激光光譜技術原理及應用

前言

光譜學是通過物質（原子、分子、團族等）對光的吸收與發(fā)射，研究光與物質相互作用的一門學科。它起源于17世紀牛頓（I.Newton）進行的色散實驗，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（J.Franunhofer）用棱鏡在太陽光譜中觀察到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)現了銫和銣元素，奠定了光譜化學的基礎，從此光譜學逐步地進入了實質性的發(fā)展階段。一方面，光譜學本身的原理與定律建立起來了，另一方面對近代物理學的建立與發(fā)展起了極為重要的推動作用，可以說沒有光譜學的成就，也就沒有物理學、化學的今天。光譜學的深入發(fā)展與實際應用，從20世紀開始，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。激光的出現給光譜學賦予了新的生命力，特別是可調諧激光器的出現和發(fā)展，使光譜學發(fā)生了革命性的變化，使它發(fā)展成為一門新的學科——激光光譜學。激光光譜學既是傳統(tǒng)基礎學科（物理、化學、生物、天文學等）的重要研究手段，又是許多在應用學科中不可缺少的探測與分析方法。因此，激光光譜學不僅是光譜專業(yè)工作者應該掌握的，而且也是許多應用專業(yè)的科技工作者所必須熟悉的。根據多年教學與科研工作的實踐，在1999年第1版和2006年修訂版的基礎上，重新編寫了這本以廣大的理工科大學生、研究生以及科技工作者為讀者對象的引論性讀物。讀者對象決定了本書的結構與內容。本書還適用于具有大學工科的高等數學與普通物理學水平，但沒有修學過激光原理及光學專業(yè)課程的生化、環(huán)保測試等專業(yè)的大學本科畢業(yè)生、在讀研究生和實驗技術人員。全書共8章，第1～3章為基礎部分，其中第1章為光譜學基礎知識；第2章為光譜儀與弱信號檢測儀；第3章為激光的基本原理及光譜學中常用的激光器與激光技術。第4～8章為介紹各種激光光譜學的新方法部分，遵循物質吸收與發(fā)射思路，其中第4章介紹以物質的吸收為基礎的各種吸收光譜技術；第5章介紹原子分子的激光誘導熒光與激光等離子體光譜技術；第6章介紹各種無多普勒展寬光譜技術，包括非線性無多普勒技術與激光引入后的線性技術；第7章為激光拉曼光譜技術，這是激光使傳統(tǒng)面貌變化最大的一種光譜技術；第8章介紹與原子分子電離相關的幾種光譜技術，包括里德伯光譜、光電流光譜與激光質譜檢測，其中后者是將光譜與質譜聯用的新型二維光譜技術。最后，還集中介紹了零動能光譜技術這一前沿研究領域的發(fā)展動向。

內容概要

　　光譜學是通過物質（原子、分子、團族等）對光的吸收與發(fā)射，研究光與物質相互作用的一門學科。它起源于17世紀牛頓（I.Newton）進行的色散實驗，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（J.Franunhofer）用棱鏡在太陽光譜中觀察到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)現了銫和銣元素，奠定了光譜化學的基礎，從此光譜學逐步地進入了實質性的發(fā)展階段。一方面，光譜學本身的原理與定律建立起來了，另一方面對近代物理學的建立與發(fā)展起了極為重要的推動作用，可以說沒有光譜學的成就，也就沒有物理學、化學的今天。光譜學的深入發(fā)展與實際應用，從20世紀開始，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 光譜學基礎知識第一節(jié) 光第二節(jié) 光在介質中的傳播第三節(jié) 能級躍遷第四節(jié) 光譜第五節(jié) 譜線寬度與線型第二章 光譜儀與弱信號檢測儀第一節(jié) 光柵光譜儀第二節(jié) 干涉儀第三節(jié) 信號與噪聲第四節(jié) 光電探測器第五節(jié) 鎖相放大器第六節(jié) 取樣平均器(BOXCAR)第七節(jié) 單光子計數器第八節(jié) 光學多道分析儀第三章 光譜技術中的激光光源第一節(jié) 光學諧振腔第二節(jié) 激光振蕩第三節(jié) 光譜學中常用激光光源第四節(jié) 超短脈沖激光第五節(jié) 光源的非線性光學擴展第四章 激光吸收光譜技術第一節(jié) 基本吸收光譜技術第二節(jié) 高靈敏度吸收光譜技術第三節(jié) 耦合雙共振號陜速吸收光譜技術第四節(jié) 外場掃描吸收光譜技術第五節(jié) 光聲與光熱光譜技術第五章 發(fā)射光譜技術第一節(jié) 激光誘導熒光光譜技術第二節(jié) 時間分辨熒光第三節(jié) 多光子熒光與超聲射流技術第四節(jié) 激光等離子體發(fā)射光譜技術第六章 無多普勒展寬光譜技術第一節(jié) 飽和吸收光譜技術第二節(jié) 偏振調制光譜技術第三節(jié) 雙光子無多普勒光譜學第四節(jié) 線性無多普勒光譜技術第七章 激光拉曼光譜技術第一節(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) 光電流光譜技術第三節(jié) 原子與分子的光電離光譜第四節(jié) 光電離質譜檢測

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)拉曼效應相比，受激拉曼效應有明顯的閾值性。只有當入射光的強度超過某一閾值時才會出現受激的拉曼散射，要用足夠強的功率激光照射才能獲得。從量子觀點來看，拉曼散射是分子振動的聲子對人射光散射的結果。聲子是由熱振動激發(fā)的，其相位呈無規(guī)分布。對于自發(fā)拉曼散射，散射光可以看成入射光與無規(guī)相位分布的聲子相碰撞的結果。因此雖然入射激光是相干光，但散射光的相位卻是無規(guī)分布的，是非相干光。但是在受激拉曼散射過程中，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。例如對于一級斯托克斯線的受激散射情形，入射光子與介質中聲子相碰撞，產生一個斯托克斯散射光子，并增添一個受激聲子。這增添的一個受激聲子又與入射光子碰撞，又增加一個受激聲子，如此等等，重復進行，受激聲子數就迅速地增長起來。由于受激聲子是在相干光激發(fā)下形成的，所以受激產生的散射光也是相干的。

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《激光光譜技術原理及應用(第2版)》是由中國科學技術大學出版社出版的。

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