光谱测量技术

课程教学大纲

课程名称（中文）：激光光谱学与光谱测量技术

课程名称（英文）：Laser spectroscopy and spectral detection technique

课程性质：（通识必修、通识选修、学科基础、专业必修、专业选修、教师教育）专业必修

学分：2

学时：36 ，其中理论学时：36 ，实践（实验）学时：0

授课对象：电子科学与技术

授课语言：中文

开课院系：物理与材料科学学院

课程网址：(没有请填写“无”)无

撰写人：邓莉

审定人：无

一、课程简介（中文）

《激光光谱学与光谱测量技术》是电子科学技术的专业必修课程。该课程围绕激光光谱学基本原理及检测方法展开。知识点涵盖基础光学、原子物理学、非线性光学、光电子技术等学科领域。本课程主要突出激光光谱学基本原理、基础知识与基本方法，让学生了解激光光谱新技术与发展方向，为本科生掌握激光光谱学基础知识及起步相关专业方向研究奠定扎实基础。本课程适用于具有一定光学、原子物理基础的高年级学生学习，总学时为36学时左右（每周2学时，共1学期）。

课程简介（英文）

Laser spectroscopy and spectral detection technique is the required course for the students of Electronic Science Technique major. This course mainly revolves around the basic principles and the measurement methods of laser spectroscopy. All the knowledges are related with basic optics, atomic physics, nonlinear optics and electric technique. This course can help students gain the new techniques and the development of the laser spectroscopy, meanwhile is to lay a solid foundation for the students’ further study. It is suitable for the students who have already learned optics and atom ic physics. This course has about 36 hours in total (2 hours per week,18 weeks in one semester).

二、课程目标

通过本课程的学习，使学生对各种光谱测量技术的原理，实现方法，技术技巧有比较全面的了解。对各种光谱学技术学习的过程中，可以培养学生根据实际问题结合物理原理提出解决方案思维能力，提升全面思考方案可行性并不断优化方案的理念。

三、教学内容、学时分配和作业要求

第一章光谱学基础知识（学时2）

本章总结了光谱学的基础知识。首先在了解光本性的基础上，介绍光与物质相互间的作用。基于能级跃迁理论，揭示光谱中所反映的物质能级信息，光谱的宽度和线型表征光谱的重要参数。

第二章光谱仪与弱信号检测仪（学时5）

本章主要介绍光谱仪中最常用的光栅光谱仪、F-P干涉仪的结构和分光原理；对于弱信号，需要用到一些特殊的表征参数，对干扰信号的噪声进行甄别和特殊处理；探测弱信号需要用到特殊的探测设备，如：光电探测器、锁相放大器、取样平均器、单光子计数器、光学多通道分析仪等，这些探测设备都用到特殊的原理和技术避开噪声的干扰，需要学生认真学习体会。

第三章光谱技术中的激光光源（学时2）

此章节在《激光原理及技术》这门课程基础上，首先介绍激光光源与非相干光源相比在光谱检测方面存在着明显的优势，然后简单介绍常用激光器和用激光器用于光谱测量的优势，然后根据各种激光器的特点，介绍其在光谱探测方面的应用选择。

第四章激光吸收光谱技术（学时4）

本章从常规的吸收光谱开始介绍，然后引出激光吸收光谱，在激光吸收光

谱的设备上加入锁相放大技术、谐振腔等就可以实现高灵敏度吸收光谱的测量。耦合双共振光谱技术拓展了测量的频谱范围，快速吸收光谱技术则将吸收光谱测量从频域拓展到了时域，外场扫描吸收光谱技术则利用外加磁场或电场改变物质自身的吸收频率，以克服光源频谱范围的局限。光声与光热光谱技术则是通过测量声与热的变化间接测量吸收光谱。学生可以从此章节的学习感受到吸收光谱发展的脉络，和不断利用新技术突破测量极限的思路。这一思路也贯穿于以后章节的学习中。

第五章激光诱导发射光谱技术（学时4）

发射光谱技术在光谱测量技术中与吸收光谱技术的地位相同，是其它光谱技术的基础。本章节在激光诱导荧光光谱技术的基础上，添加其它调制放大技术和特殊设备，可以实现时域的时间分辨荧光光谱测量，也可以将多光子荧光结合超声射流技术实现高灵敏发射光谱测量，根据等离子光谱特点研究激光烧蚀等实际问题。

第六章无多普勒展宽光谱技术（学时4）

基于第四章激光吸收光谱技术学习的基础上，采用特殊手段克服光谱测量中的多普勒展宽效应，实现高灵敏度测量，因此提出无多普勒展宽光谱技术。饱和吸收光谱技术、偏振调制光谱技术、双光子无多普勒光谱技术，线性无多普勒光谱技术是基于多普勒效应产生的原理，技术上实现消除多普勒效应后，不断提升测量灵敏度的测量技术。

第七章 其它光谱测量技术（学时6）

本章节将书中的第七、八章节内容整合在一起，介绍其它一些光谱技术。

激光拉曼光谱技术是无损伤测量物质信息的常用技术手段，拉曼光谱属于非线性光谱测量技术。光电离谱属于物质间接测量技术，

通过将物质的电离，利用电流、飞行质谱对离子进行研究，间接反映物质的能级结构。学生通过对本章的学习，对光谱测量技术的思路将有进一步拓展。