激光吸收光谱技术PPT课件
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《激光光谱学》课件
激光光谱学在材料科学中用于材料表征、纳米技术 和光电子学等领域。
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
第六章激光光谱法ppt课件
激光的特性
?方向性好
激光的散射角非常小，通常以毫弧计算。例如红宝石激光的 散射角是0.18°，氦－氖激光只有1毫弧度。因此，激光几 乎是平等准直的光束，在其传播的进程中有高度的定向性。 手电筒照明时，由于光的散射角大，远达数十米后，光散开 并形成大而暗淡的光盘。激光由于散射角小，可以准直地射 向远距离目的物。1962年，将激光发射向月球，经过近40 万公里的进程后，其散开的光斑的直径也不过只有两公里多。 利用激光的准直性进行测距，从地球到月球之间的误差不超 过1.5m。
激光光谱法的特点
?高分辨率
? 高灵敏度
? 高速
?
微区和无损分析
?
远距离遥感检测
?
连续和自动化分析
6.2 激光及激光器
6.2.1 激光的产生
1.自发辐射:自发辐射的过程与外界作用无关，
各个原于的辐射都是自发地、独立地进行的， 因而各个光子的发射方向和初位相都不相同。 此外，由于大量原子所处的激发态不尽相同， 可以发出不同频率的光，这是普通光源发光机 理。由此可见，自发辐射的光一般总不是单色 光，而且不是相干光 。
激光的应用
?军事方面： a、激光制导炸弹； b、激光热武器
?信息技术领域：
a、信息传输（激光光纤）； b、信息存储（激光刻录CD、DVD、软件）
?工业材料的加工：激光雕刻、切割、焊接
?医学领域：激光手术
激光治疗近视 激光碎石 激光美容
?天文领域：激光望远镜测天体距离
其它用途
?激光品酒
? 激光戒烟
激光的特性
?输出功率高
一般规律认为，光源在单位面积上向某一方向的单位立体 角内发射的功率，就称为光源在该方向上的亮度。激光在亮 度上的提高主要是靠光线在发射方向上的高度集中。激光的 发射角极小（一般用毫弧度表示），它几乎是高度平等准直 的光束，能实现定向集中发射。因此，激光有高亮度性。一 台高质量的巨脉冲激光器每平方厘米的输出功率可达1GW。
第五章吸收光谱技术-PPT课件
基本为透明。不利于高灵敏度的检测。 增加吸收光程
第二节 高灵敏度吸收光谱技术
一、长程吸收光谱 用多次来回反射的样品池来 增加吸收光程
I ( ) I ( ) 1
I ( ) ( 1 ) I ( ) 2
I ' ( ) I ( ) I ( ) 1 1
当腔内未放样品时，光在腔内往返一次后光强
2 I I R R exp( 2 GL ) I R exp( 2 GL ) 0 1 2 0
放置样品后，光在腔内往返一次后光强
2 2 0
I I R T exp( 2 GL ) I exp[ 2 ( GL )] 0
l n R T 反射镜和样品吸
平衡器的输出信号 I s ( )
1/2 时
( 1 ) I ( ) [ I ( ) I ( )] I ( ) ( 1 2 ) I ( )
I ( ) I ( ) I ' ( ) s 2 1
I ) I ( ) s(
腔内吸收光谱技术的灵敏度分析 类似于外腔长程吸收池，光束 将会多次通过样品池
G / G
√光要在腔内多次来回传播，
样品分子未吸收时的激光输出光强为探 测器输出的基线，当激光波长扫描到样 品分子的某个吸收峰上时，激光器的输 出光强将急剧下降
√阈值效应引起的灵敏度增强：
M
√模式竞争效应
模式竞争的结果吸收线中心的吸收强度大大增加
2
( ) : 表示分子在波长λ 处的光学吸收截面，单位为： cm
C为分子数密度，单位为:cm-3
。
二、简单吸收光谱的缺点
1 7 1 9 2 1 0 1 0 c m ( ) 的量级：强吸收，
第二节 高灵敏度吸收光谱技术
一、长程吸收光谱 用多次来回反射的样品池来 增加吸收光程
I ( ) I ( ) 1
I ( ) ( 1 ) I ( ) 2
I ' ( ) I ( ) I ( ) 1 1
当腔内未放样品时，光在腔内往返一次后光强
2 I I R R exp( 2 GL ) I R exp( 2 GL ) 0 1 2 0
放置样品后，光在腔内往返一次后光强
2 2 0
I I R T exp( 2 GL ) I exp[ 2 ( GL )] 0
l n R T 反射镜和样品吸
平衡器的输出信号 I s ( )
1/2 时
( 1 ) I ( ) [ I ( ) I ( )] I ( ) ( 1 2 ) I ( )
I ( ) I ( ) I ' ( ) s 2 1
I ) I ( ) s(
腔内吸收光谱技术的灵敏度分析 类似于外腔长程吸收池，光束 将会多次通过样品池
G / G
√光要在腔内多次来回传播，
样品分子未吸收时的激光输出光强为探 测器输出的基线，当激光波长扫描到样 品分子的某个吸收峰上时，激光器的输 出光强将急剧下降
√阈值效应引起的灵敏度增强：
M
√模式竞争效应
模式竞争的结果吸收线中心的吸收强度大大增加
2
( ) : 表示分子在波长λ 处的光学吸收截面，单位为： cm
C为分子数密度，单位为:cm-3
。
二、简单吸收光谱的缺点
1 7 1 9 2 1 0 1 0 c m ( ) 的量级：强吸收，
激光光谱学的基础和技术PPT模板
10 第七章可调谐相干光源
第七章可调谐相干光源
7.1基础和概述
7.4可见和紫外光谱范围中的调谐方 法
12 43
7.2可调谐红外光源
7.2.1半导体激光器 7.2.2自旋反转喇曼激光器 7.2.3差频分光计 7.2.4光参量振荡器 7.2.5高压气体激光器
7.3染料激光器
11
第八章激光吸收光谱技术
附录一部分物理常 数
17 附录二本书所用单位缩写
附录二本书所用单 位缩写
18 参考文献
参考文献
感谢聆听
02 03
04
2.3吸 收．受激 发射和自 发发 射．爱因 斯坦系数
2.4辐射测量的基本 概念
第二章光的发射和 吸收
2.7吸收和色ห้องสมุดไป่ตู้ 2.8跃迁几率的测量和计算 2.9相干性
第二章光的 发射和吸收
2.7吸收和色散
2.7.1折射率 的经典模型
2.7.3爱因斯 坦系数和振 子强度
2.7.2振子 强度
9.1激光光学抽运
1
9.3受激能态的光谱技术
9.3.1分级激发
9.3.2双共振方法
3
9.3.3激光能级交叉光 谱技术
2
9.2激光感生的荧光
4
9.4碰撞过程的光谱技术
13
第十章高分辨无多普勒激 光光谱技术
第十章高分辨无多 普勒激光光谱技术
10.1准直分子束中的光谱技术
10.2饱和光谱技术 10.2.1非均匀谱线展宽时的饱和
激光光谱学的基础和技术
演讲人
2 0 2 X - 11 - 11
01 目录
目录
02 译者的话
译者的话
03 序言
序言
激光原理与技术PPT课件
激光手术
阐述激光手术在眼科、神 经外科等领域的应用及优 势，如精度高、创伤小等 。
05
CATALOGUE
激光测量与检测技术
激光干涉测量技术
1 2
干涉测量原理
利用激光的相干性，通过干涉条纹的变化来测量 长度、角度等物理量。
干涉测量系统组成
包括激光器、分束器、反射镜、探测器等部分。
3
干涉测量技术应用
时间特性
激光束的时间特性包括脉冲宽度、重复频率和稳定性等。其中，脉冲宽度决定 了激光的峰值功率和能量，重复频率则影响了激光的平均功率。稳定性则是确 保激光束在长时间内保持一致性的关键因素。
激光束的调制与偏转技术
调制技术
通过对激光束进行幅度、频率或相位等调制，可以实现信息 的加载和传输。常见的调制方式包括振幅调制、频率调制和 相位调制等。这些调制技术使得激光束能够携带更多的信息 ，并在通信、传感等领域得到广泛应用。
对皮肤的危害
长时间或高强度激光照射皮肤， 可能导致皮肤烧伤、色素沉着、 皮肤癌等严重后果。
激光安全标准与防护措施
激光安全标准
国际电工委员会（IEC）和美国激光产品安全标准（ANSI）等制定了激光产品的 安全标准，包括激光等级分类、安全警示标识、使用说明等。
防护措施
使用激光产品时，应佩戴合适的防护眼镜或面罩，避免直接照射眼睛或皮肤；同 时，应在激光工作区域内设置明显的安全警示标识，提醒他人注意安全。
偏转技术
激光束的偏转技术主要是通过改变激光束的传播方向来实现 。常见的偏转方式包括机械偏转、电光偏转和声光偏转等。 这些偏转技术使得激光束能够灵活地指向目标，并在激光雷 达、光学扫描等领域发挥重要作用。
激光束的聚焦与整形技术
激光吸收光谱技术PPT课件
10
什么是吸收线强
配分函数
普朗克常数
跃 迁 对 应 的 低能级 能量
波数 cm-1
S(T ) S
T0
Q T0 QT
T0 T
e
hcE k
1 T
1 T0
hc0
1 e kT
hc0
1 e kT0
K e l v in 温 度
波尔兹曼常数
第11页/共85页
什么是吸收系数α(υ)
第一节 基本吸收光谱技术 第二节 高灵敏度吸收光谱技术 第三节 耦合双共振与快速吸收光谱技术 第四节 外场扫描吸收光谱技术 第五节 光声与光热光谱技术
1
第1页/共85页
第一节 基本吸收光谱技术
1. Beer定律 当一束光穿过某种介质时，介质分子要对光产生吸
收。为了获得某种分子在某个波段上的吸收光谱，通常 采用一个发射连续谱的光源，通过透镜L1将光源发出的 光变成平行光束，然后通过充满该分子的吸收池，透射 光束经会聚透镜L2会聚到光谱仪(单色仪)的入口狭缝。
表 示 单 位 路 程上吸 收系数
dI ()Idl
当α(υ)为与光强无关的常数时，这种线性吸收(dI∝I)称为朗伯比尔(Lambert – Beer)定律。
初始光强
I() / I0 exp[()L]
5
第5页/共85页
光谱的形成：
I() I0 exp[()L]
6
第6页/共85页
在光谱工作中，吸收系数α(υ)是一个重要得测量参数， 由Beer定律可知，它可由吸收光程L与测量透过样品的 光强IT(υ)来计算
39
第39页/共85页
波长调制吸收光谱技术
函数发生器产生的数十Hz的线性扫描与数十kHz频率υm的正弦 迭加信号，注入进二极管激光器，产生波长调制光谱。
激光原理与技术PPT(很全面)
04
激光与物质相互作用
激光与物质相互作用的基本过程
激光束在物质中的传播
包括反射、折射、吸收和散射等现象。
激光与物质相互作用的机理
包括光热作用、光电效应、光化学效应等。
激光与物质相互作用的特点
如高能量密度、高亮度、高方向性等。
激光加工原理及应用
1 2
激光加工的基本原理
通过高能激光束对材料进行加热、熔化、汽化或 达到其他物理或化学变化，以实现加工目的。
应用领域
适用于气体、液体和固体等多种介质的流速测量，如风速测量、 血流速度测量等。
激光光谱分析技术
光谱原理
不同物质具有不同的光谱特征，通过测量物质的光谱信息可以分析 其成分和性质。
分析方法
包括激光拉曼光谱分析、激光荧光光谱分析等，可用于物质的定性、 定量分析。
应用领域
广泛应用于化学、生物、医学、环境等领域，如药物分析、环境监测 等。
液体激光器
染料激光器
使用有机染料作为增益介质，通过 泵浦光激发染料分子产生激光，具 有宽调谐范围和短脉冲输出能力。
液体激光核聚变
利用高功率激光束照射含有氘、氚 等聚变燃料的靶丸，实现核聚变反 应，是惯性约束聚变研究的重要手 段。
半导体激光器
边发射半导体激光器
电流注入半导体PN结，电子与空穴复 合释放能量形成激光输出，具有体积 小、效率高、寿命长等优点。
特性
方向性好，亮度高，单色 性好，相干性好。
应用领域
激光加工、激光测距、激 光雷达、激光通信、激光 治疗等。
02
激光器类型及技术
固体激光器
晶体激光器
使用掺杂稀土元素的晶体 作为增益介质，如Nd:YAG 激光器。
激光光谱技术和应用 课件
激光光谱技术和应用
绪论
为什么要研究光谱？
光谱是从微观角度研究物质世界的一种重要手段；光谱学是研 究物质和电磁波相互作用的科学。
光谱从何而来？
每一种分子、原子都有它固有的频谱特性。对物质结构的表征 和研究也都依赖于光谱学。
什么是激光光谱
1960年，第一台红宝石激光器的 问世，成为光谱学发展的新纪元。
2. 多原子分子中的能级跃迁
多原子分子的能级的数目随分子中原子数的增加变得非常之多， 因此具有很多复杂的能级结构。它们的谱线不再有线系的外观， 也没有规整的吸收轮廓线。
在受到光激发之后，分子 跃迁到单重电子激发态的 某个振动能级上。处于高 能级的分子基本通过辐射 的、非辐射的或振动弛豫 三条途径耗散其能量。
处于能级2的自发辐射寿命为 2 1 A21
2. 受激发射和吸收过程
与自发辐射不同，受激发射是在外 界辐射场的激发下发生的发射过程。
W 21B 21
吸收是与受激发射相反的过程。
W 12B 12
3. 爱因斯坦跃迁系数间的关系
原子因吸收辐射场能量从低能 级跃迁到高能级。
平面电磁波的能流密度（单位时间
流过单位面积的能量），即坡印廷
矢量S.
SEH r10r0n crrn
光强 I
I c nr
电磁场的动量
当电磁波照射到金属表 面时，导体会受到辐射 压力，电场分量产生传 导电流 j，磁场分量对该 电流施加洛伦兹力 f。
f jB 方向与电磁波传播方向一致。
3. 等离子体的光谱发射机制 等离子体是原子分子集团处 于高度电离的状态，它是物 质存在的第四种形式。
在等离子体的高温与高度电 离的状态下，原子的发射光 谱具有许多新的特点。
绪论
为什么要研究光谱？
光谱是从微观角度研究物质世界的一种重要手段；光谱学是研 究物质和电磁波相互作用的科学。
光谱从何而来？
每一种分子、原子都有它固有的频谱特性。对物质结构的表征 和研究也都依赖于光谱学。
什么是激光光谱
1960年，第一台红宝石激光器的 问世，成为光谱学发展的新纪元。
2. 多原子分子中的能级跃迁
多原子分子的能级的数目随分子中原子数的增加变得非常之多， 因此具有很多复杂的能级结构。它们的谱线不再有线系的外观， 也没有规整的吸收轮廓线。
在受到光激发之后，分子 跃迁到单重电子激发态的 某个振动能级上。处于高 能级的分子基本通过辐射 的、非辐射的或振动弛豫 三条途径耗散其能量。
处于能级2的自发辐射寿命为 2 1 A21
2. 受激发射和吸收过程
与自发辐射不同，受激发射是在外 界辐射场的激发下发生的发射过程。
W 21B 21
吸收是与受激发射相反的过程。
W 12B 12
3. 爱因斯坦跃迁系数间的关系
原子因吸收辐射场能量从低能 级跃迁到高能级。
平面电磁波的能流密度（单位时间
流过单位面积的能量），即坡印廷
矢量S.
SEH r10r0n crrn
光强 I
I c nr
电磁场的动量
当电磁波照射到金属表 面时，导体会受到辐射 压力，电场分量产生传 导电流 j，磁场分量对该 电流施加洛伦兹力 f。
f jB 方向与电磁波传播方向一致。
3. 等离子体的光谱发射机制 等离子体是原子分子集团处 于高度电离的状态，它是物 质存在的第四种形式。
在等离子体的高温与高度电 离的状态下，原子的发射光 谱具有许多新的特点。
激光光谱学PPT课件PPT课件PPT学习教案
第3页/共74页
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 用的特 殊性。
光场的描述：
Wif
π
3 2 0
|
f
| m | i |2
( fi ) Bif ( fi )
Einstein 吸收系数 ：
Bif
π
3 2 0
|
f
| m | i |2
由Einstein关系， 自发辐射系数：
Afi
2
3 fi
3 0c3
gi gf
| f | m | i |2
2
3 fi
3 0c3 g f
S
其中： S gi | f | m | i |2 | f | m | i, m |2 ,
第1页/共74页
一 引言
760 630 600 570 500 450 430 400 nm
红外 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 紫外
光具有频谱特性 将光的强度按频率或波长的分布展开－－光谱
I＝I I I E
光谱学就是研究物质光谱(吸收，发射)特性的科学
第2页/共74页
每一种分子、原子都有它固有的频谱特性； 氢原子能级结构的确定、氦元素的发现等都是利 用光谱学的方法完成的。 对物质结构的表征和研究也都依赖于光谱学。 因此，光谱学是从微观角度研究物质世界的一种 重要手段。 1960年，第一台红宝石激光器的问世，成为光谱 学发展的新纪元。从此，衍生出一门崭新的科学－ 激光光谱学。
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 用的特 殊性。
光场的描述：
Wif
π
3 2 0
|
f
| m | i |2
( fi ) Bif ( fi )
Einstein 吸收系数 ：
Bif
π
3 2 0
|
f
| m | i |2
由Einstein关系， 自发辐射系数：
Afi
2
3 fi
3 0c3
gi gf
| f | m | i |2
2
3 fi
3 0c3 g f
S
其中： S gi | f | m | i |2 | f | m | i, m |2 ,
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一 引言
760 630 600 570 500 450 430 400 nm
红外 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 紫外
光具有频谱特性 将光的强度按频率或波长的分布展开－－光谱
I＝I I I E
光谱学就是研究物质光谱(吸收，发射)特性的科学
第2页/共74页
每一种分子、原子都有它固有的频谱特性； 氢原子能级结构的确定、氦元素的发现等都是利 用光谱学的方法完成的。 对物质结构的表征和研究也都依赖于光谱学。 因此，光谱学是从微观角度研究物质世界的一种 重要手段。 1960年，第一台红宝石激光器的问世，成为光谱 学发展的新纪元。从此，衍生出一门崭新的科学－ 激光光谱学。
激光拉曼光谱分析法PPT课件
2021/4/20
可编辑课件PPT
1
一、激光拉曼光谱基本原理
principle of Raman spectroscopy
Rayleigh散射：
激发虚态
h(0 - )
弹性碰撞；
无能量交换，仅
改变方向； Raman散射：
h0
非弹性碰撞
E1 + h0 E0 + h0
h0 h0
h0 +
； 方 向 改 变 且 有 E1
可编辑课件
PPT
10
4）在拉曼光谱中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-这类键的对称 伸缩振动是强谱带，反这类键的对称伸缩振动是弱谱带。 红外光谱与此相反。
5）C-C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。
6）醇和烷烃的拉曼光谱是相似的：I. C-O键与C-C键的力常数 或键的强度没有很大差别。II. 羟基和甲基的质量仅相差2 单位。 III.与C-H和N-H谱带比较，O-H拉曼谱带较弱。
2021/4/20
可编辑课件
PPT
4
3.红外活性和拉曼活性振动
eE
①红外活性振动 ⅰ永久偶极矩；极性基团；
r e
ⅱ瞬间偶极矩；非对称分子；
红外活性振动—伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带.
②拉曼活性振动
诱导偶极矩 = E
非极性基团，对称分子；
拉曼活性振动—伴随有极化率变化的振动。
对称分子：
2021/4/20
PPT
3
h0 h(0 + ) h
ANTI-STOKES
Rayleigh
0
0 +
2. Raman位移
对不同物质： 不同； 对同一物质： 与入射光频率无关；表征分子 振-转能级的特征物理量；定性与结构分析的依据； Raman散射的产生：光电场E中，分子产生诱导 偶极距
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I0
S: cm-2/atm
X: Concentration
L: cm
P: atm
χ: cm
PPT交流学习
14
激光吸收光谱
PPT交流学习
15
PPT交流学习
16
激光吸收光谱特点
激光所具有的特点是：
➢谱线宽度极窄
➢相干性优良
➢光谱功率密度高
➢波长可调谐(频率与幅度
进行调制等)
PPT交流学习
17
(1) 有很高的光谱分辨率
吸收系数
dI ()Idl
当α(υ)为与光强无关的常数时，这种线性吸收(dI∝I)称为朗伯比尔(Lambert – Beer)定律。 初始光强
I () / I0 exp[ ()L]
PPT交流学习
6
光谱的形成：
I () I0 exp[ ()L]
PPT交流学习
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在光谱工作中，吸收系数α(υ)是一个重要得测量参数， 由Beer定律可知，它可由吸收光程L与测量透过样品的 光强IT(υ)来计算
PPT交流学习
3
传统吸收光谱
发射连续 谱的光源
图4-1 传统吸收光谱实验装置
PPT交流学习
4
分子吸收入射光束在传输过程中要产生衰减，用
光谱仪作波长选择器，由光电检测器检测记录下以频 率(或波长)为函数的透射光强IT(υ)，就得到该分子在 这个光谱区上的吸收光谱。
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5
当一束强度为I0的光穿过充满气体的吸收池后，其强度会因 分子吸收而衰减。入射光在穿过厚度为dl的分子层时其强度的 衰减量dI与传输到这里的光强I成正比表：示单位路程上
吸收光程是一种很有效的提高检测灵敏度的办法。
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21
图4-3 激光吸收光谱测量原理装置
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22
② 激光光源的光谱功率密度很高，因此探测器 本身的噪声可以忽略不计。虽然激光强度起伏会影响 灵敏度，但可以采用平衡检测方法克服激光强度起伏 引起的影响。
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23
• 如：将入射激光I(υ)分成探测光束I1(υ)=βI(υ)与参 考光束I2 (υ)=(1-β)I(υ) ，β为分束器的分束比。参 考光束I2(υ)直接到达探测器PD2; 探测光束I1(υ)在 穿过样品池后到达探测器PD1，光强为I1′(υ) ，设 被样品吸收的光强为ΔI(υ) ，则
图4-2 SF6分子的υ3带的吸收光谱
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20
(2) 很高的检测灵敏度 ① 根据朗伯-比尔定律，吸收强度随吸收光程增
加而增加，因而增加吸收光程亦可提高检测灵敏度。 普通光源的强度低发散角大，不能通过增长样品
池来提高检测灵敏度。 激光是单色亮度高、准直性能好，可以用多次来
回反射的样品池增加吸收光程。 对于吸收系数小，被检测粒子稀疏的物质，增加
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18
因此当使用线宽很窄的激光光源时，光谱分辨率 主要决定于被测分子的谱线的展宽效应，不再受到光 谱仪器的限制。激光光源的线宽一般可以达到10-5~108cm-1数量级(也就是说MHz~KHz)，用这样的窄谱光 源就可获得原子分子的一些谱线中的精细结构。
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19
用半导体激光器测量到的SF6分 子的υ3带的高分辨红外吸收光谱， 其 分 辨 率 达 到 3•10-5cm-1 ， 图 中 还给出了用采用性能优良的光栅 红外光谱仪测量(分辨率～ 0.07cm-1)所测的同一个光谱，可 见如用传统技术就不能记录到在 950cm-1 波 段 附 近 的 复 杂 光 谱 结 构。
IT () I0 () exp[ ()L]
1 L
一般气体样品 吸收系数α(υ) 比较小： α(υ)•x<<1
ln I0 /IT L
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8
什么是吸收系数α(υ)
爱因斯坦的能级跃迁:入射光频率υ=(ε2- ε1)/h，分子才能 吸收入射光。在厚度为dl的分子层内，强度为I的入射
L
1
0
/2
2
2
4
D 2
ln 2 / D
exp
2
ln
2
D
0
2
( 0 )d 1
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10
什么是吸收线强
分子吸收线强
浓度
压力
() SXP
S: cm-2/atm X: Concentration P: atm
Laser spectrPosPcTo交py流a学nd习its application
光的衰减量dI∝能级1上的粒子数与辐射场的能量密度
ρ(υ)的乘积
吸收跃迁几率
dI B12()N1()hdl
能级1→2跃迁的爱因斯坦系数
() SXP
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9
什么是吸收线型
χ: cm
() SXP
χ 为面积归一化函数 （可能是：Lorentz、 Gauss、Voigt函数中 的一种）
α(υ)=α0(υ0)χ’(υ- υ0):
()
0(
0 )
SXP 2
L
L
0
2 =SXP
D
ln 2
D
0
用来估算吸收光 谱技术的探测灵
敏度
( 0 )为峰值归一化函数PP Nhomakorabea交流学习
13
用吸收系数α(υ)表示Beer定律：
I () I0 () exp[ ()L]
() SXP
ln( I ) SXP L
第四章 激光吸收光谱技术
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1
第一节 基本吸收光谱技术 第二节 高灵敏度吸收光谱技术 第三节 耦合双共振与快速吸收光谱技术 第四节 外场扫描吸收光谱技术 第五节 光声与光热光谱技术
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2
第一节 基本吸收光谱技术
1. Beer定律 当一束光穿过某种介质时，介质分子要对光产生吸
收。为了获得某种分子在某个波段上的吸收光谱，通常 采用一个发射连续谱的光源，通过透镜L1将光源发出的 光变成平行光束，然后通过充满该分子的吸收池，透射 光束经会聚透镜L2会聚到光谱仪(单色仪)的入口狭缝。
在传统吸收光谱技术中，光谱的分辩率受到谱线 展宽效应的限制，又受仪器分辨率的限制，例如受到 分光元件(如光栅)分辨率和狭缝宽度等因素的影响。
激光光谱中使用线宽很窄的激光光源，只要通过 逐一调谐激光波长，就可从光电检测器直接给出以波
长(或频率)为函数的透射光强I1(υ)。当波长扫过所需
测量的光谱区后，就得一幅吸收光谱谱图。
11
什么是吸收线强
配分函数
普朗克常数
跃迁对应的 低能级能量
波数 cm-1
S(T ) S
T0
Q T0 QT
T0 T
e
hcE k
1 T
1 T0
hc0
1 e kT
hc0
1 e kT0
Kelvin 温度
波尔兹曼常数
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什么是吸收系数α(υ)
考虑到α(υ)围绕中心频率υ0存在线形分布：
S: cm-2/atm
X: Concentration
L: cm
P: atm
χ: cm
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14
激光吸收光谱
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15
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16
激光吸收光谱特点
激光所具有的特点是：
➢谱线宽度极窄
➢相干性优良
➢光谱功率密度高
➢波长可调谐(频率与幅度
进行调制等)
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17
(1) 有很高的光谱分辨率
吸收系数
dI ()Idl
当α(υ)为与光强无关的常数时，这种线性吸收(dI∝I)称为朗伯比尔(Lambert – Beer)定律。 初始光强
I () / I0 exp[ ()L]
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6
光谱的形成：
I () I0 exp[ ()L]
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7
在光谱工作中，吸收系数α(υ)是一个重要得测量参数， 由Beer定律可知，它可由吸收光程L与测量透过样品的 光强IT(υ)来计算
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3
传统吸收光谱
发射连续 谱的光源
图4-1 传统吸收光谱实验装置
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分子吸收入射光束在传输过程中要产生衰减，用
光谱仪作波长选择器，由光电检测器检测记录下以频 率(或波长)为函数的透射光强IT(υ)，就得到该分子在 这个光谱区上的吸收光谱。
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当一束强度为I0的光穿过充满气体的吸收池后，其强度会因 分子吸收而衰减。入射光在穿过厚度为dl的分子层时其强度的 衰减量dI与传输到这里的光强I成正比表：示单位路程上
吸收光程是一种很有效的提高检测灵敏度的办法。
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图4-3 激光吸收光谱测量原理装置
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22
② 激光光源的光谱功率密度很高，因此探测器 本身的噪声可以忽略不计。虽然激光强度起伏会影响 灵敏度，但可以采用平衡检测方法克服激光强度起伏 引起的影响。
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23
• 如：将入射激光I(υ)分成探测光束I1(υ)=βI(υ)与参 考光束I2 (υ)=(1-β)I(υ) ，β为分束器的分束比。参 考光束I2(υ)直接到达探测器PD2; 探测光束I1(υ)在 穿过样品池后到达探测器PD1，光强为I1′(υ) ，设 被样品吸收的光强为ΔI(υ) ，则
图4-2 SF6分子的υ3带的吸收光谱
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(2) 很高的检测灵敏度 ① 根据朗伯-比尔定律，吸收强度随吸收光程增
加而增加，因而增加吸收光程亦可提高检测灵敏度。 普通光源的强度低发散角大，不能通过增长样品
池来提高检测灵敏度。 激光是单色亮度高、准直性能好，可以用多次来
回反射的样品池增加吸收光程。 对于吸收系数小，被检测粒子稀疏的物质，增加
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因此当使用线宽很窄的激光光源时，光谱分辨率 主要决定于被测分子的谱线的展宽效应，不再受到光 谱仪器的限制。激光光源的线宽一般可以达到10-5~108cm-1数量级(也就是说MHz~KHz)，用这样的窄谱光 源就可获得原子分子的一些谱线中的精细结构。
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用半导体激光器测量到的SF6分 子的υ3带的高分辨红外吸收光谱， 其 分 辨 率 达 到 3•10-5cm-1 ， 图 中 还给出了用采用性能优良的光栅 红外光谱仪测量(分辨率～ 0.07cm-1)所测的同一个光谱，可 见如用传统技术就不能记录到在 950cm-1 波 段 附 近 的 复 杂 光 谱 结 构。
IT () I0 () exp[ ()L]
1 L
一般气体样品 吸收系数α(υ) 比较小： α(υ)•x<<1
ln I0 /IT L
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什么是吸收系数α(υ)
爱因斯坦的能级跃迁:入射光频率υ=(ε2- ε1)/h，分子才能 吸收入射光。在厚度为dl的分子层内，强度为I的入射
L
1
0
/2
2
2
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D 2
ln 2 / D
exp
2
ln
2
D
0
2
( 0 )d 1
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什么是吸收线强
分子吸收线强
浓度
压力
() SXP
S: cm-2/atm X: Concentration P: atm
Laser spectrPosPcTo交py流a学nd习its application
光的衰减量dI∝能级1上的粒子数与辐射场的能量密度
ρ(υ)的乘积
吸收跃迁几率
dI B12()N1()hdl
能级1→2跃迁的爱因斯坦系数
() SXP
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什么是吸收线型
χ: cm
() SXP
χ 为面积归一化函数 （可能是：Lorentz、 Gauss、Voigt函数中 的一种）
α(υ)=α0(υ0)χ’(υ- υ0):
()
0(
0 )
SXP 2
L
L
0
2 =SXP
D
ln 2
D
0
用来估算吸收光 谱技术的探测灵
敏度
( 0 )为峰值归一化函数PP Nhomakorabea交流学习
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用吸收系数α(υ)表示Beer定律：
I () I0 () exp[ ()L]
() SXP
ln( I ) SXP L
第四章 激光吸收光谱技术
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第一节 基本吸收光谱技术 第二节 高灵敏度吸收光谱技术 第三节 耦合双共振与快速吸收光谱技术 第四节 外场扫描吸收光谱技术 第五节 光声与光热光谱技术
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第一节 基本吸收光谱技术
1. Beer定律 当一束光穿过某种介质时，介质分子要对光产生吸
收。为了获得某种分子在某个波段上的吸收光谱，通常 采用一个发射连续谱的光源，通过透镜L1将光源发出的 光变成平行光束，然后通过充满该分子的吸收池，透射 光束经会聚透镜L2会聚到光谱仪(单色仪)的入口狭缝。
在传统吸收光谱技术中，光谱的分辩率受到谱线 展宽效应的限制，又受仪器分辨率的限制，例如受到 分光元件(如光栅)分辨率和狭缝宽度等因素的影响。
激光光谱中使用线宽很窄的激光光源，只要通过 逐一调谐激光波长，就可从光电检测器直接给出以波
长(或频率)为函数的透射光强I1(υ)。当波长扫过所需
测量的光谱区后，就得一幅吸收光谱谱图。
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什么是吸收线强
配分函数
普朗克常数
跃迁对应的 低能级能量
波数 cm-1
S(T ) S
T0
Q T0 QT
T0 T
e
hcE k
1 T
1 T0
hc0
1 e kT
hc0
1 e kT0
Kelvin 温度
波尔兹曼常数
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什么是吸收系数α(υ)
考虑到α(υ)围绕中心频率υ0存在线形分布：