激光光谱学的介绍
激光光谱学在化学分析中的应用
激光光谱学在化学分析中的应用激光光谱学是一种基于激光与物质相互作用的分析技术，它在化学分析领域中具有广泛的应用。
激光光谱学通过测量激光与物质相互作用后的光谱信息，可以获得物质的结构、组成、浓度等信息，为化学分析提供了一种高效、准确的手段。
激光光谱学的一个重要应用领域是光谱分析。
光谱分析是一种通过测量物质与光的相互作用而获得物质结构和性质的方法。
激光光谱学利用激光的特殊性质，如单色性、高亮度和高能量密度，对物质进行激发和检测，可以获得高分辨率和高灵敏度的光谱信息。
例如，利用激光拉曼光谱技术，可以通过测量物质散射光的频移和强度变化，确定物质的分子结构和组成。
这种非破坏性的分析方法，对于药物研发、环境监测、食品安全等领域具有重要意义。
除了光谱分析，激光光谱学还在化学分析中发挥着重要作用。
例如，激光诱导击穿光谱（LIBS）技术可以通过激光的高能量作用于物质，使其产生等离子体并发射特征光谱，从而实现对物质成分的快速分析。
这种技术具有非接触、非破坏性的特点，对于金属材料的成分分析、环境污染物的检测等方面有着广泛的应用。
此外，激光诱导荧光光谱（LIFS）技术可以通过激光的激发作用，使物质产生荧光信号，从而获得物质的荧光光谱信息。
这种技术在生物医学、环境监测等领域有着重要的应用价值。
激光光谱学在化学分析中的应用不仅限于传统的光谱分析方法，还涉及到一些新兴的技术。
例如，激光诱导熔融光谱（LIMS）技术可以通过激光的高能量作用于物质，使其熔融并产生特征的光谱信号，从而实现对物质的快速分析。
这种技术对于高温材料的分析具有重要意义。
此外，激光诱导击穿时间分辨光谱（LIBS-TR）技术可以通过测量物质在激光作用下的击穿时间和发射光谱，实现对物质的快速分析和成像。
这种技术在材料科学、生物医学等领域具有广阔的应用前景。
总之，激光光谱学作为一种高效、准确的分析技术，在化学分析中发挥着重要作用。
它不仅提供了一种非破坏性、非接触的分析手段，还可以获得高分辨率和高灵敏度的光谱信息。
《激光光谱学》课件
光电子学
激光光谱学在光电子学中广泛应用于激光器、太阳 能电池和光纤传感等技术。
总结与展望
激光光谱学是一门强大的科学工具，在各个领域中发挥着重要作用。随着技术的不断进步，我们对光谱学的理 解和应用将会不断深化。
通过激光光谱分析，我们可以准确检测物质的组成和浓度，应用于环境监测和化学分析等领 域。
信息传输
激光被广泛用于光纤通信，带来高速、稳定的数据传输。
激光光谱的原理与技术
1
激光共振拉曼光谱
2
ห้องสมุดไป่ตู้
激光共振拉曼光谱分析技术可以检测分
子的振动模式，用于反应动力学和材料
表征研究。
3
激光诱导荧光光谱
通过激光光谱技术，可以观察分子的发 光行为，用于药物研究和生物成像等应 用。
激光吸收光谱
激光吸收光谱通过测量物质吸收激光的 能量变化，用于化学反应研究和气体检 测等领域。
激光光谱在科学研究中的应用
分析化学
激光光谱学在分析化学中用于定量分析、物质鉴别 和纯度检验。
生物学与医学
激光光谱学在生物学和医学领域中有广泛应用，如 激光手术和细胞成像。
激光光谱在工业应用中的应用
材料科学
《激光光谱学》PPT课件
探索激光光谱学的奥秘，了解其基础概念，以及在科学研究和工业应用中的 重要性。
光谱学的定义
光谱学是研究光的性质和相互作用的科学领域。通过对光的分析，我们可以 深入了解不同物质的特性和结构。
激光的特性及应用
高度聚焦
激光光束具有高度聚焦的特性，可用于精确操作和微创治疗。
激发光谱分析
光声光谱和激光光谱
光声光谱和激光光谱光声光谱和激光光谱是两种不同的光谱分析技术。
光声光谱是通过声波与光波之间的相互作用来研究物质的光谱特性，而激光光谱是利用激光与物质之间的相互作用来研究物质的光谱特性。
光声光谱技术是利用声波的特点和能量与光波的特点和能量相互转换来实现的。
在光声光谱技术中，首先使用一个激光光源产生一个强光束，然后将这个强光束聚焦到需要研究的样品上。
当强光束与样品相互作用时，会产生声波信号。
这些声波信号会通过一个声波传感器来探测和记录。
通过记录声波信号的时域特性和频域特性，可以得到样品的光声光谱信息。
光声光谱可以提供有关样品的结构、成分、形貌和物理性质等信息。
光声光谱技术具有分辨率高、灵敏度高、无损检测等优点，被广泛应用于材料科学、药物研究、生物学等领域。
激光光谱技术是利用激光与物质之间的相互作用来研究物质的光谱特性。
激光是一种特殊的光源，具有高亮度、高单色性和高相干性等特点。
在激光光谱技术中，首先使用一个激光器产生一束具有特定波长和能量的激光光束，然后将激光光束照射到需要研究的样品上。
当激光光束与样品相互作用时，会发生吸收、散射、发射等光谱现象。
这些光谱现象会通过光谱仪器来探测和记录。
通过分析记录下来的光谱信号，可以得到样品的光谱信息。
激光光谱可以提供有关样品的能级结构、能量转移、光谱分布等信息。
激光光谱技术具有高分辨率、高灵敏度、速度快等优点，被广泛应用于化学、物理、生物、环境科学等领域。
光声光谱和激光光谱之间存在着不同的工作原理和应用范围。
光声光谱主要用于研究材料的结构、成分和物理性质等方面，可以提供材料的超声波声速、吸收系数、非线性参数等信息。
激光光谱主要用于研究物质的能级结构、能量转移和光谱分布等方面，可以提供物质的发射光谱、吸收光谱、荧光光谱等信息。
光声光谱和激光光谱在应用中都具有重要的地位。
光声光谱主要应用于材料科学、药物研究、医学诊断、环境检测等领域。
例如，在材料科学中，光声光谱可以用于研究固体材料的声学性质、热传导性能、材料界面的结构等方面。
激光光谱学
第一张基本概念：1.能级寿命是指自发辐射能级寿命，能级寿命与自发辐射系数互为倒数关系。
2.自发辐射与受激辐射的区别：(1)受激跃迁与自发辐射，前者与外场揉(谬)有关，而后者则只取决于原子、分子系统本身，与外场揉(谬)无关。
理论和实验证明受激辐射光子与入射光子具有四同（同频率、同位相、同波矢、同偏振），即受激辐射光子与入射光子属于同一光子态（光波模式），受激辐射光是相干光，而自发辐射是非相干的随机过程。
(3)自发辐射系数A21与受激跃迁系数的关系：在热平衡条件下，能级E1、E2的粒子数N1、N2应保持平衡，则有: 3. 光子简并度n 为受激辐射几率与自发辐射几率之比，前者产生相干光子，后者产生非相干光子。
4. 激光器的三要素：（1）工作物质(气体、固体、液体、半导体等);(2）泵浦源：二者可实现粒子数反转，实现光放大。
（3）激光谐振腔 ---实现选模和光学正反馈。
5.线宽：分布函数半最大值所对应的频率宽度叫线宽—半最大值全宽，线宽内部分叫谱线的核,外部部分叫翼。
6.光谱学中常见的谱线展宽有：自然展宽、碰撞展宽、 Doppler 展宽。
自然加宽：由于自发辐射的存在，导致处于激发态的粒子具有一定的寿命，使得所发射的光谱具有一定的线宽称为自然加宽。
7.碰撞又分为弹性碰撞和非弹性碰撞：弹性碰撞，碰撞对之间没有通过无辐射跃迁所进行的内能交换时，称为弹性碰撞。
非弹性碰撞，碰撞对A 、B 在碰撞期间，A 的内能完全的或部分的转移给了B(或成为B 的内能或转变为A 、B 的平动动能)，有内能变化，称为非弹性碰撞，也叫淬灭碰撞。
小距离弹性碰撞主要引起谱线加宽，而大距离弹性碰撞主要引起频移。
8.Doppler 加宽：由于气体原子、分子的热运动而具有一定的速度分布，一定速度的粒子相对于探测器来讲，都会产生Doppler 频移，这样具有一定速度的粒子只对谱线的某一频率范围有贡献，总体效果使得谱线加宽，Doppler 加宽的谱线线型为高斯线型。
激光光谱学课件 第一章
第 二 节
激光的模式：激光的光场分布，分为纵模和横模。
C.纵模：光场的纵向分布，它由振荡频率决定。
q
q
c
2L
,
q 1,2,3......
q
c
2L
激 光
特点：在腔的横截面内场是均匀分布的，沿腔 的轴线方向形成驻波，驻波的波节数由q决定。 通常把由整数q所表征的腔内纵向的稳定场分 布称为激光的纵模（或轴模），q称为纵模的 序数（即驻波系统在腔的轴线上零场强度的数 目）。不同的纵模相应于不同的q值，对应不 同的频率。
其中Z为配分函数, 为归一化因子：n 为总数目
每个模的平均能量
第 二 节
W
1 n
P(q)qh
q0
h
eh / kT
1
黑体辐射的能量密度(普朗克公式)
(v)
g(v)
W
8 v2
c3
hv ehv/kT 1
8 hv3
c3
1 ehv / kT
1
(v) g(v) n hv
激 光
其中, g(v)为模密度，n 表示每个模式所具有的平 均光子数，即光源的光子简并度
1.3×104~2.5×104
紫外光
7.5×1014~1016 380~30nm 2.5×104~3.3×105
X射线
1016~1019 30.0~0.03nm 3.3×105~3.3×108
射线
≥ 1019 ≤0.03nm ≥3.3×108
第
电磁波谱
一
节
光 谱 学
第 二 节
激 光
2.1 激光简介
k kz
激 光
激光光谱简介
激光对高分辨光谱的发展起很大作用，是研究原子、分子和离子结构的有力工具，可用来研究谱线的精细和超精ห้องสมุดไป่ตู้分裂、塞曼和斯塔克分裂、光位移、碰撞加宽、碰撞位移等效应。
时间分辨激光光谱
能输出脉冲持续时间短至纳秒或皮秒的高强度脉冲激光器，是研究光与物质相互作用时瞬态过程的有力工具，例如，测定激发态寿命以及研究气、液、固相中原子、分子和离子的弛豫过程。
常见的激光光谱
编辑
吸收光谱
激光用于吸收光谱，可取代普通光源，省去单色器或分光装置。激光的强度高，足以抑制检测器的噪声干扰，激光的准直性有利于采用往复式光路设计，以增加光束通过样品池的次数。所有这些特点均可提高光谱仪的检测灵敏度。除去通过测量光束经过样品池后的衰减率的方法对样品中待测成分进行分析外，由于激光与基质作用后产生的热效应或电离效应也较易检测到，以此为基础发展而成的光声光谱分析技术和激光诱导荧光光谱分析技术已获得应用。利用激光诱导荧光、光致电离和分子束光谱技术的配合，已能有选择地检测出单个原子的存在。
激光光谱简介
编辑
可调（谐）激光光源实际上是一台可调谐激光器，又称波长可变激光器或调频激光器。它所发出的激光，波长可连续改变，是理想的光谱研究用光源，可调激光器的波长范围在真空紫外的118.8纳米至微波的8.3毫米之间。可调激光器分为连续波和脉冲两种，脉冲激光的单色性比一般光源好，但其线宽不能低于脉宽的倒数值，分辨率较低。用连续波激光器作光源时，分辨率可达到10-9（线宽<1兆赫）。
荧光光谱
高强度激光能够使吸收物种中相当数量的分子提升到激发量子态。因此极大地提高了荧光光谱的灵敏度。以激光为光源的荧光光谱适用于超低浓度样品的检测，例如用氮分子激光泵浦的可调染料激光器对荧光素钠的单脉冲检测限已达到10-10摩尔/升，比用普通光源得到的最高灵敏度提高了一个数量级。
激光光谱学研究综述
激光光谱学研究综述摘要：激光光谱学技术是六十年代初发展起来的一门以原子理论、量子理论、光学技术和电子技术为基础的一门高新技术。
目前激光光谱学技术已经被推广应用于农业、工业、医疗、科学研究、军用武器及航天技术等多个领域，带来了巨大的效益。
本文将对这门新兴技术的形成、发展、种类、应用及前景进行一个简单的综述。
关键字：激光；光谱学；应用研究引言光谱学是研究物质和电磁波相互作用的科学。
光谱研究使人类获得了大量有关原子和分子结构方面的知识。
利用电磁辐射和物质相互作用时所观察的吸收光谱和发射光谱从多方面向人们提供了有关分子结构与周期环境相互作用的信息。
光谱学的发展可以分为两大阶段，它们的时间分界线为20世纪60年代激光问世之前和以后。
从1666年牛顿光谱到1960年美国人梅曼做成红宝石激光器之前，事实上已经形成了理论较为完善、分析技术较为成熟以及研究成果较为丰富的与原子分子线性相互作用的光谱学，通常称之为常规光谱学。
这种光谱学现在仍然是研究物质结构和成分的有力工具。
光谱定性、定量分析在化学研究、科学技术以及工业生产等方面都占有一定的地位。
自从激光问世之后，由于在常规光谱学领域引入激光，人们就可以用现代光谱学方法来深入研究物质的结构、能谱、瞬态变化和它们的微观动力学方程（包括弛豫规律），由此来获得用经典方法无法获得到的极为丰富的信息。
激光在光谱学领域引起了一场革命，形成一门新的学科——激光光谱学。
它既包括采用激光后获得新生的经典光谱学分支，还包括了一些新兴的分支，例如饱和吸收或双光子吸收的无多普勒光谱技术、时间分辨的弛豫测量以及相干拉曼散射光谱学等。
1激光光谱学的形成1.1激光原理“激光”是光受激辐射放大的简称，它是通过辐射的受激发射而实现光放大。
一个光子hv射入一个原子体系后，在离开该原子体系时，成了两个或更多个光子，而这些光子的特征是完全相同的。
这就是光放大。
但是光与原子体系相互作用时，总是同时存在着吸收、自发辐射与受激辐射三种过程，不可能要求只存在受激辐射过程。
超快激光光谱学的原理与技术
超快激光光谱学的原理与技术超快激光光谱学（Ultrafast Laser Spectroscopy）是一种利用超快激光技术来研究物质的光学和电子过程的分析方法。
它通过测量物质对短脉冲激光的响应来获得信息，可以提供非常高的时间分辨率以及精确的光谱特性。
本文将介绍超快激光光谱学的原理和常用的技术。
超快激光的原理主要基于激光脉冲的特性。
超快激光是指激光脉冲的时间尺度在飞秒（10^-15秒）或皮秒（10^-12秒）级别，这使得我们能够观察和研究材料中发生的非常快的过程。
超快激光通常由飞秒激光器产生，其光谱范围可以覆盖从紫外到红外的波长。
超快激光光谱学的核心技术是时间分辨光谱测量。
其中最基本的方法是通过脉冲延迟线来控制两个光束之间的时间差，并利用这个时间差来研究样品对光的响应。
这种方法称为傅里叶变换光学相干光谱学（FT-CARS）。
在实验过程中，我们通常将样品暴露在一个脉冲激光束中，并在另一个激光束中引入一个延迟。
然后，通过探测两束光的相互作用，我们可以测量样品中的光谱特征。
1.傅里叶变换红外光谱学（FTIR）：通过将样品暴露在一个连续的宽带红外光源下，并测量样品在不同频率上的吸收或散射，来获得材料的红外光谱信息。
这种方法可以提供非常高的分辨率和灵敏度，并且可以用于研究材料的振动和转动运动。
2. 顺应性光谱学（Transient Absorption Spectroscopy）：通过测量材料对短脉冲激光的吸收或透射来研究光吸收过程。
当样品吸收光子并进入激发态时，会出现吸收峰或谱线。
通过测量光线通过样品前后的强度差异，可以获得激发态的寿命、能级结构和激发态之间的相互作用等信息。
3. 闪烁光谱学（Fluorescence Spectroscopy）：测量样品在激发态向基态跃迁时所发射的荧光光谱。
该方法可以用于研究材料的激发态寿命、荧光发射强度以及能级结构。
常用的技术包括时间分辨荧光光谱法（Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy）和荧光相关光谱学（Fluorescence Correlation Spectroscopy）。
化学物质的激光光谱和飞秒动力学在精密测量和信息传输中的应用有哪些
化学物质的激光光谱和飞秒动力学在精密测量和信息传输中的应用有哪些化学物质的激光光谱和飞秒动力学是现代科技领域中的一个重要分支，可以应用于精密测量、信息传输等方面，其应用的广度和深度也越来越被重视和认可。
下面将从激光光谱和飞秒动力学的定义、应用领域及其优势等多个方面，来探讨化学物质的激光光谱和飞秒动力学在精密测量和信息传输中的应用有哪些。
一、激光光谱和飞秒动力学的定义激光光谱是指在使用激光技术的情况下对物质进行光谱学研究的方法，其主要依据物质的吸收和发射线来进行光谱分析。
而飞秒动力学则是指把激光光源作为研究物体进行实验，快速扫描相对时间尺度，研究多尺度动态过程的方法。
二、应用领域1. 化学制品分析激光光谱学是一种可以用来分析化学品的方法，可以通过物质吸收和发射线的光谱分析来确定物质组成。
激光光谱法可以用于消费品的质量检验、食品成分分析、生产过程中的检测等众多领域。
2. 电子设备研发激光光谱和飞秒动力学在电子设备研发领域有广泛的应用。
例如，在研发新型材料时，可以使用激光光源来进行光谱分析，更好地了解材料的性质。
另外，在出现电子设备故障时，可以通过检测故障区域的激光光谱来快速定位故障位置。
3. 生命科学激光光谱和飞秒动力学在生命科学领域也有广泛的应用。
例如，在生命科学的基因工程研究中，激光光谱可以帮助研究者更好地了解实验对象的特性，从而更好地进行基因操纵和变异。
此外，在生物分子层面的动态研究方面，飞秒动力学可以帮助我们研究生物分子的构造和功能以及探究生物分子之间的相互作用。
三、优势1. 非破坏性分析激光光谱和飞秒动力学具有非破坏性的优势，可以在不破坏材料的情况下进行分析。
这对于大多数需要进行样本分析的领域都很有价值，如化学、生物科学等领域。
2. 精密测量激光光谱和飞秒动力学具有高精度测量的优势，可以在非常小的时间尺度（纳秒或飞秒级别）和空间尺度（毫米或微米级别）上进行测量。
这种精度和准确性非常适合用于制造业和研究领域的测量需要。
激光光谱学研究综述
激光光谱学研究综述激光光谱学是一种利用激光与物质之间相互作用的光谱技术。
通过测量激光与物质相互作用后的光信号，可以获取物质的光谱信息，从而对样品进行分析、识别和检测。
激光光谱学在物质科学、生物医学、环境科学等领域具有广泛的应用。
激光光谱学技术主要包括红外光谱、拉曼光谱和荧光光谱等。
红外光谱采用红外波段的激光与样品相互作用，可以获取样品分子的振动信息，从而研究样品的结构和组成。
拉曼光谱则是利用激光与样品相互作用后产生的拉曼散射光，通过分析光子的能量变化，可以获得样品的分子指纹信息，用于物质的鉴别和定量分析。
荧光光谱是通过激发样品中的激发态分子，使其发生跃迁并放出荧光，在荧光光谱中可以分析样品的结构和性质。
在物质科学领域，激光光谱学被广泛应用于材料表征和分析。
例如，红外光谱可以用于研究材料的结构、性质和形态。
拉曼光谱可以对物质进行非破坏性的分析，用于鉴定和分析样品的成分。
荧光光谱可以检测材料的荧光寿命和荧光发射谱，从而评估材料的性能和应用潜力。
在生物医学领域，激光光谱学被广泛应用于药物开发、疾病诊断和细胞研究。
例如，红外光谱可以用于检测生物体内的蛋白质、核酸、脂质等生物分子的结构和变化。
拉曼光谱可以鉴定细胞内的分子成分和代谢产物，用于疾病的早期诊断和治疗。
荧光光谱可以检测生物体内的荧光标记物，如荧光染料和荧光标记的抗体，用于药物分析和细胞成像等研究。
总之，激光光谱学是一种强大的光谱技术，具有灵敏度高、准确性好、采样快等优点。
它在物质科学、生物医学、环境科学等领域发挥着重要作用，为科学研究和实际应用提供了有力工具。
未来，随着激光技术的不断发展和改进，激光光谱学将进一步拓展其应用领域，为科学研究和工程技术带来更多的创新和突破。
激光光谱技术简介
1 me4
En 2 ( 2 2 )
n 80 h
11
光谱技术应用
激光分离同位素铀U
E
电离
原子束
收集电场
激光
原子源
U
235
U
238
12
光谱技术应用
材料分析
13
翡翠手镯
a jadeite bangle
带绿翡翠。内径52mm，厚
为6mm
RMB：6,000-10,000
14
8.00
1,1,1
(28.28,90.5)
220
d=1.931
90
80
XRD Pattern
111
d=3.153
70
60
311
d=1.647
50
40
3,1,1
(55.77,29.5)
30
20
10
0
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
Detector 4：声探测器
Detector 5：电流探测器
54
激发与消激发
55
激发谱
56
光声光谱PAS
57
光声光谱PAS
58
吸收技术
59
吸收技术
60
光电流 光谱
61
光电流 光谱
62
光电流 光谱
63
电离谱
64
电离谱
什么是激光光谱
什么是激光光谱发布日期:2007-11-07 我也要投稿!作者:网络阅读: 1886[ 字体选择：大中小] 激光光谱laser spectra以激光为光源的光谱技术。
与普通光源相比，激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强等特点，是用来研究光与物质的相互作用，从而辨认物质及其所在体系的结构、组成、状态及其变化的理想光源。
激光的出现使原有的光谱技术在灵敏度和分辨率方面得到很大的改善。
由于已能获得强度极高、脉冲宽度极窄的激光，对多光子过程、非线性光化学过程以及分子被激发后的弛豫过程的观察成为可能，并分别发展成为新的光谱技术。
激光光谱学已成为与物理学、化学、生物学及材料科学等密切相关的研究领域。
可调（谐）激光光源实际上是一台可调谐激光器，又称波长可变激光器或调频激光器。
它所发出的激光，波长可连续改变，是理想的光谱研究用光源，可调激光器的波长范围在真空紫外的118.8纳米至微波的8.3毫米之间。
可调激光器分为连续波和脉冲两种，脉冲激光的单色性比一般光源好，但其线宽不能低于脉宽的倒数值，分辨率较低。
用连续波激光器作光源时，分辨率可达到10-9（线宽＜1兆赫）。
常见的激光光谱包括以下几种：①吸收光谱。
激光用于吸收光谱，可取代普通光源，省去单色器或分光装置。
激光的强度高，足以抑制检测器的噪声干扰，激光的准直性有利于采用往复式光路设计，以增加光束通过样品池的次数。
所有这些特点均可提高光谱仪的检测灵敏度。
除去通过测量光束经过样品池后的衰减率的方法对样品中待测成分进行分析外，由于激光与基质作用后产生的热效应或电离效应也较易检测到，以此为基础发展而成的光声光谱分析技术和激光诱导荧光光谱分析技术已获得应用。
利用激光诱导荧光、光致电离和分子束光谱技术的配合，已能有选择地检测出单个原子的存在。
②荧光光谱。
高强度激光能够使吸收物种中相当数量的分子提升到激发量子态。
因此极大地提高了荧光光谱的灵敏度。
以激光为光源的荧光光谱适用于超低浓度样品的检测，例如用氮分子激光泵浦的可调染料激光器对荧光素钠的单脉冲检测限已达到10-10摩尔／升，比用普通光源得到的最高灵敏度提高了一个数量级。
超快激光光谱学的研究与应用
断湿化法 ． ．
关键词 ： 微量 泵； 持 续 湿化 ； 人 工 气道 ； 疗效 ； 护 理
中图 分 类 号 ： Ｒ ４ ７ １ 文 献标 识 码 ： Ｂ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ６ ＋ ６ ４ ｌ ｌ （ ２ 【 ｌ ｊ １ ３ ） ｌ ０ 一 ’ ０ １ ４ ６ 一 ／ ） ２ 、
ｉ ｎ ｔ ｍ ｗ ｅ ： ｉ ｆ ｔ ｉ ｔ ｉ ｎ ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ｗ ａ ｓ ｈ ＞ ｗ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｏｌ ｒ ｇ ｒ ｛ ， ｕ ｐ （ Ｐ ＜ ０ ． ０ ５ ） ． Ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｒ ｈ ｅ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｒ ａ ｉ ｃ ｒ ｏ ｐ ｕ ｍ ｐ ｌ ｆ ＞ ｒ ｋ ｅ ｅ ｐ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌ
激光光谱学(2009)
蓝光、紫外波长连续激光，主要442、 325nm 输出光束质量好。 寿命短、体积大、价格高
应用
激光全息 3D激光成型 材料荧光激发光源 ……
固体激光器
特点
红外、可见、紫外波长种类多。 连续、脉冲多种激光都有 输出光束质量好、能量大、稳定性好。 寿命长、体积小、价格适中。
应用
致力于取代各种气体激光器
§9.激光 / 三、激光原理 激光
Fig. 1 激光诱导荧光(LIF)光谱测量装置示意图
3.3 自点火流场PLIF测量
• 光源系统：YAG ＋ DYE • 光路和片光系统：透镜、 反射镜组 • 荧光信号采集和处理系 统。ICCD 、滤光片、 DG535和计算机、图像 处理软件
2 3
4 1
7 5 6
N2 N1
激发态
亚稳态
基态
§9.激光 / 三、激光原理 激光
激光器原理--结构
激励源-粒子搬迁的动力 工作介质-激光产生的内因 谐振腔-激光的振荡放大器
全反镜 激光工作物质 部分反射镜 激光
激光的四大特点
单色性好 频率、波长单一 方向性好 发散小、可远距离传输 亮度高 高能量密度 相干性好 相位固定，长相干长度
一、激光 普通光源-----自发辐射 自发辐射 普通光源 激光光源-----受激辐射 激光光源 受激辐射 激光又名镭射 ，它的全名是 “辐射的受 辐射的受 激发射光放大”。 激发射光放大 。 1. 特点： 特点： 相干性极好 时间相干性好（ 时间相干性好（∆λ～10 − 8埃）， 相干长度可达几十公里。 相干长度可达几十公里。
自发辐射.受激辐射和吸收 §9.激光 / 二、自发辐射 受激辐射和吸收 激光
实验表明， 实验表明，受激辐射产生的光子与外来 光子具有相同的频率、相位和偏振方向。 光子具有相同的频率、相位和偏振方向。 4. 光放大 4. 在受激辐射中通过一个光的作用，得 在受激辐射中通过一个光的作用， 到两个特征完全相同的光子， 到两个特征完全相同的光子，如果这两个 光子再引起其它原子产生受激辐射， 光子再引起其它原子产生受激辐射，就能 得到更多的特征完全相同的光子----光放 得到更多的特征完全相同的光子 光放 激光。 大，激光。
《激光光谱学》课件
激光光谱学是一门怎样的科学？ 它同一般的光谱学有何区别？
激光光谱学是以光谱的手段研究激光（作为一种电磁波)与 物质相互作用的科学。
激光与物质相互作用－ 激光光谱学 非线性光学 量子光学
激光同一般光源相比具有特殊性，决定了激光与物质相互
作用的光特殊场性的。描述E：12Aiei(itKir) c.c
振幅，频率，时间i，位相
• 在稳定状态下，这三种过程引起Nf变化的总速率为0，
• (NiBif -NfBfi)(fi) = AfiNf, 由此，
( fi )
Bfi
Afi Ni Bif Nf Bfi
－1
在热平衡下，Ni 和Nf 按Boltzmann分布，
Ni Nf
gi gf
expkBTfi
；gi为| i
的权重，即简并度
π
| E0 |2 6 2
|
f
| m | i |2δ
(
fi )
E = (1/2)E0exp[i( t-k·r)]+c. c.
其中， cos 2 因子来自对 E和 μ 所有可能取向的平均
cos 2
＝
sin cos 2 d
0
sin d
1 3
0
• 真空中传播的电磁波： E = (1/2)E0exp[i(t - k·r)]+c. c. • 场能密度：(fi) = (1/2)0 |E0|2d ( -fi) • 将|E0|2d ( -fi) 代入，得：
黄世华<<激光光谱学>>内容
第一章 光谱测量方法简介
(光谱知识基础 )
第二章 谱线的宽度和线形
(光谱知识基础)
第三章 激光选择激发
浅谈激光光谱学研究
浅谈激光光谱学研究激光光谱学是一门研究激光与物质相互作用的学科。
它通过利用激光与物质的相互作用，分析物质的结构、组成、动力学、光谱特性等，并且具有高灵敏度、高分辨率、非破坏性等优点。
随着激光技术的不断发展和完善，激光光谱学在化学、物理、材料科学等领域广泛应用，并取得了重要的科研和应用价值。
首先，激光光谱学在分析化学领域有广泛的应用。
传统的光谱分析技术，如紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等，通常需要标记物或荧光探针。
而激光光谱学基于激光与物质分子之间的相互作用，无需标记物，使得分析过程更加简化和高效。
例如，拉曼光谱、激光诱导荧光光谱等激光光谱技术可以用于分析物质的结构和组成，无论是溶液中的有机化合物，还是固体材料中的组分分析，都可以通过激光光谱技术获得详细的信息。
其次，激光光谱学在物理研究中具有重要的作用。
激光的高强度和高单色性可以实现非常高的时间和空间分辨率，使得瞬态光谱学成为可能。
瞬态光谱学可以研究物质在极短时间尺度上的动力学过程，例如激光诱导击穿光谱可以研究物质在激光脉冲作用下的电子激发和离解过程。
此外，激光光谱学还可以应用于材料表征、光谱成像等领域，为物质与光的相互作用提供了新的研究手段和途径。
最后，激光光谱学在生命科学和医学领域也具有广阔的应用前景。
激光作为一种非破坏性的分析工具，可以应用于研究生物分子的结构和动力学。
拉曼光谱、红外光谱等激光光谱技术可以用于研究蛋白质、核酸、细胞等生物分子的结构和特性。
此外，激光光谱学还可以用于诊断和治疗，例如激光光谱技术可以应用于癌症早期诊断和治疗，通过激光与癌细胞的特定相互作用，实现对癌细胞的选择性杀灭。
总的来说，激光光谱学是一门重要的研究领域，具有广泛的应用前景和深远的影响。
随着激光技术的不断发展和进步，激光光谱学在材料科学、分析化学、物理研究、生命科学和医学等领域的应用将会更加深入和广泛。
同时，激光光谱学仍然存在一些挑战，例如光谱信号的强度、复杂性和噪声等问题，需要进一步的研究和技术突破。
激光光谱学在分析化学中的应用
激光光谱学在分析化学中的应用激光在分析化学中扮演着重要的角色，尤其是在光谱学领域。
激光光谱学是将激光技术与光谱学相结合的一种新兴分析技术，它凭借着其高灵敏度、高分辨率、实时监测等特点，被广泛应用于化学分析、医学检测、环境监测等领域。
本文将从激光发光光谱、激光荧光光谱以及激光拉曼光谱三个方面探讨激光光谱学在分析化学中的应用。
一、激光发光光谱激光发光光谱是指通过激光激发分子或原子，使其发生光致发光现象，并使用光谱仪探测其发射光谱，从而获得样品的信息。
激光发光光谱是一种无损、无污染的分析技术，具有非常高的分辨率和灵敏度。
激光发光光谱被广泛应用于材料科学、药学、生物医学等多个领域。
例如，在材料科学中，其可用于研究材料中的缺陷态、杂质等，从而为材料设计和制备提供依据；在药学中，其可用于药物质量控制、药效研究等方面。
二、激光荧光光谱激光荧光光谱是指通过激光激发样品，使其产生荧光，并使用荧光光谱仪探测其荧光信号，从而获得样品的信息。
激光荧光光谱具有高灵敏度、高选择性、高分辨率等特点，被广泛使用于化学、生物学、医学等领域。
激光荧光光谱在生物医学中应用广泛。
例如，在药物研发中，其可被用来分析药物的分子结构、动力学、药效学等方面；在生命科学中，其可用于分析细胞、组织中的代谢物质、酶学反应、蛋白质结构等问题。
三、激光拉曼光谱激光拉曼光谱是指通过激光激发样品，从中获取拉曼散射光，并对其进行分析，从而获得样品的化学、物理等信息。
激光拉曼光谱具有非常高的选择性和灵敏度，因此被广泛应用于化学分析、生物医学、环境保护等领域。
激光拉曼光谱在环境保护中具有重要的应用。
例如，其可用于水、空气中的污染物检测、有毒化学物质的鉴定等方面。
此外，在生物医学中，激光拉曼光谱还可以用于生化诊断、分析体液中的代谢物质、蛋白质结构等方面。
总之，激光光谱学是一项颇具前途的分析技术，它在分析化学中具有广泛的应用前景。
通过利用激光成像的高分辨率和灵敏度，在分子结构分析、污染物检测、化学反应动力学等方面都具有重要作用。
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激光光谱学的介绍一、引言光谱学是研究物质和电磁波相互作用的科学，而激光光谱学是对在激光器发明之后，使用激光作为光源来进行的原子、分子的发射光谱、吸收光谱以及非线性效应所做研究的通称。
激光光谱学是自激光技术出现以来在传统光谱学基础上发展起来的一门新兴学科。
传统光谱学已有300多年的历史。
1666年伟大的科学家牛顿用棱镜发现了光的色散现象，由此开始了光谱学的发展，不过在起初的一百多年内，其发展极为缓慢，直到1814年著名的物理学家夫琅和费用他发明的棱镜光谱仪观察到太阳谱线开始，才逐渐进入光谱学发展的盛期，除了对吸收与发射光谱的研究外，还相应发展了对散射光谱的研究，特别是喇曼散射的发现，即在光发生散射时，除了原有频率之外，散射光中还有一些其它频率的光出现，通过喇曼散射可以研究物质的结构与组成等！其实光谱学作为一门实用性学科是由物理学家和化学家共同开创起来的。
到20世纪初，传统光谱学已经十分成熟并在冶金、电子、化工、医药、食品等工业部门都成为相当重要的分析手段。
尽管传统的光谱学在物质研究中获得了多方面的应用，但在激光问世之前，它的进一步发展已经面临着不可逾越的鸿沟。
首先传统光谱学使用普通光源，探测分辨率低，而增强其单色性，又不得不以降低光强为代价，这样又会影响到探测的灵敏度，此外，在弱光辐射下光谱中的许多非线性效应表现不出来，因此包含物质结构深层次的信息被阻断。
60年代高强度、高单色性激光的出现给光谱学这门学科注入了新的活力，在其后发展的激光光谱学中，激光光源的优越性被发挥的淋漓尽致。
比如激光的单色性使分光器件分辨率提高，高强度提高了探测的灵敏度，而且强光与物质粒子的相互作用中，产生了各种可观测的非线性光谱效应；此外激光的高度方向性又使对微区或定点的光谱分析成为可能。
在激光光谱学中，作为光谱分析手段的激光光谱技术由于其高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率也倍受重视，在许多科学技术领域有着非常广泛的应用前景！二、激光光谱学技术的应用1、化学把激光光谱技术与光化学结合，工艺技术简单、设备小、效率高、成本低。
激光分离同位素：利用单色光对准一种同位素的谱线位置，将它光解离或激励至激发态进行反应，而其余同位素不被光解或激发而存留于原来物料中，达到同位素分离的目的。
60年代初，出现了激光。
由于激光的单色性、高强度和短脉宽等优异性能，自然地成为同位素分离的理想光源。
激光诱导化学反应：在常温常压下不能进行但在激光的照射下可被诱发的化学反应。
激光具有单色性、高强度和短脉宽等优越性能，是诱发光化学反应最理想的光源。
激光诱导化学反应主要是指激光光解反应以及由光解碎片引起的后续化学反应，例如，激光光解可以产生自由基或原子，所产生的自由基又可以诱发链锁反应。
用各种波长激光（红外、可见、紫外）诱发的化学反应大约有几百种。
根据波长的不同，激光诱发化学反应的机理也不相同，一般可分为两类：①红外激光诱导化学反应，②紫外或可见激光光解反应。
2、生物学光子学在生物学中有着重要的应用。
其中一个重要的例子，采用激光光谱学研究DNA和蛋白质取得重大进展。
有人认为这钟进展的意义堪与人造卫星升空、人类登上月球相比美。
最近十年内，人类在研究DNA和蛋白质取得三大进展。
其一，流式细胞计。
它用荧光标记物质对分离出来的细胞中的DNA进行染色。
当用一定波长的激光激励时，单个细胞会发生荧光，其荧光强弱与DNA的含量有关。
当细胞依次从一个喷咀中流出时，会形成一个一个的荧光脉冲。
利用一定的电子测量仪器和计算机数据采集和处理系统就可以得到最常用的DNA的直方图。
直方图的横坐标表示DNA的含量，纵坐标表示细胞的个数。
其二，DNA的排序研究。
它的基本做法为用荧光标记物对DNA进行染色。
其三，用瞬态激光光谱学动态观察蛋白质的折叠。
蛋白质的氨基酸序列形成三维结构的过程仍是分子生物学中最具有挑战性的问题之一。
激光光谱学可用于研究生物分子和细胞等。
例如激光微束仪又称为激光显微镜，是激光器与显微镜相结合的一种光学仪器，可以研究各种DNA分子结构等等；喇曼光谱是研究分子振动的有力工具，所以激光喇曼光谱可以研究生物分子的结构和动力学等信息。
3、激光遥感技术应用于大气和海洋环境监测：在环境科学方面，广泛应用于大气和海洋环境监测的激光遥感技术是运用激光光谱技术来确定大气成分、浓度及空间分布等，对人类是十分有意义的！激光遥感应用现状激光遥感应用范围非常广泛，主要包括对地形、建筑物以及其他对象进行高精度测量。
（1）带状地形测图数据采集地面三维激光影像扫描仪可进行野外局部带状地形区域分段扫描。
在具有一定重复扫描区域内，进行三维影像拼接和合并生成带状影像图。
通过少量的测量控制点转换到国家或城市坐标系中，用地形和地物的三维点云数据建立模型，生成带状地形图。
（2）建立高精度的数字地面模型和城市模型三维激光扫描影像数据作为gis 系统和数据库更新的重要来源。
采集的三维点云数据经过拼接和合并后，进行数据预处理剔除粗差数据，运用数据滤波和分类算法获得地面高程数据以及地物数据。
（3）古文物建筑物测量及逆向工程应用地面三维激光影像扫描技术可为三维数字化设计、三维测量及逆向工程、快速模具制造等相关技术方面提供服务。
（4）其它方面的应用此外，地面三维激光影像扫描仪可应用于复杂工业设备的测量与建模、房屋建模与房产图测量、工程建筑物变形监测、灾害三维实时监测、事故灾害评估、矿山及隧道测量和大型水利工程安全监测与研究等方面。
4、医学医学上，运用激光光谱技术可以治疗各种疾病，比如光敏疗法可进行诊断和治疗癌症；光化学方法应用激光光谱技术治疗皮肤病；激光喇曼光谱可用于检测体内气体。
激光光谱学在癌症研究方面的应用。
（1）癌症的光谱诊断：白血病的病况和早期诊断探讨。
利用光声光谱技术可研究被氧化和还原的细胞C处于固态或结晶态时的光声光谱。
殷庆瑞等应用OAS400型光声光谱仪研究了血液病患者的全血样光声吸收光谱图。
结果表明,光声光谱技术能够明显地区分出健康和患者之间的光谱差异。
并且该实验操作简单,只需一滴血,在五分钟内就可得出结果。
这种核技术可能在红细胞膜的表面分析以及在血液学研究方面获得进一步的应用。
Poulet 等报道了用光声光谱技术研究人血中血红蛋白和载氧血红蛋白的光声光谱,并研究了人血的氧化作用的沉降速率等到问题。
郭周义等用光声光谱法对正常、白血病缓解、急性淋巴细胞白血病等不同类型的多例血样的全血谱的二个吸收峰进行了对比,并通过全血涂片染瑞士兰的方法,观察了血样中白细胞含量变化在图谱上的反映。
（2）荧光光谱诊断：a外加光敏物质诊断；b自体荧光光谱诊断。
激光光谱学在动脉粥样硬化斑块光谱诊断的应用。
(1)人类动脉粥样硬化斑块从化学成分和物理结构来看;可分为两人类: 1 钙化型,由钙的沉积物形成;(2) 非钙化形,它又可分为三类:纤维型(白色斑块)、脂肪型(黄色斑块)及混合型（纤维和脂肪等人对上述几种不同类型的动脉粥化硬化斑块）,应采用不同的激发波长,由此可产生几种不同类型的荧光谱,于是就产生了不同的光谱识别算法或识别判据。
三、激光光谱学前景1、激光偏振光技术特点是用两束激光同时入射，其中至少一束为可调谐，两束激光与待测样品作用的结果，导致其中探测激光束偏振状态发生变化，通过检偏振装置进行检测以获得样品的有关光谱信息。
激光偏振光技术在一定使用条件下具有一些独特的优点。
代表性的有饱和吸收偏振光谱术、双光子吸收偏振光谱术、CARS偏振光谱术及偏振标定吸收光谱术等。
2、激光光声光谱术激光光声光谱术是利用可调谐激光的部分光能被待测样品吸收后转变为热能和声能，通过对所产生的光-声信号的探测来间接测量样品的吸收光谱特性。
光能转变为热能的物理机制可以是多种多样的。
3、激光光电流光谱术激光光电流光谱是最新出现的新型光谱分析技术。
其原理是基于可调谐激光引起气体放电介质共振吸收跃迁，和随之而产生的气体放电特性的变化，通过对气体放电电流或电压信号的变化，来间接分析和记录待测气体介质中原子或分子吸收光谱跃迁特性。
实验上，在连续调谐入射激光频率的同时，同步扫描记录气体放电电压信号的变化，就可间接获得待测气体粒子共振跃迁的光电流光谱曲线，在某一共振吸收频率处所发生的气体放电电压信号变化的大小和极性，与气态粒子本身的种类、能级跃迁的性质以及放电工作条件等因素有关。
四、激光光谱学的应用展望激光光谱学技术的巨大应用潜力，主要表现在它所能提供的高光谱分辨率、高时间分辨率、高空间分辨率、高激发选择性、高分析灵敏度以及测试效率等方面。
因此，除了被成功地用于传统光谱学的所有应用方面以外，还以全新的姿态和更大的活力进入原子物理、分子物理、核物理、固体物理、表面物理、低温物理、等离子物理、声学、化学、生物学、医学等学科领域，以及精密测量、计量标准，环境保护、遥感、同位素分离等技术领域。
分别有以下几方面：（1）高光谱分辨率的应用；（2）高时间分辨率的应用；（3）高分析灵敏度和高激发选择性的应用；（4）激光光谱在核物理研究中的应用；（5）激光光谱在化学、生物学、医学等方面的应用。
五、结束语应用激光光谱学是一个迅速发展的科学研究领域，新的应用将不断涌现。
人们预计，随着激光光源、光学纤维元件及计算机的性能越来越好，价格越来越合理，应用激光光谱学将会有更多的机会扩大它的应用范围。
参考资料：1、《光谱诊断技术在现代医学中的应用》2、百度百科、百度文库3、《激光光谱学与激光化学》——河北人民出版社4、《应用激光光谱学的发展现状》——王振亚（1980）5、《激光光谱学》——(德)德姆特勒德（Demtroder,W.）（2008）。