激光光谱及技术

1、激光光谱左都罗: 87792355: zuoduluo激光光谱？光谱及光谱技术 (Spectrum and Spectroscopy)：光吸收、发射过程的频域信息产生原理以及获得方法认识物质结构及其变化过程的重要工具原子分子物理、等离子体物理、天体物理化学材料生命科学以及医学激光的诞生，使光谱探测方式、灵敏度、分辨率等发生根本性的变化，极大地扩展了光谱分析的能力，形成了一门新兴的学科 激光光谱。广义的激光光谱技术(Laser Spectroscopy)：关于与物质内部量子化能级结构相关的激光与物质相互作用的实验科学。课程目标在掌握光谱基本概念和原理、光谱分析测试基本技术的基础上，进一步学习激光

2、光谱的原理和技术，建立利用激光光谱技术研究物质结构、状态的能力。课程内容：光吸收与发射光谱学基础激光光谱中的激光器激光吸收光谱激光荧光光谱和激光等离子体发射光谱无展宽光谱激光拉曼光谱以及光电离光谱技术等。课程进度安排绪论 光谱学、激光光谱技术的历史、发展状况 （1学时）光的吸收与发射（1学时）光谱学基础（6学时）光谱仪与弱信号监测仪 （4学时）光谱技术中的激光光源 （4学时）激光吸收光谱技术 （6学时）发射光谱技术 （6学时）第一章第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章展宽激光光谱技术（4学时）无激光拉曼光谱技术（4学时）光电离光谱技术（2学时）现场教

3、学：激光诱导空气等离子体光谱（2学时）与参考书，激光光谱技术原理与应用，第，2版，中国科技大学，2006年。参考书J. Michael Hollas, Modern Spectroscopy, 4th Edition, John Wiley & Sons, 2004;Wolfgang Demtroder, Laser Spectroscopy, 3rd or 4th Edition, Springer, 2003 or 2008; 世界公司，2008。考核方法考勤和作业：20%；：80%。课程第一章 绪论光谱学、激光光谱技术的历史及发展状况光谱学与光谱技术的发端Isaac Newton, 16

4、72，棱镜分色；Wollaston, 1802, and Fraunhofer 15 yearslater, Fraunhofer线 黑线；Kirchhoff, 1861, 光谱分析。E.V. Shpolskii, a century of spectrum 1960ysis, Soviet Physics Uspekhi, 2(6), pp.958-973,光棱镜分色(Isaac Newton, Expt 1666; Report 1672)谱暗线，火焰线状发射谱Wollaston, 1802谱中有几条黑线，其后被称作Fraunhofer在棱镜前设置狭缝：线；的光谱: 5条明亮的谱线，谱线间

5、为暗区，首次观测到烛焰火焰的线状发射谱。15年后，Fraunhofer对这两个发现进行了系统的研究实验方法的显著改安装在经纬仪上的望远镜进行观测。烛光，发出两条相邻的明亮黄线.谱B H之间，754条暗线，其中350条得到精确测量。在橙和黄之间，D，双暗线，与烛光中双亮线一致。高质量的光学系统、丝线光栅、刻线光栅(密度321g/mm)：暗线位置精确化光谱分析的可能性Talbot, 1825燃烧硫和钠，均观测到双黄线；氧化锶焰，大量的红线和很亮的蓝线，氧化锂呈现单红线；根据发射光谱线与物质的某种联系，猜测了光谱分析的可能性。光谱分析实验nd Bunsen, 1860Kirchho碱金属：锂、纳、钾

6、碱土金属：钙、锶、钡两种新碱金属元素（铷Rb和铯Cs）发现：光谱分析对地球分析化学的重要性光谱观测Kirchhoff, 1861光谱，包括与Ag,大尺度的Al, Au, Cu, Fe等22种元素相对应的Fraunhoff线。- 给同时代人以相当的。Jansen, 1868; Lochyer,1868. 采用高分辨光谱仪，观测到自日珥(日珥色球层上活动)发出的3条明亮发射谱。其中2条：Fraunhofer线C、F（氢原子），另一条当时地球上尚未发现的物质He.采用光谱分析 新元素被发现。段，大量谱暗线 I谱暗线 IID2D1B现代光谱：量子力学与激光技术氢原子光谱：Balmer, 1881; R

7、ydberg, 1890.原子轨道理论：Bohr 1913.原子与分子光谱激光，激光光谱激光光谱应用氢原子光谱Balmer, 1881.n2 B n 3,4,5,6 4n2Rydberg, 1890.由元素周期表的周期性，猜测原子光谱也应该具应具备某种规律；Rydberg公式：RR 22n1 1n2 2 Tk Tn原子轨道理论：量子力学的诞生Niels Bohr, 1913原子具有的能量是的，能级；hc，与能级的能量相等，但符号相光谱反。只有包含光谱项T1的光谱线才可以获得反 转。T1与原子基态能量相对应，也与原子的电离能相对应。原子与分子光谱原子光谱 A. Sommerfeld, 氢原子谱线

8、双重精细结构 (轨道 自旋相互作用)；S. Goudsmit, 1925. 电子本征自旋，1/2Pauli, 1925. 泡利不相容原理。分子光谱C.V. Raman, 1928. 分子对光的非弹性散射，Raman散射。Pauli, 1924. 原子核拥有磁矩(自旋)：超精细结构。P. Eherenfest, J.R. Oppenheimer, 1931. 氮分子14N2红外光谱相邻振转谱线强度的交替变化 偶数自旋的原子核角动量；e-Einstein统计。遵循现代光谱学 激光光谱T.H. Maiman, 1960. 第一台激光器，红宝石激光器，694 nm。现代光谱学时代。初期，激光器不可调谐

9、，最早的研究，激光介质本身，以及碰巧重合的谱线，或者Stark、Zeeman调谐的谱线。可调谐激光器（如围。激光，导致了高灵敏度和激光器）极大地扩展了测量的范分辨光谱的诞生。饱和吸收光谱，原子、分子光谱的亚分辨率；无双光子；原子束，消短脉冲激光，时域光谱。强激光，非线性光学：相干Raman散射等。激光光谱应用：化学分析化学：检测灵敏度10-9单分子探测 10-12同位素分离：选择激发、多光子电离激光化学：激光诱导化学反应，控制化学反应激光光谱应用：环境吸收测量LIDAR(Light detection and ranging)大气测量：差分吸收LIDAR (波长细微扫描，吸收波长与非吸收波长的比较，获得吸收系数，进而获得浓度)，探测NO2的灵敏度，5 km内达10-6。水污染光谱测试：时间分辨激光诱导荧光，机油/不同的衰率。激光光谱应用：技术燃烧过程：空间和时间分辨光谱允许了解燃烧过程产物的种类、浓度和分布。308 nmXeCl, OH基，紫外荧光。CARS光谱：燃烧区振转能级的分布 温度分布。材料科学的激光光谱：激光溅射/探测痕量元素分析。激光诱导击穿光谱(LIBS)：无破坏的痕量元素分析气体和液体的流速：频移。激光光谱应用：生命科学与医学DNA中的能量传递；生物过程的时间分辨测量；微生物运动的相关光谱：HeNe激光，散射光带多普勒