最新2019-第六章高分辨亚多普勒激光光谱学-PPT课件

ˆ e ˆ e ˆR ˆ vk ( k ) ] ( / 2 ) i f 1 2 1 2 i f
I i fI 12
ˆ e ˆ ˆ ˆ R e i k 2R k f 1 vk 1 vk 2 k k i 1 k i 2
6.2 饱和光谱学
饱和光谱学是基于用可调谐激光器泵浦，并把频率调谐 到分子的非均匀展宽跃迁谱线上，实现选择饱和的一种光谱 技术。 均匀饱和 半宽度
2 B (/ 2 ) 1 2 S L ( ) S 0 0 2 2 R ( ) (/ 2 ) 0
( E E ) / ( k k ) v f i 1 2 1 2 1 2

k k2 对于等频率 1 2 反向进行的二束光波， 1
则多普勒频移为零，意味着一切分子在同样的和频 1 2 2
处吸收，而与速度无关。
虽然双光子跃迁的几率一般远低于单光子跃迁的几率，但 是一切在吸收态的分子都能对信号作贡献这一事实，却可远 远弥补较低的跃迁几率。所以在适当的条件下，信号振幅甚 至可以大于饱和信号的振幅。
第六章 高分辨亚多普勒激光光谱学
6.1 准分子束光谱学
多普勒展宽的压缩 当光的传播方向和分子运动方向垂直时，即可消除多普 勒展宽。在实际的实验中，完全消除是不可能的，但可以大 大压缩多普勒展宽。
vx b tan vz 2d
准分子束的多普勒展宽
* s i n D D
探测光由于吸收分子的各项异性M分布而经历双折射。 仅在这种情况，探测光的偏振面稍微转动一个角度。因此， 每当激光频率扫描过分子吸收线中心频率时，探测器接收到 一个无多普勒的信号。
6.4 多光子光谱学
多光子过程 双光子过程
E E f i

m
m
（a）分布激发，（b）双光子吸收 常常用二步跃迁过程来描述双光子跃迁。即从初态，经过一 个虚能级到末态。
s 1 S n 0
饱和吸收系数
s ( )
0 ( )
1 S
非均匀谱线轮廓的饱和 运动分子坐标中的波的频率 分子吸收 考虑均匀线宽时
kv
k v 0
k ( v v )
0
若选取光的传播方向为 z
内调制荧光技术
腔内吸收
6.3 偏振光谱学
偏振光谱学的信号主要来自偏振抽运波感生的折射率的 变化。
偏振光谱学的实验装置示意图
这种抽运过程产生的不相等的饱和，由此导致M个支能 级的非均匀粒子数分布，等价于角动量J取向的各向异性分布。 这样的各项异性分布对入射线偏振探测束是双折射的，入射 束通过它后偏振面要稍微转动。
k ( v v ) z z 0
Bennet 孔
饱和吸收系数
( ) () /1 S s 0 0
驻波与分子相互作用
兰姆凹陷 半宽度 线心处

( ) ( ) ( 1 S ) s 0 0 0 0
s
无多普勒饱和光谱学
无多普勒饱和光谱学
T t T r T v
快离子束激光光谱学
假定二个离子以不同的热速度从离子源出发
v1 (0) 0
v2 (0) 0
在外加电压作用下被加速，加速后它们的动能是 1 2 E v 1 m 1 eU 2 1 2 1 2 E m v m v ( 0 ) e U 2 2 2 2 2
快离子束激光光谱学
第一个因子给出双光子跃迁的光谱轮廓。 第二个因子描述双光子跃迁的跃迁几率。
ˆ e ˆ e ˆR ˆ R i k 1 k f 2
2
通常选择频率 1 , 2 ，以便虚能级与一个实的分子本征态 接近。这很大地增大了跃迁几率。 双光子跃迁的初末态具有相同的宇称。
无多普勒双光子跃迁
假设分子相对实验室坐标系以速度 v运动，在运动分子的 参考坐标中，波矢为k的电磁波的频率会发生多普勒频移 kv 同时吸收二个光子，发生跃迁 i f 的条件
无多普勒多光子跃迁
当运动分子同时与波矢为 ki的几个平面波相互作用时，总 的多普勒频移是 v ki
多光子光谱学对研究原子和分子光谱有一些明显的优点。 双光子跃迁可以到达的受激能级具有单光子偶极辐射禁戒 的宇称。
如果参与的光子来自可见或者紫外激光，则多光子光谱学 可以达到的光谱范围延伸到真空紫外区域。
参与的光子以动量适当组合，可以得到无多普勒多光子光 谱学。
双光子跃迁
来自波矢为 k 1 , k 2 , 偏振矢为 e 1 , e 2 , 强度为 I 1 , I 2 , 的两个光波
v v2 v1
v ( 0 ) v ( 0 ) v ( 0 ) v ( 0 ) 2 1 2
2 E v ( 0 ) m 1 / 2 t h 2 vv ( 0 ) ( ) v ( 0 ) 2 2 8 e U 4 e U
若满足
e U E th
初始速度分散量会被大大减小。
其中，热平衡下分子对应的多普勒展宽为
2l n 2 v D 0 p/c
超声速激光光谱学
膨胀前后能量守恒
1 2 1 2 Up V M u U p V M u 0 00 0 2 2
u0 0
p 0
1 2 U pV U M u 0 0 0 2
超声速激光光谱学
绝热膨胀后
i
的光子 1 , 2 , 在分子的基态 E 双光子跃迁，其几率为
和受激态 E
f
间感生
A i f 2 2 [ vk ( k ) ] ( / 2 ) i f 1 2 1 1 i f
I i fI 12
ˆ e ˆ ˆ ˆ R e i k 2R k f 1 vk 1 vk 2 k k i 1 k i 2