37
2.8.1
時(shí)間相干性....................................................... 38
2.8.2
空間相干性....................................................... 39
2.8.3
相干體積.........................................................
40
2.8.4 相干函數(shù)和相干度.................................................
42
2.9 原子系統(tǒng)的相干性....................................................
46
2.9.1
密度矩陣.........................................................
47
2.9.2
相干激發(fā).........................................................
48
2.9.3 相干激發(fā)系統(tǒng)的弛豫...............................................
50
2.10
習(xí)題.................................................................
51
第3 章譜線的寬度和形狀....................................................
53
3.1
自然線寬..............................................................
54
3.1.1 發(fā)射譜的洛倫茲線形...............................................
54
3.1.2
線寬與壽命之間的關(guān)系.............................................56
3.1.3 吸收躍遷的自然線寬...............................................
58
3.2
多普勒寬度...........................................................
61
3.3
譜線的碰撞展寬.......................................................65
3.3.1
唯象描述.........................................................
66
3.3.2 相互作用勢與譜線展寬和位移的關(guān)系................................ 71
3.3.3 碰撞引起的譜線變窄...............................................
74
3.4
渡越時(shí)間展寬.........................................................
74
3.5 譜線的均勻展寬和非均勻展寬........................................ 77
3.6 飽和展寬和功率展寬..................................................
78
3.6.1 光學(xué)泵浦引起的能級(jí)粒子數(shù)飽和.................................... 79
3.6.2
均勻展寬譜線的飽和展寬...........................................80
3.6.3
功率展寬.........................................................
82
3.7 液體和固體中的譜線形狀.............................................
83
3.8
習(xí)題...................................................................85
第4
章光譜儀器.............................................................
87
4.1
光譜儀和單色儀.......................................................87
4.1.1
基本性質(zhì).........................................................
89
4.1.2
棱鏡光譜儀....................................................... 97
4.1.3
光柵光譜儀...................................................... 100
4.2
干涉儀...............................................................
107
4.2.1
基本概念........................................................
108
4.2.2 邁克耳孫干涉儀..................................................
109
4.2.3
傅里葉光譜...................................................... 112
4.2.4馬赫–曾德爾干涉儀...............................................113
4.2.5 薩格納克干涉儀..................................................
116
4.2.6
多光束干涉...................................................... 117
4.2.7平面法布里–珀羅干涉儀..........................................
124
4.2.8共焦型法布里–珀羅干涉儀........................................
131
4.2.9
多層介質(zhì)膜...................................................... 136
4.2.10
干涉濾光片..................................................... 140
4.2.11 雙折射干涉儀...................................................
142
4.2.12 可調(diào)諧的干涉儀.................................................
146
4.3 光譜儀和干涉儀的比較..............................................
147
4.3.1
譜分辨本領(lǐng)...................................................... 147
4.3.2
采光本領(lǐng)........................................................
149
4.4
波長的精確測量......................................................150
4.4.1 波長測量的精密度與準(zhǔn)確度.......................................
151
4.4.2 當(dāng)代的波長計(jì)....................................................
153
4.5
光的探測.............................................................162
4.5.1
熱探測器........................................................
164
4.5.2
光電二極管...................................................... 170
4.5.3 光電二極管陣列..................................................
180
4.5.4 電荷耦合器件....................................................
181
4.5.5 光電發(fā)射探測器..................................................
183
4.5.6
探測技術(shù)和電子儀器..............................................193
4.6
結(jié)論.................................................................
199
4.7
習(xí)題.................................................................
199
第5 章激光：光譜測量中的光源............................................ 201
5.1
激光的基本知識(shí)......................................................201
5.1.1
激光器的基本元件................................................201
5.1.2
閾值條件........................................................
202
5.1.3
速率方程........................................................
204
5.2
激光共振腔..........................................................
206
5.2.1
開放式光學(xué)共振腔................................................207
5.2.2 開放式共振腔中的場分布.........................................
210
5.2.3 共焦式共振腔....................................................
212
5.2.4
一般性的球型共振腔..............................................215
5.2.5 開放式共振腔的衍射損耗.........................................
216
5.2.6 穩(wěn)定共振腔和非穩(wěn)定共振腔.......................................
217
5.2.7
環(huán)形共振腔...................................................... 222
5.2.8
被動(dòng)式共振腔的頻譜..............................................224
5.3 激光發(fā)射譜的特性...................................................
226
5.3.1 主動(dòng)式共振腔和激光模式.........................................
227
5.3.2
增益飽和........................................................
229
5.3.3
空間燒孔........................................................
231
5.3.4
多模激光和增益競爭..............................................232
5.3.5
模式拖曳........................................................
235
5.4
單模激光的實(shí)現(xiàn)......................................................237
5.4.1
選擇譜線........................................................
237
5.4.2 橫向模式的抑制..................................................
240
5.4.3 單縱模的選擇....................................................
242
5.4.4
光強(qiáng)的穩(wěn)定...................................................... 248
5.4.5
波長的穩(wěn)定...................................................... 251
5.5
單模激光器的波長可控調(diào)諧..........................................261
5.5.1 連續(xù)可調(diào)諧技術(shù)..................................................
261
5.5.2
波長的校準(zhǔn)...................................................... 265
5.5.3 頻率偏移的鎖定..................................................
267
5.6
單模激光的線寬......................................................267
5.7
可調(diào)諧激光器........................................................
270
5.7.1
基本概念........................................................
270
5.7.2
半導(dǎo)體二極管激光器..............................................271
5.7.3
可調(diào)諧固體激光器................................................277
5.7.4
色心激光器...................................................... 280
5.7.5
染料激光器...................................................... 284
5.7.6 準(zhǔn)分子激光器....................................................
299
5.7.7 自由電子激光器..................................................
301
5.8 非線性光學(xué)混頻技術(shù).................................................
304
5.8.1
物理背景........................................................
304
5.8.2
相位匹配........................................................
308
5.8.3 二次諧波生成....................................................
311
5.8.4
準(zhǔn)相位匹配...................................................... 316
5.8.5
和頻與高階諧波的產(chǎn)生............................................317
5.8.6 X
射線激光器....................................................323
5.8.7
差頻譜儀........................................................
325
5.8.8 光學(xué)參量振蕩器..................................................
328
5.8.9
可調(diào)諧的拉曼激光器..............................................332
5.9
高斯光束.............................................................335
5.10
習(xí)題................................................................
341
習(xí)題解答.......................................................................343
參考文獻(xiàn).......................................................................361

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：本章討論與物質(zhì)發(fā)生相互作用的電磁波，討論它們的吸收和發(fā)射。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)對(duì)于氣態(tài)媒質(zhì)的光譜非常重要的那些方面。首先討論熱輻射場和腔模的概念，以便澄清自發(fā)輻射和吸收與受激輻射和吸收之間的區(qū)別和聯(lián)系。這就給出了愛因斯坦系數(shù)的定義及其相互關(guān)系。接下來的一節(jié)解釋光測度學(xué)中的一些定義，例如輻射功率、強(qiáng)度和譜功率密度。利用基于經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)概念的經(jīng)典模型，可以理解光學(xué)和光譜學(xué)中的許多現(xiàn)象。例如，利用原子中電子的阻尼諧振子模型，可以描述物質(zhì)中電磁波的吸收和發(fā)射。在大多數(shù)情況下，不難給出經(jīng)典結(jié)果的量子力學(xué)描述。第2.7 節(jié)將簡要介紹半經(jīng)典方法。激光光譜學(xué)中的許多實(shí)驗(yàn)依賴于輻射的相干性以及原子或分子能級(jí)的相干激發(fā)。因此，在本章的末尾，討論了光場的時(shí)間相干性和空間相干性的基本概念，以及用于描述原子相干性的密度矩陣方法。在正文中，經(jīng)常用“光”這個(gè)詞描述所有譜區(qū)中的電磁輻射。同樣，“分子”這個(gè)詞一般來說也包括原子。然而，我們的討論和絕大多數(shù)的例子都是氣態(tài)媒質(zhì)，即自由的原子或分子。

編輯推薦

《激光光譜學(xué)(第1卷)(基本原理)(原書第4版)》是現(xiàn)代物理基礎(chǔ)叢書之一。

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