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1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第六章 无多普勒展宽光谱技术主讲教师：许立新我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第六章 无多
2、普勒展宽光谱技术人们关于原子、分子与物质结构的许多知识是从光谱学的人们关于原子、分子与物质结构的许多知识是从光谱学的研究中获得的研究中获得的光谱学技术要求：高灵敏度、高光谱分辨率光谱学技术要求：高灵敏度、高光谱分辨率在可见与紫外光谱区，分子有很稠密的电子光谱谱线之在可见与紫外光谱区，分子有很稠密的电子光谱谱线之间的间隔远小于展宽机制所给出的最小间隔，用常规间的间隔远小于展宽机制所给出的最小间隔，用常规的光谱方法测量时，测到的是一片准连续的谱带因的光谱方法测量时，测到的是一片准连续的谱带因此反映原子、分子与物质结构更精细结构的信息被此反映原子、分子与物质结构更精细结构的信息被各种光谱展宽机制掩盖
3、起来各种光谱展宽机制掩盖起来我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第六章 无多普勒展宽光谱技术光谱线展宽：自然线宽、碰撞展宽与多普勒展宽等展宽光谱线展宽：自然线宽、碰撞展宽与多普勒展宽等展宽机制，机制，原子间的相互作用产生的谱线展宽，即碰撞展宽，可以原子间的相互作用产生的谱线展宽，即碰撞展宽，可以通过测量低压气体的谱线来弥补通过测量低压气体的谱线来弥补分子运动的多
4、普勒效应带来的谱线展宽测要采用一些新分子运动的多普勒效应带来的谱线展宽测要采用一些新的、特殊的光谱技术来解决无多普勒展宽光谱技的、特殊的光谱技术来解决无多普勒展宽光谱技术第四章中讨论过的外场扫描光谱技术是一种无多术第四章中讨论过的外场扫描光谱技术是一种无多普勒展宽的光谱技术普勒展宽的光谱技术我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术 一、兰姆凹
5、陷与饱和吸收一、兰姆凹陷与饱和吸收由于辐射衰减，一个静止、孤立的受激原子的辐射线由于辐射衰减，一个静止、孤立的受激原子的辐射线型为：型为： 4/2/220g一个以速度一个以速度u运动的原子，相对于实验室坐标系发射的运动的原子，相对于实验室坐标系发射的中心频率为中心频率为 0 的辐射存在多普勒频移：的辐射存在多普勒频移：则有则有uk 0/0 4/2/220ukg我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我
6、的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术4/2/2200ukukg 考虑一入射光束与处于热运动的考虑一入射光束与处于热运动的N个二能级原子间的个二能级原子间的相互作用，设频率为相互作用，设频率为 的单色光沿的单色光沿z方向通过样品池，方向通过样品池，原子吸收入射光后从基态原子吸收入射光后从基态1跃迁到激发态跃迁到激发态2：能级能级1上的粒子数变化为：上的粒子数变化为： 10101211NNRukgBNdtdNz我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖
7、的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物对于气体，热平衡时，速度分量在对于气体，热平衡时，速度分量在uz-uz+duz间的第间的第i能级上的分子数为：能级上的分子数为：第一节 饱和吸收光谱技术 RukgBuNuNzzz/1012011 对于稳态情况，可解得：对于稳态情况，可解得：zziizuupizziduuNNdueuNduuNpz2/up=(2kBT/m)1/2为在绝对温度为在绝对温度T下原子的最可几速度，下原子的最可几速度，m为原子质量，为原子质量，KB为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什
8、么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术TkmuzzzBzeukSuNuN2/22001122/1可解得：可解得：式中式中S=B12 /R为受激吸收率与驰豫率之比，饱和参数为受激吸收率与驰豫率之比，饱和参数TkmuzzzzBzeukSukSuNuN2/22022001222/2/1我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜
9、测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术在频率为在频率为 的单色光作的单色光作用下，在用下，在N1(uz)的分布的分布曲线上，有一个以曲线上，有一个以k/0中心的中心的“烧孔烧孔”贝贝纳纳特特(Bennet)孔，孔的半孔，孔的半宽度为宽度为 2/101S 0为自然线宽，为自然线宽， N2(uz)上上有一对应的凸峰有一对应的凸峰我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边
10、有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术当当 时可得时可得吸收系数吸收系数 12与吸收截面与吸收截面 12的关系为：的关系为：zukgBc01212/饱和吸收无多普勒光谱是通过测量布居数速度分布曲线饱和吸收无多普勒光谱是通过测量布居数速度分布曲线上的贝纳特孔来实现的上的贝纳特孔来实现的考察原子吸收截面：考察原子吸收截面： N12122121/ ggNNN多普勒线宽D 2/101S多普勒线型下降了一个因子多普勒线型下降了一个因子 ，并且与频率无关，并且与频率无关
11、S1我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术在多普勒线型内处处都下降了一个因子，这说明如果用在多普勒线型内处处都下降了一个因子，这说明如果用一束可调谐激光，使其扫过原子的吸收区，则发现不了一束可调谐激光，使其扫过原子的吸收区，则发现不了有贝纳恃孔存在有贝纳恃孔存在可采用两束激光通常将一束波称为泵浦光，另一束可采用两束激光通常将一束波称为泵浦光
12、，另一束为探测光对稀薄气体介质，可以通过一个简单方法为探测光对稀薄气体介质，可以通过一个简单方法来获得这两束激光，即在样品池的一端放置一反射来获得这两束激光，即在样品池的一端放置一反射镜，将入射进样品池的光作为泵浦光，通过样品池后镜，将入射进样品池的光作为泵浦光，通过样品池后从反射镜反射回的称为探测光从反射镜反射回的称为探测光设泵浦光为：设泵浦光为：zktEcos0我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，
13、证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术从反射镜反射回的探测光强度近似与入射光相等，即从反射镜反射回的探测光强度近似与入射光相等，即zktEcos0两束光在速度分布曲线两束光在速度分布曲线 N(uz)上烧出两个贝纳特孔，上烧出两个贝纳特孔，kukuzz/,/00调谐入射光的频率调谐入射光的频率 ，使，使 接近布居数速度分布曲线的中接近布居数速度分布曲线的中心频率心频率 0，于是两孔将在，于是两孔将在uz=0处合并，其物理含义是两束处合并，其物理含义是两束光波与光波与uz=0的同一群原子相互作用其结果是饱和参数的同一群原子相互作用其结果是饱和参数S增大了一倍，光对增大了一
14、倍，光对 N(uz0)的消耗也将大于的消耗也将大于uz 0的消耗的消耗于是，在吸收曲线于是，在吸收曲线 ( )上出现一个吸收系数减小的凹上出现一个吸收系数减小的凹陷区陷区。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术这个凹陷这个凹陷与非均匀介质激光器的功率曲线上的凹陷一样，与非均匀介质激光器的功率曲线上的凹陷一样，称为兰姆凹陷，显然兰姆凹陷不受多
15、普勒效应的影响，常称为兰姆凹陷，显然兰姆凹陷不受多普勒效应的影响，常称之无多普勒称之无多普勒(Doppler-free)凹陷，经过计算可得吸收系凹陷，经过计算可得吸收系数的表达式为数的表达式为 2202002/2/121sssS 22000/2lnexpDAN式中式中，是多普勒线型，是多普勒线型括号内的表达式表示谱线中心有一个小的兰姆凹陷括号内的表达式表示谱线中心有一个小的兰姆凹陷我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但
16、是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术兰姆凹陷位于吸收曲线兰姆凹陷位于吸收曲线 ( ) 上上 0处处，是两束，是两束激光对同一群分子共同作激光对同一群分子共同作用引起吸收饱和的结果，用引起吸收饱和的结果，兰姆凹陷为洛仑兹线型，兰姆凹陷为洛仑兹线型，半宽度为半宽度为 s，在，在 0处，处， S( )降低为降低为 S( )(1-S0)，而在离中心较远处则降低而在离中心较远处则降低为为 S( )(1-S0/2)。当。当 0 时，两束光对不同时，两束光对不同群分子起饱和作用，就群分子起饱和作用，就跑出了凹陷区跑出了凹陷区我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，
17、为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术二、实验技术二、实验技术1、腔内饱和吸收光谱技术、腔内饱和吸收光谱技术将分子吸收池放进激光共振腔内，并调谐激光频率腔将分子吸收池放进激光共振腔内，并调谐激光频率腔内的驻波激光场就是使分子饱和吸收的两束相反方向的内的驻波激光场就是使分子饱和吸收的两束相反方向的光场对激光腔，吸收体是腔的附加损耗，它使激光输光场对激光腔，吸收体是腔的附加损耗，它使
18、激光输出功率减小根据上述的饱和吸收原理，当激光频率调出功率减小根据上述的饱和吸收原理，当激光频率调谐到吸收线的中心时，样品的吸收系数减小，激光器的谐到吸收线的中心时，样品的吸收系数减小，激光器的输出突然增加，因此，这种测量方法非常灵敏输出突然增加，因此，这种测量方法非常灵敏腔内吸收技术要求被研究的分子的吸收谱线在激光振荡腔内吸收技术要求被研究的分子的吸收谱线在激光振荡的调谐范围内，因此能用这种方法进行研究的样品不的调谐范围内，因此能用这种方法进行研究的样品不多，尽管这种方法简单，灵敏度很高，但它的应用范围多，尽管这种方法简单，灵敏度很高，但它的应用范围受到了限制受到了限制我吓了一跳，蝎子是多么
19、丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术二、实验技术二、实验技术2、腔外饱和吸收光谱技术、腔外饱和吸收光谱技术激光线宽应小于样品的多普勒宽度，在可见光谱区，激激光线宽应小于样品的多普勒宽度，在可见光谱区，激光线宽应在光线宽应在MHz以下；调制的泵浦光束引起分子布居数以下；调制的泵浦光束引起分子布居数变化，探测光在被样品变化，探测光在被样品吸收时也感受了调制的吸收时
20、也感受了调制的作用当激光频率接近作用当激光频率接近被测谱线时，由于被测谱线时，由于泵浦光的饱和泵浦光的饱和作用，作用，我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术吸收系数将发生变化，因此当调谐入射光束频率扫过被吸收系数将发生变化，因此当调谐入射光束频率扫过被测跃迁频率时，光电检测器便测量出穿过样品池后调制测跃迁频率时，光电检测器便测量出穿过样品池
21、后调制的探测光强的变化，经锁相放大器处理，输出无多普勒的探测光强的变化，经锁相放大器处理，输出无多普勒展宽的信号展宽的信号我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术3、强度内调制光谱技术、强度内调制光谱技术由于泵浦光和探测光有一小小的夹角，将有一定的剩余由于泵浦光和探测光有一小小的夹角，将有一定的剩余多普勒展宽背景，多普勒展宽背景，Sorem
22、和和Schawlow提出了一种改进方提出了一种改进方案，称为内调制荧光技术案，称为内调制荧光技术将一束单模染料激光分成将一束单模染料激光分成两束等强度激光，它们以两束等强度激光，它们以反向共线的方式通过样品反向共线的方式通过样品池，另外在样品池的侧面池，另外在样品池的侧面用透镜用透镜L收集样品分子发收集样品分子发射的总荧光，射的总荧光，以取代原来以取代原来对透射探测光的光强检测对透射探测光的光强检测我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个
23、美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术设两束激光的强度调制频率分别为设两束激光的强度调制频率分别为f1和和f2,则有则有tfIItfII2021012cos1,2cos1激光诱导荧光光强与激发光强度成正比激光诱导荧光光强与激发光强度成正比21IINCIsfNS为吸收态的饱和布居密度，常数为吸收态的饱和布居密度，常数C与跃迁几率和荧光与跃迁几率和荧光收集效率等因子有关，在吸收线的中心，饱和布居密度收集效率等因子有关，在吸收线的中心，饱和布居密度为为2100011IIANSNNs2210210IIANIINCIf我吓了一跳，蝎子是多么丑恶
24、和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一节 饱和吸收光谱技术在荧光在荧光If中包含有光强的线性项和平方项中包含有光强的线性项和平方项线性项反映了具有多普勒线型的正常激光诱导荧光，调线性项反映了具有多普勒线型的正常激光诱导荧光，调制频率分别为制频率分别为f1和和f2；平方项描述的是饱和效应，使荧光信号中出现平方项描述的是饱和效应，使荧光信号中出现f1f2和和f1f2的调制频率分量。的调制频
25、率分量。锁相放大器以锁相放大器以f1f2为参考频率进行锁相放大，便可以将为参考频率进行锁相放大，便可以将频率为频率为f1和和f2的线性多普勒背景抑制，提取出频率为的线性多普勒背景抑制，提取出频率为f1f2的无多普勒饱和信号。的无多普勒饱和信号。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术一、偏振光谱技术一、偏振光谱技术在气体放电的饱和光谱测量中，
26、当样品的气压在在气体放电的饱和光谱测量中，当样品的气压在0.1 133.32Pa以上时，所记录的无多普勒饱和光谱有以上时，所记录的无多普勒饱和光谱有一个很强的多普勒展宽背景一个很强的多普勒展宽背景原因是原子间的碰撞将使它们的速度发生变化，使基态原因是原子间的碰撞将使它们的速度发生变化，使基态与激发态的麦克斯韦速度分布产生重新分布，从而降与激发态的麦克斯韦速度分布产生重新分布，从而降低了饱和光束的选择性低了饱和光束的选择性偏振光谱技术就是用特定的偏振光去激发原子，造成原偏振光谱技术就是用特定的偏振光去激发原子，造成原子角动量取向的饱和效应子角动量取向的饱和效应我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东
27、西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术光子的固有角动量：光子的固有角动量： ，自旋量子数为整数，自旋量子数为整数1，它在特殊方向上的投影用量子数它在特殊方向上的投影用量子数 表示，表示， 0, 1，对应于线偏振光、左旋和右旋偏振光。对应于线偏振光、左旋和右旋偏振光。由于光子具有角动量，在光与原子相互作用时要遵守角由于光子具有角动量，在光与原子相互作用时要遵守角动量守恒定律，当
28、偏振光与原子或分子作用时，原子动量守恒定律，当偏振光与原子或分子作用时，原子跃迁要用相应的磁量子数选择定则：跃迁要用相应的磁量子数选择定则： M+1产生右产生右旋偏振光旋偏振光( )， M1产生左旋偏振光产生左旋偏振光( -)， M0产生平面偏振光（产生平面偏振光（ ），），2/h我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术 偏振光谱的测量装置与
29、饱和光谱装置相似激光束经分偏振光谱的测量装置与饱和光谱装置相似激光束经分束器分成强度较强的泵浦光和较弱的探测光，束器分成强度较强的泵浦光和较弱的探测光，不同之处：在泵浦光的光路中有不同之处：在泵浦光的光路中有1/4波片，它使泵浦光成波片，它使泵浦光成为圆偏振光；在探测光的光为圆偏振光；在探测光的光路中有一起偏器，它使探测路中有一起偏器，它使探测光成为线偏振光，并在探测光成为线偏振光，并在探测器前装置一正交检偏器；器前装置一正交检偏器；我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶
30、和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术无泵浦光通过放电管时，探测光在通过放电管后将无泵浦光通过放电管时，探测光在通过放电管后将受正交检偏器阻挡，到达不了探测器，没有光信号受正交检偏器阻挡，到达不了探测器，没有光信号产生；产生；在平衡态下，放电管中原子在各个方向上的取向是在平衡态下，放电管中原子在各个方向上的取向是均匀的设泵浦光是左旋圆偏振光，当它从右向左均匀的设泵浦光是左旋圆偏振光，当它从右向左穿过放电管后，某种角动量取向的原子在吸收了泵穿过放电管后，某种角动量取向的原子在吸收了泵浦光光子后出现饱和
31、，在剩余的基态原子中将缺少浦光光子后出现饱和，在剩余的基态原子中将缺少该种角动量取向的原子，造成角动量空间分布不均该种角动量取向的原子，造成角动量空间分布不均匀，成了各向异性介质匀，成了各向异性介质我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术 设线偏振光沿设线偏振光沿Z方向传播，方向传播，可分解为一个右旋偏振光和一个左旋偏振光。当探测光可分解为一
32、个右旋偏振光和一个左旋偏振光。当探测光穿越放电管时，它左旋偏振成分将不再被吸收而保持原穿越放电管时，它左旋偏振成分将不再被吸收而保持原有强度，但右旋偏振成分仍将受到原子的吸收而减小，有强度，但右旋偏振成分仍将受到原子的吸收而减小，设样品中泵浦区的长度为设样品中泵浦区的长度为L，则两个圆偏振光分量为：，则两个圆偏振光分量为：0 , 0 ,exp000 xkztiEEEEyxLiLktiyxLiLktiiEEEEEiEEEEE0002/00002/021exp21exp我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活
33、的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术 通过样品后产生的结果是：通过样品后产生的结果是：(1)两个偏振成分因吸收系数不同受到不同的衰减，幅度两个偏振成分因吸收系数不同受到不同的衰减，幅度差为：差为：(2)两个偏振成分因折射率不同受到不同的色散，存在双两个偏振成分因折射率不同受到不同的色散，存在双折射现象折射现象 两个分量产生的相位差为：两个分量产生的相位差为：LLEE2/exp2/exp2/0nnnnncLLkk/因此，通过吸收池后，它们的合成不再是线偏振光，而因此，
34、通过吸收池后，它们的合成不再是线偏振光，而是椭圆偏振光，其主轴相对于是椭圆偏振光，其主轴相对于x轴略有转动，其轴略有转动，其Y分量为分量为我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术tiibLikkiEiEyexp2/exp2/0b是考虑样品池窗口有一个小的双折射，是考虑样品池窗口有一个小的双折射，b1,与与 k通通常很小，若检偏器的透射轴接近于
35、常很小，若检偏器的透射轴接近于y轴轴( 1)，指数展开，指数展开取一级近似得：取一级近似得：tiLinncLibEEtexp4/2/0 +和和 属于多普勒展宽线型，在属于多普勒展宽线型，在 0处有一兰姆凹陷，处有一兰姆凹陷，差差值值由这两个兰姆凹陷来决定，它与频率的关系属于洛由这两个兰姆凹陷来决定，它与频率的关系属于洛仑兹线型仑兹线型/1/020 xx我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没
36、有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术2001xxcn折射率差可由克拉姆克朗关系式求出：折射率差可由克拉姆克朗关系式求出：2202020220*114112121)(xLxxLbxxLbIEEIttt我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉
37、快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术偏振内调制光谱技术偏振内调制光谱技术 探测器检测到光谱信号来自两方面的贡献：吸收系数的探测器检测到光谱信号来自两方面的贡献：吸收系数的变化变化 。与折射率的变化。与折射率的变化 n。 与频率的关系属与频率的关系属于洛仑兹线型而于洛仑兹线型而 n与频率的关系是色散函数；由与频率的关系是色散函数；由这两种成分构成的信号将使测量谱线出现不对称性：这两种成分构成的信号将使测量谱线出现不对称性：谱线中心
38、发生移动，线型偏离洛仑兹线型。谱线中心发生移动，线型偏离洛仑兹线型。利用一种所谓偏振内调制光谱技术，既可消除饱和光谱利用一种所谓偏振内调制光谱技术，既可消除饱和光谱技术中由于原子间的碰撞引起速度变化所产生的多普勒技术中由于原子间的碰撞引起速度变化所产生的多普勒展宽背景，又能解决偏振光谱技术中谱线不对称性的困展宽背景，又能解决偏振光谱技术中谱线不对称性的困难，形成了一种比较完善的高灵敏无多普勒光谱技术难，形成了一种比较完善的高灵敏无多普勒光谱技术我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子
39、是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术 偏振内调制光谱技术的实验装置如图所示，从激光器出偏振内调制光谱技术的实验装置如图所示，从激光器出射的光束经射的光束经 /4片成为圆偏振光，再经分束器分成强度几片成为圆偏振光，再经分束器分成强度几乎相等的两束光乎相等的两束光I1和和I2，它们分别经反射镜，它们分别经反射镜M1与与M2反射反射后反向地穿越放电管。后反向地穿越放电管。另外用两个旋转的偏振另外用两个旋转的偏振调制器调制这两束激光调制器调制这两束激光的线偏振态的方向，调的线偏振态的方向，调制频
40、率分别为制频率分别为f1和和f2，当，当激光频率调谐到吸收线激光频率调谐到吸收线中心时检测器就可以中心时检测器就可以接收到偏振内调制光谱接收到偏振内调制光谱信号，信号，我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术由于原子间的碰撞不仅使原子的运动速度的大小和方向由于原子间的碰撞不仅使原子的运动速度的大小和方向发生变化，而且也使原子的角动量发生改变，
41、因此经受发生变化，而且也使原子的角动量发生改变，因此经受碰撞后的原子，碰撞后的原子，尽管保持它们碰撞前受到振幅调制的尽管保持它们碰撞前受到振幅调制的“记记忆忆”，却不能保持碰掩前的角动量状态的，却不能保持碰掩前的角动量状态的“记忆记忆”，所，所以在以在偏振内调制光谱信号中，碰撞后的原子只受到频率为偏振内调制光谱信号中，碰撞后的原子只受到频率为f2的第二柬激光的偏振调制，并不保持原有的频率为的第二柬激光的偏振调制，并不保持原有的频率为f1的的偏振调制，偏振调制，我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物
42、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术由于偏转器每旋转一周，偏振态改变了两次，于是锁定由于偏转器每旋转一周，偏振态改变了两次，于是锁定在在2|f1 f2|上的锁相放大器，就不会放大这些原子发射上的锁相放大器，就不会放大这些原子发射的荧光信号，使多普勒背景得以消除；的荧光信号，使多普勒背景得以消除；只有当激光频率只有当激光频率 调谐到原子的跃迁频率调谐到原子的跃迁频率 0上时，才有上时，才有相应的偏振内调制光谱信号相应的偏振内调制光谱信号由于接收到的荧光信号比例于原子的总吸收
43、率，与介质由于接收到的荧光信号比例于原子的总吸收率，与介质的色散无关，所以所记录到的信号没有因色散引起的的色散无关，所以所记录到的信号没有因色散引起的不对称不对称我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术 两柬激光是以不同的调制频率周期性地改变它们的偏振两柬激光是以不同的调制频率周期性地改变它们的偏振状态状态设某一时刻两柬光具有相同酌线偏振态，
44、某种取设某一时刻两柬光具有相同酌线偏振态，某种取向的原子的吸收截面较大，应有较大的互饱和吸收向的原子的吸收截面较大，应有较大的互饱和吸收而而在另一时刻，在另一时刻，两束光的偏振态转为正交的，则两束光将两束光的偏振态转为正交的，则两束光将分别为两种取向的原子所吸收，互饱和吸收较弱分别为两种取向的原子所吸收，互饱和吸收较弱检测检测器接收的荧光信号的幅值正比于两种情况下总吸收率的器接收的荧光信号的幅值正比于两种情况下总吸收率的差值，接收不到荧光信号差值，接收不到荧光信号我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的
45、生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术如果只有一路光束，气体原子又是各向同性的，就根本如果只有一路光束，气体原子又是各向同性的，就根本不可能接收到达种吸收的互饱和的变化，不可能接收到达种吸收的互饱和的变化，这种变化的频这种变化的频率取决于偏振调制的频率因此在偏振内调制光谱中，率取决于偏振调制的频率因此在偏振内调制光谱中，即使只调制一路光束，另一路光束保持其固定的线偏振即使只调制一路光束，另一路光束保持其固定的线偏振态，由于此时仍然有交替出现的相互平行和相互正交的态，由于
46、此时仍然有交替出现的相互平行和相互正交的线偏振态，亦即依然存在上述两种情况下的总吸收率的线偏振态，亦即依然存在上述两种情况下的总吸收率的差，依然可以接收到偏振内调制光谱信号差，依然可以接收到偏振内调制光谱信号我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第二节 偏振调制光谱技术我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，
47、证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第三节 双光子无多普勒光谱学一、基本原理一、基本原理光子动量光子动量P与频率与频率 和传播方向和传播方向n（或传播常数（或传播常数k)关系：关系：knchP频率相同但传播方向不同的两束光具有不同的动量，频率相同但传播方向不同的两束光具有不同的动量，两束传播方向相反的光，它们的动量绝对值相同但方两束传播方向相反的光，它们的动量绝对值相同但方向是相反的向是相反的 谱线多普勒展宽在实质上就是运动速度不同的原子发谱线多普勒展宽在
48、实质上就是运动速度不同的原子发射射(或吸收或吸收)不同的光子动量所引起的不同的光子动量所引起的我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第三节 双光子无多普勒光谱学原子可以同时吸收两个光子并在宇称相同的能级间发生原子可以同时吸收两个光子并在宇称相同的能级间发生跃迁跃迁在双光子吸收中，原子能否可以从传播方向不同的光束在双光子吸收中，原子能否可以从传播方向不同的光束中各吸
49、收一个光子呢中各吸收一个光子呢?当原子从方向相反的两束光波中各吸收一个光子时，光当原子从方向相反的两束光波中各吸收一个光子时，光子的动量将发生相消作用，若从频率相同、方向相反子的动量将发生相消作用，若从频率相同、方向相反的两束光波各取一个光子时，两个光子的动量相减为的两束光波各取一个光子时，两个光子的动量相减为零：零： 这一思想首先由这一思想首先由Chebatoev等人提出，后来由等人提出，后来由Cagnac和和Levenson等人从实验上等人从实验上得到了证明得到了证明021kkPP我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没
50、有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第三节 双光子无多普勒光谱学原子吸收原子吸收(或发射或发射)的是无动量的光子，谱线也就不会的是无动量的光子，谱线也就不会出现多普勒展宽了这就是无多普勒展宽的双光子吸出现多普勒展宽了这就是无多普勒展宽的双光子吸收光谱学的基本思想收光谱学的基本思想设有两束光同时入射到样品分子上设有两束光同时入射到样品分子上rktiAErktiAE22221111expexp当分子从两列光波中各吸收一个光子而在能级当分子从两列光波中各吸收一个光子而在能级i