第9章激光光谱技术-9.1基本原理

2
2nl
or
c
2nl
(2) 同时记录标准具干涉曲线与光谱，利用自由光程 度量吸收峰的间距、半宽等
(3) 如果要知道波长或频率的绝对值，则需要与一个已 知波长进行比较 (4) 将激光波长稳定在谱线中心，让光束稍有发散通过 法布里-帕罗干涉仪，则会形成干涉环，将该环与已知 波长的干涉环比较，即可测出当前实际波长
N2
1
N1 N2
2
Hale Waihona Puke Baidu
A
B v
饱和吸收时， Bv A 即 N2 1
N1 N2 2
换句话说，饱和吸收时，基态粒子与激发态粒子数比约1：1
饱和效应的推导（Cont.）
入射光能量密度与入射光功率密度存在关系 I c
即饱和吸收要求光源功率密度
I c A 8 h 3 16 2 3
如果是脉冲光源功率密度可更大 线宽小、发散性小、相干性好、强度大，是激光的特点
9.1.2 饱和效应
激光功率密度大，与物质相互作用时，有可能将物质的
大部分基态粒子激发到激发态，而使得多余的光无法再 被吸收，即物质相对于激光而言是透明的
探测器 接收的 光强是 否相同？
这种好
饱和效应的推导
平衡情况下，总发射=总吸收
波长标定的一个例子
9.1.5 激光光谱的优点
使用可调谐激光器，不需要色散系统 使用F-P标准具进行波长标定，可以提高波长测量的
准确度，从而更加准确的测量谱线的线形和轮廓
激光的发散度小，可以来回多次反射通过样品池，
增大光程，以测量吸收系数很小的粒子跃迁
激光强度大，使得探测器带来的噪声可以忽略，增
大了信号探测的信噪比，提高了灵敏度
9.1.5 激光光谱的优点（Cont.）
激光强度大，也可以使受激态产生可观的粒子数，
更利于实现受激态的吸收（如荧光光谱）
激光强度大，有利于激发光谱的探测，如拉曼散射
强度与激发光强成正比
可使用多种去多普勒技术以减小多普勒效应，从而
减小谱线展宽，提高光谱分辨率
激光脉冲可以快速调谐，从能够利用激光光谱测量
一些快变过程
第9章 激光光谱技术
9.1 基本原理 9.2 提高光谱探测灵敏度的方法 9.3 高分辨亚多普勒光谱技术 9.4 时间分辨光谱技术
9.1 基本原理
9.1.1 普通光源与激光光源 9.1.2 饱和效应 9.1.3 激发方法 9.1.4 激光光谱的探测方法 9.1.5 激光光谱的优点
9.1.1 普通光源与激光光源
B
c2
c2
附：
A B
8
h 3
c3
一个例子
入射光波长为600 nm时，要求功率密度达到多少时才能 实现饱和效应？
I
c
A B
8
h 3
c2
8
hc
3
8
6.621034 3108 600109 3
2.3103 W / cm2 MHz
对激光而言这个条件 很容易达到！
9.1.3 激发方法
单步激发 多步激发：先激发到中间态，饱和效应可使粒子在中间
态停留较长时间，从而能够再从中间态激发到激发态
多光子激发：激光的一种非线性效应，同时吸收多个光
子，光子能量和等于能级间隔
9.1.4 激光光谱的探测方法
常规吸收光谱探测
激光光谱探测
激光光谱中的波长标定
(1) 利用法布里-帕罗标准具