激光光譜技術(shù)原理及應(yīng)用

前言

光譜學(xué)是通過(guò)物質(zhì)（原子、分子、團(tuán)族等）對(duì)光的吸收與發(fā)射，研究光與物質(zhì)相互作用的一門學(xué)科。它起源于17世紀(jì)牛頓（I.Newton）進(jìn)行的色散實(shí)驗(yàn)，但是此后一百余年，其發(fā)展一直是很緩慢的。1814年夫瑯和費(fèi)（J.Franunhofer）用棱鏡在太陽(yáng)光譜中觀察到576條吸收線，1860年，基爾霍夫（G.R.Kirchhoff）用自己創(chuàng)制的分光儀發(fā)現(xiàn)了銫和銣元素，奠定了光譜化學(xué)的基礎(chǔ)，從此光譜學(xué)逐步地進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展階段。一方面，光譜學(xué)本身的原理與定律建立起來(lái)了，另一方面對(duì)近代物理學(xué)的建立與發(fā)展起了極為重要的推動(dòng)作用，可以說(shuō)沒(méi)有光譜學(xué)的成就，也就沒(méi)有物理學(xué)、化學(xué)的今天。光譜學(xué)的深入發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用，從20世紀(jì)開始，光譜分析逐漸成為在冶金、電子、化工、醫(yī)藥、輕工、食品等工業(yè)部門重要的分析手段。激光的出現(xiàn)給光譜學(xué)賦予了新的生命力，特別是可調(diào)諧激光器的出現(xiàn)和發(fā)展，使光譜學(xué)發(fā)生了革命性的變化，使它發(fā)展成為一門新的學(xué)科——激光光譜學(xué)。激光光譜學(xué)既是傳統(tǒng)基礎(chǔ)學(xué)科（物理、化學(xué)、生物、天文學(xué)等）的重要研究手段，又是許多在應(yīng)用學(xué)科中不可缺少的探測(cè)與分析方法。因此，激光光譜學(xué)不僅是光譜專業(yè)工作者應(yīng)該掌握的，而且也是許多應(yīng)用專業(yè)的科技工作者所必須熟悉的。根據(jù)多年教學(xué)與科研工作的實(shí)踐，在1999年第1版和2006年修訂版的基礎(chǔ)上，重新編寫了這本以廣大的理工科大學(xué)生、研究生以及科技工作者為讀者對(duì)象的引論性讀物。讀者對(duì)象決定了本書的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容。本書還適用于具有大學(xué)工科的高等數(shù)學(xué)與普通物理學(xué)水平，但沒(méi)有修學(xué)過(guò)激光原理及光學(xué)專業(yè)課程的生化、環(huán)保測(cè)試等專業(yè)的大學(xué)本科畢業(yè)生、在讀研究生和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員。全書共8章，第1～3章為基礎(chǔ)部分，其中第1章為光譜學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)；第2章為光譜儀與弱信號(hào)檢測(cè)儀；第3章為激光的基本原理及光譜學(xué)中常用的激光器與激光技術(shù)。第4～8章為介紹各種激光光譜學(xué)的新方法部分，遵循物質(zhì)吸收與發(fā)射思路，其中第4章介紹以物質(zhì)的吸收為基礎(chǔ)的各種吸收光譜技術(shù)；第5章介紹原子分子的激光誘導(dǎo)熒光與激光等離子體光譜技術(shù)；第6章介紹各種無(wú)多普勒展寬光譜技術(shù)，包括非線性無(wú)多普勒技術(shù)與激光引入后的線性技術(shù)；第7章為激光拉曼光譜技術(shù)，這是激光使傳統(tǒng)面貌變化最大的一種光譜技術(shù)；第8章介紹與原子分子電離相關(guān)的幾種光譜技術(shù)，包括里德伯光譜、光電流光譜與激光質(zhì)譜檢測(cè)，其中后者是將光譜與質(zhì)譜聯(lián)用的新型二維光譜技術(shù)。最后，還集中介紹了零動(dòng)能光譜技術(shù)這一前沿研究領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)向。

內(nèi)容概要

　　光譜學(xué)是通過(guò)物質(zhì)（原子、分子、團(tuán)族等）對(duì)光的吸收與發(fā)射，研究光與物質(zhì)相互作用的一門學(xué)科。它起源于17世紀(jì)牛頓（I.Newton）進(jìn)行的色散實(shí)驗(yàn)，但是此后一百余年，其發(fā)展一直是很緩慢的。1814年夫瑯和費(fèi)（J.Franunhofer）用棱鏡在太陽(yáng)光譜中觀察到576條吸收線，1860年，基爾霍夫（G.R.Kirchhoff）用自己創(chuàng)制的分光儀發(fā)現(xiàn)了銫和銣元素，奠定了光譜化學(xué)的基礎(chǔ)，從此光譜學(xué)逐步地進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展階段。一方面，光譜學(xué)本身的原理與定律建立起來(lái)了，另一方面對(duì)近代物理學(xué)的建立與發(fā)展起了極為重要的推動(dòng)作用，可以說(shuō)沒(méi)有光譜學(xué)的成就，也就沒(méi)有物理學(xué)、化學(xué)的今天。光譜學(xué)的深入發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用，從20世紀(jì)開始，光譜分析逐漸成為在冶金、電子、化工、醫(yī)藥、輕工、食品等工業(yè)部門重要的分析手段。

書籍目錄

前言第一章 光譜學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié) 光第二節(jié) 光在介質(zhì)中的傳播第三節(jié) 能級(jí)躍遷第四節(jié) 光譜第五節(jié) 譜線寬度與線型第二章 光譜儀與弱信號(hào)檢測(cè)儀第一節(jié) 光柵光譜儀第二節(jié) 干涉儀第三節(jié) 信號(hào)與噪聲第四節(jié) 光電探測(cè)器第五節(jié) 鎖相放大器第六節(jié) 取樣平均器(BOXCAR)第七節(jié) 單光子計(jì)數(shù)器第八節(jié) 光學(xué)多道分析儀第三章 光譜技術(shù)中的激光光源第一節(jié) 光學(xué)諧振腔第二節(jié) 激光振蕩第三節(jié) 光譜學(xué)中常用激光光源第四節(jié) 超短脈沖激光第五節(jié) 光源的非線性光學(xué)擴(kuò)展第四章 激光吸收光譜技術(shù)第一節(jié) 基本吸收光譜技術(shù)第二節(jié) 高靈敏度吸收光譜技術(shù)第三節(jié) 耦合雙共振號(hào)陜速吸收光譜技術(shù)第四節(jié) 外場(chǎng)掃描吸收光譜技術(shù)第五節(jié) 光聲與光熱光譜技術(shù)第五章 發(fā)射光譜技術(shù)第一節(jié) 激光誘導(dǎo)熒光光譜技術(shù)第二節(jié) 時(shí)間分辨熒光第三節(jié) 多光子熒光與超聲射流技術(shù)第四節(jié) 激光等離子體發(fā)射光譜技術(shù)第六章 無(wú)多普勒展寬光譜技術(shù)第一節(jié) 飽和吸收光譜技術(shù)第二節(jié) 偏振調(diào)制光譜技術(shù)第三節(jié) 雙光子無(wú)多普勒光譜學(xué)第四節(jié) 線性無(wú)多普勒光譜技術(shù)第七章 激光拉曼光譜技術(shù)第一節(jié) 自發(fā)拉曼散射第二節(jié) 相干反斯托克斯拉曼散射光譜第三節(jié) 受激拉曼散射第八章 光電離光譜技術(shù)第一節(jié) 原子、分子的高激發(fā)態(tài)研究第二節(jié) 光電流光譜技術(shù)第三節(jié) 原子與分子的光電離光譜第四節(jié) 光電離質(zhì)譜檢測(cè)

章節(jié)摘錄

插圖：受激拉曼散射的方向性很好，散射的方向有前向的與后向的，它們分別稱為前向拉曼散射與后向拉曼散射。與自發(fā)拉曼效應(yīng)相比，受激拉曼效應(yīng)有明顯的閾值性。只有當(dāng)入射光的強(qiáng)度超過(guò)某一閾值時(shí)才會(huì)出現(xiàn)受激的拉曼散射，要用足夠強(qiáng)的功率激光照射才能獲得。從量子觀點(diǎn)來(lái)看，拉曼散射是分子振動(dòng)的聲子對(duì)人射光散射的結(jié)果。聲子是由熱振動(dòng)激發(fā)的，其相位呈無(wú)規(guī)分布。對(duì)于自發(fā)拉曼散射，散射光可以看成入射光與無(wú)規(guī)相位分布的聲子相碰撞的結(jié)果。因此雖然入射激光是相干光，但散射光的相位卻是無(wú)規(guī)分布的，是非相干光。但是在受激拉曼散射過(guò)程中，相干的入射光被受激的相干聲子所散射，因此散射光是相干光。例如對(duì)于一級(jí)斯托克斯線的受激散射情形，入射光子與介質(zhì)中聲子相碰撞，產(chǎn)生一個(gè)斯托克斯散射光子，并增添一個(gè)受激聲子。這增添的一個(gè)受激聲子又與入射光子碰撞，又增加一個(gè)受激聲子，如此等等，重復(fù)進(jìn)行，受激聲子數(shù)就迅速地增長(zhǎng)起來(lái)。由于受激聲子是在相干光激發(fā)下形成的，所以受激產(chǎn)生的散射光也是相干的。

編輯推薦

《激光光譜技術(shù)原理及應(yīng)用(第2版)》是由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社出版的。

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