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激光光譜學

鎖定
激光光譜學是對在激光器發明之後，使用激光作為光源來進行的原子、分子的發射光譜、吸收光譜以及非線性效應所做研究的通稱。
中文名
激光光譜學
外文名
laser spectroscopy
學    科
光譜學分支
科    技
新的光譜技術
特    徵
成為與物理學等密切相關的新領域

目錄

  1. 1 概念説明
  2. 2 特點
  3. 3 應用

激光光譜學概念説明

常規光譜學中，光譜線的寬度較寬，光源的強度較弱，限制了光譜學的深入發展。自激光器成為光譜學的研究工具以來，情況發生了突變。由於激光所具有的高亮度、單色性（相干性）、可調諧（頻率或波長可變）和實現超短脈衝運行的特點，使譜線的相對寬度減少了許多數量級，而激光的強度則是任何尋常光源無可比擬的。光譜學的面貌發生了深刻的變化。此外，激光脈衝的持續時間可以短到幾十飛秒（10－15秒）。於是，激光同原子和分子之間的相互作用顯示出了前所未有的性質，即非線性和相干性。這就賦予了光譜學以各種新面貌，而形成了激光光譜學。激光光譜學具有極高的光譜分辨率及極高的探測靈敏度，能以皮秒（10－12秒）及亞皮秒的時間尺度來研究分子和凝聚體，並能以新的方式來研究光化學及光物理的問題。這種發展不僅對自然界最深入的過程直接提供了啓迪，並且也為多種科學技術的應用開拓了廣闊道路。 [1] 

激光光譜學特點

激光光譜學具有以下特點：
  1. 極高的光譜分辨率。激光器可以實現穩頻和窄線寬，頻率穩定度可達到10－15以上，線寬在赫茲量級。它可作為時間、頻率標準和長度標準，也可實現消除多普勒效應的光譜學，達到極高的光譜分辨率。利用高分辨率激光光譜方法研究原子和分子體系，可非常精確的研究和測定原子和分子的光譜數據、相互作用及相關的物理常數。
  2. 極高的探測靈敏度。激光的高亮度和可使其波長調至被檢測物質的吸收峯處，從而極大地提高了探測靈敏度。相應地發展了光聲光譜、光熱光譜（含光熱偏轉光譜）、光電流光譜和電離光譜等高靈敏度光譜技術和方法，甚至可對某些單個原子和分子進行探測。
  3. 極高的時間分辨率。激光器輸出脈衝寬度已達到幾個飛秒，使用飛秒激光脈衝的“泵浦–探測”技術，可研究物理、化學和生命過程中所發生的超快過程，它以飛秒量級的時間分辨率可將超快過程中各階段的發展狀況展示出來。
  4. 相干和非線性。由於激光的高亮度，在和物質相互作用的過程中，激光表現出了很強的非線性效應，形成了非線性光譜學和多光子光譜學（見非線性光學）。 [1] 

激光光譜學應用

運用激光光譜學方法可以深入研究物質的結構、能譜、瞬態變化和它們的微觀動力學過程（包括弛豫規律） ，由此來獲得用經典方法無法得到的信息。
激光對高分辨光譜的發展有很大的作用，是研究原子、分子和離子結構的有力工具，可以用來研究譜線的精細和超精細分裂、塞曼和斯塔克分裂、光位移、碰撞加寬、碰撞位移等效應。此外，激光使譜線波長的測量達到前所未有的精度。當激光波長由某個原子或分子的躍遷鎖定之後，可以提供精確的長度或頻率的基準。這類激光器已成為精密測量學的重要工具，還可用來精確地測定基本物理常數並對基本物理定律進行嚴格的驗證。
能輸出脈衝持續時間短至納秒或皮秒的高強度脈衝激光器，是研究光與物質相互作用時瞬態過程的有力工具，在測定激發態壽命和研究氣、液、固相中原子、分子和離子的弛豫過程方面有極高的時間分辨能力。
在光與共振躍遷的相互作用中，還可以利用激光觀察到有趣的相干瞬變現象。這類效應包括自由誘導衰變、光回聲和自感生透明性等，與在微波區研究核磁共振效應時所觀察到的現象有時很相似，不僅可用來測量相弛豫過程，還有助於瞭解光與物質作用時的複雜性。 [2] 
參考資料
  • 1.    Laserspektroskopie in der Kernphysik: R. Neugart: Laser in Nuclear Physics - A Review, Eur. Phys. J A 15 (2002)
  • 2.    Wolfgang Demtröder: Laserspektroskopie. Grundlagen und Techniken. 4. erweiterte und neubearbeitete Auflage, korrigierter Nachdruck. Springer, Berlin u. a. 2004, ISBN 3-540-64219-6.