1、-復(fù)習(xí)提綱第一章 光譜學(xué)根底知識填空、簡答、判斷1光是一種電磁波橫波，它的傳播方向與電、磁分矢量方向垂直；（2） 光與物質(zhì)的相互作用主要是電場E的作用；電場E的振動方向定義為光的偏振方向；波矢SHI矢（3） 光具有能量，也具有動量 ；（4） 從量子論角度，光具有波粒二象性；（5） 光的波動理論可以成功的解釋光的干預(yù)、衍射、折射、反射、散射等許多 光學(xué)現(xiàn)象，然而用光的波動性卻無法解釋光電效應(yīng)；（6） 光子的自旋量子數(shù)為1；（7） 光子的能量與動量。（8） 光的相干性； 光的相干性，是指在不同空間點上和不同時刻的光波電場之間的相關(guān)性。（9） 光與原子、分子作用的三種過程，什么是受激發(fā)射. 吸收、自

2、發(fā)發(fā)射、受激發(fā)射。受激發(fā)射是在外界輻射場的激發(fā)下產(chǎn)生的發(fā)射過程?？紤]一個二能級系統(tǒng)，當(dāng)外界輻射場的頻率和相應(yīng)的躍遷能級間距相等時，便發(fā)生高能級對低能級的躍遷，并發(fā)射一個與激發(fā)輻射場屬同一模式的光子，即受激發(fā)射光子與激發(fā)輻射場光子具有一樣的頻率、相位、偏振方向和傳播方向。（10） 激光光譜學(xué)研究的光波段； 紅外、可見和紫外波段。（11） 光譜的分類； 按產(chǎn)生機(jī)制：發(fā)射譜，吸收譜；按譜線特征：分立譜，連續(xù)譜（12） 分子部存在的三種運(yùn)動； 分子部存在著以下三種運(yùn)動：(1) 價電子在鍵連著的原子間運(yùn)動；(2) 各原子間的相對運(yùn)動-振動；(3) 分子作為一個整體的轉(zhuǎn)動。（13） 光譜線的寬度定義； 譜

3、線強(qiáng)度下降到一半時相應(yīng)的兩個頻率之間的間隔。稱半寬度，簡稱線寬，用FWHM(Full width at half ma*imum intensity)表示。（14） 光譜線加寬的三種機(jī)制；自然線寬、多普勒展寬、碰撞加寬。第二章 光譜儀及光電探測器件論述題1光譜儀的主要作用及主要色散元件； 光譜儀是光譜檢測和分析的根本設(shè)備。它的任務(wù)是分光，即將包含多種波長的復(fù)合光以波長或頻率進(jìn)展分解。通過分解，不同波長光強(qiáng)分布便以波長或頻率為坐標(biāo)進(jìn)展排列。主要色散元件是光柵。（2） 光譜儀通常為何使用閃耀光柵.閃耀光柵的工作原理，及它與透射式光柵的不同點;平面光柵零級衍射的能量最大，隨著衍射級次的增高，衍射能量

4、將逐漸減少。由于零級衍射沒有色散，對分光無用，而色散高的二級、三級等強(qiáng)度較低，不利于使用光柵色散大的高級次。為了解決衍射能量的利用問題，現(xiàn)代光譜儀中經(jīng)常采用閃耀光柵。它可使最大衍射能量集中在所需的級次上。 不同點，透射最大在零級，閃耀則不是單縫衍射光強(qiáng)主極大發(fā)生在：i=r即滿足反射定律的反射方向上。閃耀角條件:，則衍射角，反射系數(shù)R圍繞為中心的最大值兩側(cè)有一個較寬的分布，而光強(qiáng)I也受到R的調(diào)制，中心極大已經(jīng)不再零級，閃耀波長。在閃耀方向上，閃耀波長的光強(qiáng)可到達(dá)入射光強(qiáng)的80%。（3） 會畫出單光柵單色儀的構(gòu)造框圖，知道各元器件的作用。 S1 、S2分別為入射狹縫和出射狹縫；G為反射光柵，被放置

5、在裝有電動馬達(dá)的平臺上；M1、M2為凹面反射鏡。入射狹縫S1處在凹面反射鏡M1的焦平面上，透過狹縫S1的入射光經(jīng)反射鏡M1反射后投射到光柵G，光柵G將入射光色散成許多平行的單色光射到凹面反射鏡M2上，M2將這許多單色光會聚。出射狹縫S2處在M2的焦平面上。當(dāng)光柵G繞其轉(zhuǎn)動中心轉(zhuǎn)動時，在出射狹縫可以得到不同波長的出射光束。（4） 法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的特性；多光束等傾干預(yù)，處在透鏡焦平面的屏上出現(xiàn)同心干預(yù)圓環(huán)；對光的波長具有選擇性即具有濾光特性；能分辨很小的波長差，但也只能分辨兩條靠的很近的波長常常需要將光源經(jīng)過單色儀后再輸入F-P；分辨本領(lǐng)很高，常被用作研究光譜線的精細(xì)構(gòu)造。（5） 傅立葉變換光譜

6、儀的技術(shù)構(gòu)成、應(yīng)用的光譜段； 傅立葉變換光譜儀(FTIR)是將邁克爾遜干預(yù)儀、調(diào)制技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的一種新型光譜儀。只適用于紅外波段。（6） 光電探測器的大類；每大類的典型器件、主要表征參數(shù)； 光電探測器主要有光電子發(fā)射探測器與半導(dǎo)體探測器。光電子發(fā)射探測器主要有光電倍增管和微通道管探測器。半導(dǎo)體探測器有：半導(dǎo)體二極管型光電探測器、紅外探測器、固體成像探測器等幾種。主要表征參數(shù)有光譜響應(yīng)、靈敏度、探測率、時間響應(yīng)等。（7） 光電倍增管PMT的工作原理和使用中的考前須知；光陰極受光照射發(fā)射電子，在極間電場的作用下，飛向第一倍增級。在電子的轟擊下，倍增級發(fā)射二次電子，這些電子又飛向第二倍增級

7、，再發(fā)射二次電子，如此繼續(xù)下去，最后被陽極所收集后以電流輸出。設(shè)倍增級的二次電子發(fā)射系數(shù)為，經(jīng)N次倍增，可得電流增益?？记绊氈?光電倍增管的選擇：光譜響應(yīng)區(qū)，它取決于光陰極材料；響應(yīng)度，根據(jù)待測光源的光譜特性和光通量大小來確定響應(yīng)度的要求；暗電流，在測量微弱光信號時要特別注意挑選暗電流小的管子；陰極尺寸，要與入射光面積相匹配。2不得在加電壓的情況下，有強(qiáng)光照射。3電源：一般用專用電源。光電倍增管的供電一般以負(fù)壓供電居多。4在冷卻器中使用可減少暗電流發(fā)射和降低熱噪聲。（8） 工作過程的信號電荷的產(chǎn)生，存儲，傳輸，和檢測；信號電荷的產(chǎn)生與存貯：在光譜測量中，被探測的光直接入射到耗盡層處，在此處產(chǎn)

8、生電子空穴對，外加電場將電子吸引到勢阱，形成信號電荷。Q =qAT為材料的量子效率；q為電子電荷量；為入射光的光子流速(與入射的光譜輻通量成正比；A為光敏單元的受光面積；T為光注入時間(由CCD驅(qū)動器的轉(zhuǎn)移脈沖的周期決定)。 信號電荷的轉(zhuǎn)移：三相電荷傳遞方式即加以三相交疊的脈沖，使電荷包逐個地沿單元列移動。 如上圖所示取了四個CCD單元來演示三相電荷傳遞時的電荷耦合。假定在t1時刻，第二柵極處于10V高電位，其余各極均處于低電位。到了t2時刻，各極電位變?yōu)槿缰虚g圖所示的狀況，第二柵極仍保持10V高電位，第三極則有低電位升高為高電位10V。由于兩極相鄰很近，它們對應(yīng)的勢阱將合并在一起。第二柵極的

9、電荷向第三柵極移動。在t2時刻第二柵極的電位變?yōu)榈碗娢唬鄳?yīng)的第三柵極變?yōu)?0V高電位。這就完成了電荷由一個單元向另一個單元的轉(zhuǎn)移。第三章 微弱信號檢測技術(shù)1微弱信號檢測的三種主要方法及典型儀器； 相干檢測，典型儀器：鎖相放大器；重復(fù)信號的時域平均，典型儀器：BO*CAR平均器；離散信號的統(tǒng)計處理，典型儀器為單光子計數(shù)器、光學(xué)多道分析器。（2） 鎖相放大器的構(gòu)成及原理；信號通道、參考通道與相關(guān)器三局部。利用參考信號與被測信號的互相關(guān)特性，提取出與參考信號同頻率和同相位的被測信號，而利用噪聲與信號的互不相關(guān)性來抑制噪聲的。（3） BO*CAR對怎樣的信號進(jìn)展測量，兩種工作方式及特點。利用BO*C

10、AR平均器恢復(fù)可重復(fù)性信號波形的工作原理；門的移動微弱的重復(fù)脈沖信號。有單點與掃描兩種工作方式，單點式特點：取樣點相對于信號起始時刻是固定延時，門寬不變，所測量的是離原點為固定延時的重復(fù)信號的*點瞬時平均值，而不是觀察波形；掃描式特點：測量在確定的波長上譜線強(qiáng)度是隨時間變化。利用掃描式工作方式即變換取樣法來恢復(fù)可重復(fù)性信號。為了實現(xiàn)變換取樣，取樣門脈沖的延時就要逐步增加或減少，使之依次掃過整個被測信號的持續(xù)時間。比擬器將一個快斜坡和一個慢斜坡電壓進(jìn)展比擬，當(dāng)快斜坡電壓大于慢斜坡將輸出正電壓，反之輸出負(fù)電壓。在慢斜坡電壓時間Ts產(chǎn)生不斷變窄的矩形波電壓，而同時用這些電壓觸發(fā)門發(fā)生器，這樣就得到延

11、時不斷增大的門脈沖。（4） 單光子技術(shù)的原理。一般了解非常微弱的光信號，如被測光的強(qiáng)度僅有W以下時入射的光子流將出現(xiàn)離散的狀態(tài)，每秒幾百個光子，即光以粒子的形式別離地到達(dá)光檢測器。于是光電倍增管的輸出將是一個個分立的脈沖，而非連續(xù)信號。一個光子入射時，光電倍增管輸出一個電脈沖。光陰極在入射光波長的量子效率，就可以采用計數(shù)電脈沖數(shù)的方法推算出光子流的強(qiáng)度 。第四章 激光光譜學(xué)中的光源1普通光源的發(fā)光與激光有何不同； 能量集中，高方向性、高強(qiáng)度，高亮度、單色性好、相干性強(qiáng)。（2） 何為激光.何為受激輻射；由受激輻射得到的放大了的光是相干光,稱之為激光。 原子中處于高能級的電子,會在外來光子(其頻率

12、恰好滿足 )的誘發(fā)下向低能級 躍遷, 并發(fā)出與外來光子一樣特征的光子, 這叫受激輻射。（3） 激光器的根本構(gòu)造、激光產(chǎn)生的條件、實現(xiàn)這一條件的技術(shù)手段叫什么、泵浦兩能級系統(tǒng)是否能實現(xiàn)粒子數(shù)的分布反轉(zhuǎn)；激光工作物質(zhì)、鼓勵源泵、諧振腔。如何從技術(shù)上實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生激光的必要條件。泵浦。不能，泵浦源是無法對二能級系統(tǒng)造成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的，需要用多能級系統(tǒng)，常用的有三能級與四能級系統(tǒng)。 （4） 激光器的類型按激活介質(zhì)形態(tài)來分及工作方式； 固體激光器，一般脈沖方式運(yùn)轉(zhuǎn)； 氣體激光器，利用放電產(chǎn)生的等離子體量的電子與原子或分子之間或它們之間的碰撞使激光能級間實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；染料激光器是以染料作為激光工作物

13、質(zhì)的激光器；半導(dǎo)體激光器，利用正向偏置的PN結(jié)中電子與空穴復(fù)合發(fā)光；光纖激光器利用摻雜光纖為介質(zhì)的激光器。（5） 激光的橫模、縱模及含義。橫模：反映激光輸出橫截面上的光強(qiáng)度分布情況，定義：諧振腔與軸向垂直的橫截面的穩(wěn)定光場分布；縱模：反映激光器的工作頻率，當(dāng)光在腔往返一周其相位變化為的整數(shù)倍時，形成駐波，這時腔的穩(wěn)定光場分布稱為縱模 。（6） 幾種常見激光器的輸出波長激光器輸出波長YAG激光器基波1.06m 倍頻532nm,355nm鈦寶石激光器0.67m到1.1mHe-Ne 激光器0.6328m氬離子激光器0.5145m和0.4880m的兩條譜線最強(qiáng)CO2激光器10.6m線附近,還有 10.

14、57，10.59與10.61, 9.6m準(zhǔn)分子激光器KrF(248.4nm) ArF(193.3nm) *eF(351.1nm) *eCl(308nm)液體激光器可以實現(xiàn)從紫外的320nm到近紅外的1.168 mm調(diào)諧；使用倍頻技術(shù)，還可以擴(kuò)展到200nm附近。 （7） 染料激光器的工作特點染料激光器是以染料作為激光工作物質(zhì)的激光器；大多數(shù)是將染料溶于乙醇、苯、丙酮或水等溶劑中，配成10-510-3級濃度的溶液 ；染料激光器的突出優(yōu)點是可以實現(xiàn)輸出波長在一個較大的波長圍調(diào)諧。（8） He-Ne激光是利用哪個原子發(fā)的光. Ne原子。第五章 激光吸收光譜技術(shù)論述題1簡單吸收光譜有何缺點，如何改良；

15、根本為透明。不利于高靈敏度的檢測。 增加吸收光程。（2） 外腔式吸收光譜可測量得到絕對吸收系數(shù)的原理；兩塊高反射率的共焦腔鏡構(gòu)成一個光學(xué)諧振腔，n次反射振蕩后的光強(qiáng)為吸收系數(shù)。從光在光腔衰蕩的時間考慮：（3） 何為耦合雙共振吸收. 耦合雙共振吸收是一個分子體系同時地對頻率為、兩束激光的共振吸收，并且通過一個公共能級或弛豫過程使兩個共振躍遷間具有一定的耦合。 （4） 就公共能級耦合方式解釋光學(xué)-光學(xué)雙共振實驗的的原理。強(qiáng)的泵浦光束使躍遷到達(dá)飽和狀態(tài)，于是能級1的布居數(shù)將明顯少于熱平衡分布的布居數(shù)。當(dāng)另一束強(qiáng)度較弱、頻率可調(diào)諧的探測激光，與分子的另一躍遷發(fā)生共振時，因能級1的布居數(shù)已為泵浦光抽空，

16、對探測光的吸收將變得很弱。測量有泵浦激光照射與沒有照射時，探測光束的透射光強(qiáng)差。（5） 簡述光聲光譜技術(shù)。受激分子通過無輻射躍遷返回基態(tài)時，常常會將激發(fā)能能轉(zhuǎn)變成為熱能平動能，使樣品池壓力增加。通過檢測壓力的變化來獲取光譜信息，稱為光聲光譜技術(shù)。 分子共振吸收池壓力增大微音器輸出信號鎖相放大器采集信號。 第六章 激光發(fā)射光譜技術(shù)論述題1何為熒光，與激光的不同點； 熒光：原子或分子通過自發(fā)發(fā)射返回基態(tài)時發(fā)射的光；激光是受激輻射發(fā)出的光。（2） 熒光發(fā)射的幾種類型；共振熒光斯托克斯Stokes熒光反斯托克斯anti-Stokes熒光 （3） 研究分子熒光發(fā)射的兩種方法； 熒光激發(fā)譜、熒光色散譜。（

17、4） 激光誘導(dǎo)熒光激發(fā)譜實驗框圖及原理；熒光強(qiáng)度以激發(fā)波長為函數(shù)的光譜。研究分子的激發(fā)光譜時，保持激發(fā)光強(qiáng)度不變，連續(xù)地調(diào)諧激發(fā)光的波長，并測量分子發(fā)射的總熒光強(qiáng)度隨激發(fā)波長的變化。 可以研究分子激發(fā)態(tài)信息。（5） 激光誘導(dǎo)熒光色散譜實驗框圖及原理；熒光色散譜是熒光在發(fā)射波長上的強(qiáng)度分布。測量熒光光譜時，激發(fā)光的波長和強(qiáng)度均保持不變，用單色儀對總熒光強(qiáng)度進(jìn)展波長色散，解析出不同波長上的熒光強(qiáng)度。熒光光譜反映了分子在不同波長上發(fā)射熒光的相對強(qiáng)度 可以研究分子基態(tài)躍遷下態(tài)的信息。（6） 何為多光子激發(fā)，多光子激發(fā)躍遷的選擇定則與單光子躍遷是否一樣； 在強(qiáng)激光作用下，原子與分子一次能同時吸收入射光的

18、兩個光子乃至多個光子而躍遷到高能級，這就是原子與分子的雙光子或多光子激發(fā)。由于多光子激發(fā)，原子與分子可以躍遷到吸收單光子無法到達(dá)的能態(tài)。（7） 何為超聲分子束；分子束(molecular beam)技術(shù)是一種非常重要的物理學(xué)和化學(xué)實驗手段。分子束是指氣體經(jīng)過一個小孔，通過擴(kuò)散進(jìn)入高真空系統(tǒng)而形成定向運(yùn)動的分子集合。在分子束中分子具有很長的平均自由程(mean freePath)，分子間的碰撞和相互作用可以忽略，在這種情況下的分子可以被看成孤立的粒子。 超聲束 分子平均自由程,D:小孔的直徑。（8） 超聲分子束的兩個重要特點；使分子速度增大，速度分布變窄。對絕熱膨脹過程，等熵，平動溫度降低。（9

19、） 采用超聲分子束和激光光譜技術(shù)相結(jié)合進(jìn)展分子光譜的研究有何特點.采用超聲分子柬和激光光譜技術(shù)相結(jié)合進(jìn)展分子光譜的研究有以下的特點： (1可以獲得亞多普勒受限譜線寬度的高分辨率分子光譜； (2)可以簡化分子轉(zhuǎn)動光譜的構(gòu)造。 (3)可以用于對一些特殊分子的光譜研究，如對德瓦爾斯分子，團(tuán)簇分子和復(fù)合物分子(ple*)的光譜研究。（10） 何為等離子體；對于氣態(tài)物質(zhì)，溫度升至幾千度時，由于物質(zhì)分子熱運(yùn)動加劇，相互間的碰撞就會使氣體分子產(chǎn)生電離，這樣物質(zhì)就變成由自由運(yùn)動并相互作用的正離子和電子組成的混合物(蠟燭的火焰就處于這種狀態(tài))。物質(zhì)的這種存在狀態(tài)稱為物質(zhì)的第四態(tài)，即等離子體(plasma)。（1

20、1） 按玻爾茲曼斜線法，由同一原子的兩條發(fā)射譜線強(qiáng)度推求等離子體電子溫度的原理；第八章 拉曼光譜技術(shù)1何為拉曼散射；當(dāng)一束光入射到分子上時，除了產(chǎn)生與入射光頻率0一樣的散射光以外，還有頻率分量為0M的散射光，M是與分子振動或轉(zhuǎn)動相關(guān)的頻率。這種光散射現(xiàn)象后來被稱為拉曼散射。（2） 拉曼散射可分為兩大類； Raman散射可分為：自發(fā)Raman 散射和相干Raman 散射。（3） 紅外活性項與拉曼活性項；第二項稱為紅外活性項。 第四項稱為拉曼活性項 。（4） 何為超拉曼散射;當(dāng)激發(fā)光很強(qiáng)時，原子可以同時吸收兩個光子乃至多個光子而從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)。在拉曼光譜中是也會出現(xiàn)相類似的情況，當(dāng)入射激光0

21、的功率增強(qiáng)時，在散射光中會出現(xiàn)頻率為2 0R甚至為3 0R的分量，稱為超拉曼散射.（5） 何為受激拉曼散射、特點;當(dāng)功率增強(qiáng)時，一級斯托克斯拉曼散射譜線強(qiáng)度迅速增加，發(fā)散角減少，譜線變窄，具有了受激發(fā)射的性質(zhì)，被稱為受激拉曼散射。受激拉曼散射的方向性很好，有前向拉曼散射和后向拉曼散射；受激拉曼效應(yīng)有明顯的閾值性。只有當(dāng)入射光的強(qiáng)度超過*一閾值時才會出現(xiàn)受激的拉曼散射，要用足夠強(qiáng)的功率激光照射才能獲得。 第九章 光解與光電離及質(zhì)譜檢測1何為光解離； 許多分子在受到紫外光，尤其是遠(yuǎn)紫外光的輻照之后很容易光解，光解是最重要、最根本的光化學(xué)過程。離解即為分子間化學(xué)鍵的斷裂，產(chǎn)生的粒子仍呈現(xiàn)電中性。即經(jīng)過光解離后分子生成了其它類型的分子或原子。（2） 光解的類型；離解直接光解：分子在吸收了一個光子之后躍遷到*一特定的能態(tài)上，直接導(dǎo)致了離解 ；預(yù)離解間接光解：分子受激后自身并不離解，但可以向和該態(tài)的勢能面穿插的另一電子激發(fā)態(tài)進(jìn)展無輻射躍遷，而后導(dǎo)致離解。（3） 何為共振增強(qiáng)多光子電離REMPI.分子或原子在同時吸收n個光子從下基態(tài)共振躍遷至中間態(tài)