光谱技术及应用复习提纲整理

复习提纲

第一章 光谱学基础知识（填空、简答、判断）

（1）光是一种电磁波（横波），它的传播方向与电、磁分矢量方向垂直；

（2）光与物质的相互作用主要是电场E 的作用；电场E 的振动方向定义为光的偏振方向；

（3）光具有能量，也具有动量 ；

（4）从量子论角度，光具有波粒二象性；

（5）光的波动理论可以成功的解释光的干涉、衍射、折射、反射、散射等许多 光学现象，然而用光的波动性却无法解释光电效应；

（6）光子的自旋量子数为1；

（7）光子的能量与动量。

（8）光的相干性；

光的相干性，是指在不同空间点上和不同时刻的光波电场之间的相关性。

（9）光与原子、分子作用的三种过程，什么是受激发射？

吸收、自发发射、受激发射。受激发射是在外界辐射场的激发下产生的发射过程。考虑一个二能级系统，当外界辐射场的频率ν和相应的跃迁能级间距相等时，ε∆=hv ，便发生高能级对低能级的跃迁，并发射一个与激发辐射场属同一模式的光子，即受激发射光子与激发辐射场光子具有相同的频率、相位、偏振方向和传播方向。

（10）激光光谱学研究的光波段；

红外、可见和紫外波段。

（11）光谱的分类；

按产生机制：发射谱，吸收谱；按谱线特征：分立谱，连续谱

（12）分子内部存在的三种运动；

分子内部存在着下列三种运动：(1) 价电子在键连着的原子间运动；(2) 各原子间的相对运动-振动；(3) 分子作为一个整体的转动。

（13）光谱线的宽度定义；

谱线强度下降到一半时相应的两个频率之间的间隔。称半宽度，简称线宽，用FWHM(Full width at half maximum intensity)表示。

（14）光谱线加宽的三种机制；

自然线宽、多普勒展宽、碰撞加宽。

第二章 光谱仪及光电探测器件（论述题）

（1）光谱仪的主要作用及主要色散元件；

光谱仪是光谱检测和分析的基本设备。它的任务是分光，即将包含多种波长的复合光以波长（或频率）进行分解。通过分解，不同波长光强分布便以波长（或频率）为坐标进行排列。主要色散元件是光栅。

νεh ph =k n n n =p ===λνh c h c m ph 波矢n k )/2(λπ=

（2）光谱仪通常为何使用闪耀光栅？闪耀光栅的工作原理，及它与透射式光栅的不同点;

平面光栅零级衍射的能量最大，随着衍射级次的增高，衍射能量将逐渐减少。由于零级衍射没有色散，对分光无用，而色散高的二级、三级等强度较低，不利于使用光栅色散大的高级次。为了解决衍射能量的利用问题，现代光谱仪中经常采用闪耀光栅。它可使最大衍射能量集中在所需的级次上。 （不同点，透射最大在零级，闪耀则不是）

单缝衍射光强主极大发生在：i=r 即满足反射定律的反射方向上βθθα+===-r i 。闪耀角条件:2/)(βαθ-=，则衍射角θαβ2-=，反射系数R （β）围绕β为中心的最大值两侧有一个较宽的分布，而光强I （β）也受到R （β）的调制，中心极大已经不再零级，闪耀波长θλsin 2d m b =。在闪耀方向上，闪耀波长b λ的光强可达到入射光强的80%。

（3）会画出单光栅单色仪的结构框图，知道各元器件的作用。

S 1 、S 2分别为入射狭缝和出射狭缝；G 为反射光栅，被放置在装有电动马达

的平台上；M 1、M 2为凹面反射镜。入射狭缝S 1处在凹面反射镜M 1的焦平面上，透

过狭缝S 1 的入射光经反射镜M 1反射后投射到光栅G ，光栅G 将入射光色散成许

多平行的单色光射到凹面反射镜M 2上，M 2将这许多单色光汇聚。出射狭缝S 2处在M 2的焦平面上。当光栅G 绕其转动中心转动时，在出射狭缝可以得到不同波

长的出射光束。

（4）法布里─珀罗标准具的特性；

多光束等倾干涉，处在透镜焦平面的屏上出现同心干涉圆环；对光的波长具有选择性即具有滤光特性；能分辨很小的波长差，但也只能分辨两条靠的很近的波长（常常需要将光源经过单色仪后再输入F-P ）；分辨本领很高，常被用作研究光谱线的精细结构。

（5）傅立叶变换光谱仪的技术构成、应用的光谱段；

傅立叶变换光谱仪(FTIR)是将迈克尔逊干涉仪、调制技术与计算机技术相结合的一种新型光谱仪。只适用于红外波段。

（6）光电探测器的大类；每大类的典型器件、主要表征参数；

光电探测器主要有光电子发射探测器与半导体探测器。光电子发射探测器主要有光电倍增管和微通道管探测器。半导体探测器有：半导体二极管型光电探测器、红外探测器、固体成像探测器等几种。主要表征参数有光谱响应、灵敏度、探测率、时间响应等。

（7）光电倍增管PMT的工作原理和使用中的注意事项；

光阴极受光照射发射电子，在极间电场的作用下，飞向第一倍增级。在电子的轰击下，倍增级发射二次电子，这些电子又飞向第二倍增级，再发射二次电子，如此继续下去，最后被阳极所收集后以电流输出。设倍增级的二次电子发射系数

为σ，经N次倍增，可得电流增益N

=。

Gσ

注意事项：（1）光电倍增管的选择：①光谱响应区，它取决于光阴极材料；

②响应度，根据待测光源的光谱特性和光通量大小来确定响应度的要求；③暗电流，在测量微弱光信号时要特别注意挑选暗电流小的管子；④阴极尺寸，要与入射光面积相匹配。（2）不得在加电压的情况下，有强光照射。（3）电源：一般用专用电源。光电倍增管的供电一般以负压供电居多。（4）在冷却器中使用可减少暗电流发射和降低热噪声。

（8）ＣＣＤ工作过程的信号电荷的产生，存储，传输，和检测；

信号电荷的产生与存贮：在光谱

测量中，被探测的光直接入射到耗尽

层处，在此处产生电子─空穴对，外

加电场将电子吸引到势阱内，形成信

号电荷。

Q =ηq△AT

η为材料的量子效率；q为电子电荷

量；△为入射光的光子流速(与入射的

光谱辐通量成正比）；A为光敏单元的受光面积；T为光注入时间(由CCD驱动器的转移脉冲的周期决定)。

信号电荷的转移：三相电荷传递方式即加以三相交叠的脉冲，使电荷包逐个地沿单元列移动。