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第1章 激光光谱法

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第一章 光波与光源 光的电磁理论 激光的原理、特性和应用 发概要

第一章 光波与光源 光的电磁理论 激光的原理、特性和应用 发概要

五、激光器的种类 种类分固体激光器、气体激光器、染料激光器。 固体激光器：以绝缘晶体或玻璃为工作物质。 少量的过渡金属离子或稀土离子掺入晶体或玻璃， 经光泵激励后产生受激辐射作用。主要有红宝石激 光器、钛宝石激光器、半导体激光器。 气体激光器：如He-Ne激光器、氩离子激光器、 CO2激光器、N2分子激光器等。 染料激光器：采用在适当的溶剂中溶入有机染 料作为激光器的工作物质。
3 受激吸收过程：在满足两能级之差的外来光子的 激励下，处在低能级的原子向高能级跃迁，c）图 受激辐射与受激吸收过程同时存在：实际物质 原子数很多，处在各个能级上的原子都有，在满足 两能级能量之差的外来光子激励时，两能级间的受 激辐射和受激吸收过程同时存在。当吸收过程占优 势时，光强减弱；当受激辐射占优势时，光强增强。
2、N2/ N1>1时，高能级E2上原子数大于低能级E1 上原子数，称粒子数反转分布，有dN21 > dN12，表 明光经介质传播的过程中受激辐射的光子数大于受 激吸收的光子数，宏观效果表现为光被放大，或称 光增益。能引起粒子数反转分布的介质称为激活介 质或增益介质。实现粒子数反转分布是产生激光的 必要条件。 设增益介质的增益系数为G，在此介质z处的光强 为I(z),经dz距离后光强改变dI，则dI=GIdz ，积分得 I ( z) I 0eGz I0为z=0处的光强
E2 E1 h
光发射的三种跃迁过程
1 自发辐射：处在高能级的原子以一定的几率自发的向低 能级跃迁，同时发出一个光子的过程，a）图； 2 受激辐射过程：在满足两能级之差的外来光子的激励下， 处在高能级的原子以一定的几率自发向低能级跃迁，同时 发出另一个与外来光子频率相同的光子，b）图； 两种辐射过程特点的比较： 自发辐射过程是随机的，发出一串串光波的相位、传播 方向、偏振态都彼此无关，辐射的光波为非相干光； 受激辐射的光波，其频率、相位、偏振状态、传播方向 均与外来的光波相同， 辐射的光波是相干光。

激光的基本原理及其特性

激光的基本原理及其特性

物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
•光的放大作用的大小通常用放大 光的放大作用的大小通常用放大 增益）系数G来描述。 （增益）系数G来描述。P8!
I ( z)
I (l ) I + dI I
dI = G ( z ) I ( z )dz
原子数按能级分布
热平衡时， 热平衡时，单位体积内处于各个能级上的原子数分布
玻尔兹曼分布律: 玻尔兹曼分布律:
N2 −( E2 −E1 ) kT =e N1
E E2 E1 N1 N2 N
高 能 级 低 能 级
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
§1.2.1 二能级系统的三种跃迁
3-01光源、光波叠加.exe
3、光子简并度与激光的强度 、
激光的强度： 激光的强度：
I = cωv= nchv /η
光子简并度越大， 光子简并度越大，同一光子态的光的能量越大 激光的简并度是很高的， 激光的简并度是很高的，如He—Ne激光器 激光器
n = 4×10 ×
11
对于普通光源到目前为止还没有发现 n > 1 的
光源亮度是指光源单位发光表面在单位时间内沿 单位立体角所发射的能量 普通光源的亮度，太阳表面的亮度比蜡烛大30万 普通光源的亮度，太阳表面的亮度比蜡烛大30万 30 比白炽灯大几百倍。 倍，比白炽灯大几百倍。 普通的激光器的输出亮度， 普通的激光器的输出亮度，比太阳表面的亮度大 10亿倍 亿倍。 10亿倍。 激光器的输出功率并不一定很高， 激光器的输出功率并不一定很高，但由于光束很 光脉冲窄，光功率密度却非常大。 细，光脉冲窄，光功率密度却非常大。
∴ B21 · ρ (ν21) · N1 >> B12 · ρ (ν21) · N2

激光科学与技术：激光原理和激光技术的应用

激光科学与技术：激光原理和激光技术的应用
激光在牙周病治 疗中有独特优势
牙齿矫正
激光矫正技术可 以改善牙齿排列
问题
● 04
第四章 激光在工业领域的应 用
激光切割技术
激光切割技术是一种 高精度、高速度且无 污染的加工方法，广 泛应用于金属和非金 属材料的加工中。通 过激光束的聚焦和高 能量密度，能够实现 精确切割各种形状的 工件。
激光切割技术应用
零件编码 安全标记
激光在3D打印中的应用
激光在3D打印领域具有重要意义，其高精度和 快速制造能力使其成为3D打印技术的主流。激 光烧结和激光光固化技术不断推动3D打印技术 的发展。
● 05
第五章 激光在科研领域的应 用
激光光谱技术
01 原子吸收光谱分析
激光技术在原子吸收光谱中的应用
02 拉曼光谱分析
光纤激光器
光纤激光器利用光纤 作为增益介质传输激 光，具有传输距离远、 抗干扰能力强的特点。 在通信、激光打标等 领域有着广泛的应用。 光纤激光器的发展也 推动了光纤通信技术 的进步，为信息传输 提供了更快速、更可 靠的方式。
激光在医疗领域的应用
激光治疗
用于皮肤疾病、 眼科手术等
激光造影
用于诊断和治疗
01 治疗青光眼
激光可以有效治疗青光眼，为患者带来希望
02 激光角膜矫正术
一种常见的激光眼科手术，可以改善视力问 题
03
激光在皮肤美容中的应用
祛斑
激光祛斑效果显 著
祛皱
激光祛皱是一种 常见的美容方式
祛痣
激光祛痣安全、 快捷
激光在肿瘤治疗中的应用
精准杀灭
激光可以精准杀灭肿瘤细 胞
激光消融
激光消融技术在肿瘤治疗 中应用广泛
激光科学与技术：激光原理 和激光技术的应用

光谱分析基础知识PPT课件

光谱分析基础知识PPT课件

20世纪50年代原子物理学的发展促进了 原子吸收分光光度法、原子荧光分光光度法 的兴起。
20世纪60年代等离子体、傅里叶变换和 激光技术的出现，促进了光谱分析的深入发 展。
20世纪70年代出现了等离子体-原子发射 光谱分析，傅里叶变换红外光谱法和激光光 谱法等一系列分析技术。
值得一题的是20世纪70年代发展起来的 激光共振电离光谱法，它的灵敏度达到了极 限，可以检测单个原子。
光谱分析，一般依其波长及其测定的方 法可以分为：射线(0.005~1.4Ả)；
X射线 (0.1~100Ắ)； 光学光谱(100 Ắ ~1000m)； 微波波谱(0.1~100cm)。
❖狭义：通常所说的光谱，一般仅指光学光 谱而言。
2．光学光谱的分类 （1）依其波长及其测定的方法可以分为：
真空紫外光光谱：10~200nm 近紫外光光谱：200~400nm 可见光谱：400~800nm 近红外光谱：800nm~2.5m 中红外光谱： 2.5~50m 远红外光谱： 50~1000m
1.2 光谱分析法概述
1．光谱的定义
❖ 广义：各种电磁波辐射都叫做光谱。
自然界的一切物质可以与各种频率的 电磁波辐射发生相互作用，这种作用表现 为对光的吸收或吸收光后再发射出各种波 长的光，这取决于各自的特殊物质结构。
根据各种不同的物质吸收或者发射出 某一特征频率的光信号及信号强度的大小 可以实现物质的定性与定量分析。
a.原子光谱：原子核外电子在不同能级间跃 迁而产生的光谱称为原子光谱（atomic spectrum）。它们的表现形式为线状光谱。
b.分子光谱：在辐射能作用下，因分子内能 级间的跃迁而产生的光谱称为分子光谱 （molecular spectrum）。由于在分子中各质 点的运动比单个原子复杂，因此分子光谱比 原子光谱复杂得多。

第一章 激光基本原理--Part1

第一章 激光基本原理--Part1

• 在物质与辐射场的相互作用中，构成物质的原子 或分子可以在光子的激励下产生光子的受激发射 或吸收。 • 粒子数反转：能利用受激发射实现光放大 • 受激辐射光子与激励光子具有相同的频率、方向、 相位、偏振态，是相干光。
Einstein
1947年，Lamb和Reherford在氢原子光谱中发现了明显的受 激辐射，这是受激辐射第一次被实验验证。Lamb由于在氢 原子光谱研究方面的成绩获得1955年诺贝尔物理学奖； "for his discoveries concerning the fine structure of the hydrogen spectrum" 1950年，Kastler提出了光学泵浦的方法，两年后该方法被实 现。他因为提出了这种利用光学手段研究微波谐振的方法而 获得诺贝尔奖。 "for the discovery and development of optical methods for studying Hertzian resonances in atoms"
1966年研制成了固体锁模激光器获得了超短脉冲。 1970年研制成了准分子激光器。 1977年研制成了红外波段的自由电子激光器 （FEL） 1984年研制出光孤子激光器（SL） 美国电话电报公司贝尔实验室的研究人员于1992年研 制出当时世界上最小的固体激光器，它在扫描电子显微 镜下看起来就像一个个微型图钉，其直径只有 2 至 10 微 米。在一个大头针的针头上，可以装下1万个这样的新型 半导体激光器。
DARPA built the megawatt-class Alpha HF chemical laser during the 1980s
An electron-beam pumped ArF laser experiment at Sandia National Laboratories (1975, Courtesy Sandia National Labs)

最新鲁科版高中化学必修第一册第1章第1节走进化学科学

最新鲁科版高中化学必修第一册第1章第1节走进化学科学

必备知识
一、化学科学的形成与发展 1.化学科学的形成 最早的化学实践活动是火的使用,之后人们又学会了烧制陶瓷、冶炼金属、 酿造酒类,并希望炼制出长生不老的丹药或把廉价的金属炼制成金。在这 些实践的基础上,经过化学家的不断努力,近代化学逐渐形成。
2.化学科学的发展
(1)近代化学的里程碑。
年代
科学家
提示 化学科学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转 化及其应用的一门基础学科。因为两位科学家的研究深入到了分子和离 子的水平上,这属于化学研究的范畴,故他们获得的是诺贝尔化学奖。
深化拓展
化学科学的创造性及实用性 (1)化学科学的创造性:起初人们从矿物、岩石、生物体中提取物质,后来 科学家逐步制造出大量物质。可以说化学是一门具有创造性的科学。 (2)化学科学的实用性:合成氨技术的应用,解决了饥饿对人类的威胁;医药 的合成,使人的寿命大大提高;芯片和光导纤维的使用,引导人们进入信息 时代;食品添加剂、化妆品、塑料、橡胶、纤维的合成,使人们的生活丰富 多彩。因此,化学又是一门在人类生产和生活中有着重要作用的实用性科 学。 (3)化学科学的特征:从微观层面上认识物质、以符号形式表征物质、在不 同层面上创造物质。
4.化学科学将为解决环境问题提供有力保障,减少人类活动对环境的影响, 使环境监测和治理手段更加快速、灵敏,实现对环境污染的科学防治。 5.化学科学将为生命科学的发展作出更大的贡献,帮助人们从分子层次上 了解生命问题的本质、揭示生命运动的规律,使研究人员在分子水平上了 解疾病的病理,寻求新方法,研制新药物,为人类提供健康保障。 6.化学科学将大大提高信息科学的发展水平,指导人们研制功能各异的信 息材料(主要是电子材料,如光电子材料),为传感技术、通信技术和计算机 技术等的发展提供重要的物质基础。

激光光谱学

激光光谱学

第一张基本概念：1.能级寿命是指自发辐射能级寿命，能级寿命与自发辐射系数互为倒数关系。

2.自发辐射与受激辐射的区别：(1)受激跃迁与自发辐射，前者与外场揉(谬)有关，而后者则只取决于原子、分子系统本身，与外场揉(谬)无关。

理论和实验证明受激辐射光子与入射光子具有四同（同频率、同位相、同波矢、同偏振），即受激辐射光子与入射光子属于同一光子态（光波模式），受激辐射光是相干光，而自发辐射是非相干的随机过程。

(3)自发辐射系数A21与受激跃迁系数的关系：在热平衡条件下，能级E1、E2的粒子数N1、N2应保持平衡，则有: 3. 光子简并度n 为受激辐射几率与自发辐射几率之比，前者产生相干光子，后者产生非相干光子。

4. 激光器的三要素：（1）工作物质(气体、固体、液体、半导体等);(2）泵浦源：二者可实现粒子数反转，实现光放大。

（3）激光谐振腔 ---实现选模和光学正反馈。

5.线宽：分布函数半最大值所对应的频率宽度叫线宽—半最大值全宽，线宽内部分叫谱线的核,外部部分叫翼。

6.光谱学中常见的谱线展宽有：自然展宽、碰撞展宽、 Doppler 展宽。

自然加宽：由于自发辐射的存在，导致处于激发态的粒子具有一定的寿命，使得所发射的光谱具有一定的线宽称为自然加宽。

7.碰撞又分为弹性碰撞和非弹性碰撞：弹性碰撞，碰撞对之间没有通过无辐射跃迁所进行的内能交换时，称为弹性碰撞。

非弹性碰撞，碰撞对A 、B 在碰撞期间，A 的内能完全的或部分的转移给了B(或成为B 的内能或转变为A 、B 的平动动能)，有内能变化，称为非弹性碰撞，也叫淬灭碰撞。

小距离弹性碰撞主要引起谱线加宽，而大距离弹性碰撞主要引起频移。

8.Doppler 加宽：由于气体原子、分子的热运动而具有一定的速度分布，一定速度的粒子相对于探测器来讲，都会产生Doppler 频移，这样具有一定速度的粒子只对谱线的某一频率范围有贡献，总体效果使得谱线加宽，Doppler 加宽的谱线线型为高斯线型。

激光光谱学PPT课件PPT课件PPT学习教案

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会计学
1
激光光谱学参考书： 《激光光谱学原理和方法》黄世华 编著 其它参考书目： 1．《激光光谱学的基础和技术》W. Demtroder（戴姆特瑞德）著；黄潮 译 Chap. 1－3。 2．《光的量子理论》R. Loudon 著；于良 等译 Chap. 1，3，8，9。 3.《近代量子光学导论》彭金生 李高翔 著 Part. I Chap. 1，2；Part. II, Chap.1 4．《量子力学》 曾谨言 编著 Chap. 11，量子跃迁 5．《光学》 赵凯华 钟锡华 著 Chap. 2，4，5，8，9 6．《超短脉冲激光器原理及应用》 J. 赫尔曼；B. 威廉 著 Chap.1－4，8，9 7.《激光物理学》 邹英华 编著 Chap. 1，4，6－10 8．《 Laser and Electro-Optics 》Christophor C. Davis Chap. 1，2，6，23， 9.《概率论与数理统计》 10.《电动力学》 曹昌淇 著 11.《Electricity and Magnetism》Berkeley Physics Course Vol.2, E. M. Purcell Chapter. 6，7，9，10。
Wif
2π
|
f
| H | i |2 δ
(E f
Ei )
第14页/共74页
根据d 函数的性质，上式也可以写为：
Wif
2π 2
|
f
| H | i |2δ
(ω
ω fi )； δ (ω ) 1δ (ω )
式中设微扰是由能量的光子引起的， fi = (Ef - Ei)/
(1) 吸收：i fi f , 吸收引起终态 f 布居N f 变化

医学影像技术《3.第一篇 第二章 第三节 1.医用X线胶片》

医学影像技术《3.第一篇 第二章 第三节 1.医用X线胶片》

X线检查技术教案
课题名称3第一篇第二章第三节
线胶片
课次：3 教学内容教师活动学生活动〔一〕医用X线胶片的分类
1 直接摄影用胶片
〔1〕感蓝胶片：
不添加感色剂，故此类胶片也称色盲片。

需配合发蓝色荧光的增感屏使用，其吸收光谱的峰值
约为42021。

〔2〕感绿胶片：配合发绿色荧光的增感屏使用的胶片，其吸收光谱的峰值约为550nm。

感绿胶片的最大特点是与稀土增感屏组合下感度高。

2．激光打印及热敏成像胶片
〔1〕激光胶片：
用于记录激光扫描图像
可感受红色激光、红外线激光或记录氦氖激光图像。

〔2〕热敏胶片：
对可见光不感光，直接热成像方式使用的胶片。

3．影像增强器记录胶片
〔1〕荧光电影胶片
〔2〕荧光屏图像及荧光缩影胶片
〔二〕医用X线胶片的结构
〔1〕感光乳剂层
〔2〕片基：
〔3〕附加层：
熟悉各层的作用
2．激光胶片
讲述
多媒体演示
教师引导分析讨论
结合实际答复下列
问题
学生讨论
激光打印的工作原理
3．热敏干式胶片的结构〔三〕成像参数
1．胶片特性曲线的意义
2特性曲线的组成
〔四〕胶片感光测定方法〔五〕感光材料的感光性能1．本底灰雾
2．感光度〔S〕
3．反差系数〔γ值〕4．最大密度〔Dma〕5．宽容度〔L〕
教师总结归纳
多媒体演示
课后小结：
1、X线胶片的光谱
特性和结构
2、反差与宽容度之
间的关系
学生讨论
完成课后作业。

激光吸收光谱技术

激光吸收光谱技术
I1'( ) I1( ) I ( )
24
探测器PD1与PD2输出到平衡器，则平衡器的输出信号 Is(υ)比例于
Is () I2 () I1 '() (1 )I () [ I() I()] I() (1 2 )I()
当β=1/2时， Is(υ)为
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
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
39
调制光谱技术：波长调制光谱与频率调制光谱。 两者的主要差别：调制频率和调制幅度
波长调制：调制幅度大(接近被测谱线的线宽)，而调制 频率较低(数kHz到数十kHz) ； 频率调制：调制幅度较小但调制频率很高(~数百MHz， 与被测谱线的线宽相当) 。 频率调制在数百MHz的频率调制，各种噪声已降低到可 忽略的水平，因此可以达到高的检测灵敏度。但频率调 制光谱的解调困难，检测结果的分析比较复杂，因此波 长调制光谱相对实用。
lorentzgaussvoigt函数中的一种10什么是吸收线强laserspectroscopyitsapplication11分子吸收线强浓度压力cm2atmatm11hchcehckt配分函数跃迁对应的低能级能量kelvin温度波数cm1波尔兹曼常数普朗克常数12sxpsxp为峰值归一化函数用来估算吸收光谱技术的探测灵cm2atm14激光吸收光谱1516激光吸收光谱特点17有很高的光谱分辨率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

材料与化工 第1章 催化剂表征(思维导图)

材料与化工 第1章 催化剂表征(思维导图)

第1章 催化剂表征宏观结构和性能结构催化剂密度表观堆积密度——看；装填的体积大且装填规范时较准确表观颗粒密度——根据单个催化剂颗粒；形状规则且足够大时准确真密度——真实的平均密度；用流体置换法测定；催化剂颗粒形状和尺寸表征方法（1）筛分法 20~μm（2）显微图像法①光学显微镜法 0.1~μm②电子显微镜法 ：扫描电子显微镜法 0.003~μm透射电镜法 0.005~μm（3）沉降法重力沉降 1~100μm离心沉降 0.5~5μm（4）电阻法 0.5~200μm（5）夫琅禾费衍射法 （激光衍射法）10~2000μm（6）光透法 10~9000μm（7）光子相关光谱法 0.01~1μm（8）色层分析法 0.01~1μm（9）场流分离法 0.01~100μm104104104104比表面积孔结构（孔径、孔径分布、孔容、孔隙率）低温物理吸附法——最常用N2表征方法压汞法X射线小角散射法—适用场合有限中子小角散射法—显微镜法（TEM/SEM）—孔结构的定性评价；催化剂的形貌和纹理特征。

性能机械强度单颗粒强度单颗粒压碎强度刀刃切断强度整体堆积压碎强度（用于固定床）磨损强度旋转碰撞法 —（固定床催化剂）得到微球粒子高速空气喷射法 —（流化床催化剂）得到不规则碎片微观结构和性能①影响反应速度和途径；②考核机械强度的指标之一；①定义：单位质量所具有的表面积；②一般认为，比表面积越大，催化剂活化中心越多，则活性越高；。

(完整)激光拉曼光谱法讲解

(完整)激光拉曼光谱法讲解

第三节激光拉曼光谱法在分子的振动中，有些振动由于偶极矩的变化表现了红外活性，能吸收红外光，从而出现了红外吸收谱带（见第二章第二节)，但有些振动却表现了拉曼活性,产生了拉曼光谱谱带．这两种方法都能提供分子振动的信息,起到相互补充的作用，采用这两种方法，可获得振动光谱的全貌．拉曼光谱是一种散射光谱.在20世纪30年代，拉曼散射光谱曾是研究分子结构的主要手段.后来随着实验内容的深人，由于拉曼效应太弱,所以随着红外光谱的迅速发展，拉曼光谱的地位随之下降。

自1960年激光问世，并将这种新型光源引入拉曼光谱后,拉曼光谱出现了新的局面，已广泛应用于有机、无机、高分子、生物、环保等各个领域，成为重要的分析工具。

而且由于它的一些特点，如水和玻璃散射光谱极弱，因而在水溶液、气体、同位素、单晶等方面的应用具有突出的特长.近几年又发展了傅里叶变换拉曼光谱仪,使它在高分子结构研究中的作用与日俱增。

3．1基本概念3．1．1拉曼散射及拉曼位移拉曼光谱为散射光谱。

当一束频率为V0的人射光照射到气体、液体或透明晶体样品上时，绝大部分可以透过，大约有0．1％的入射光与样品分子之间发生非弹性碰撞,即在碰撞时有能量交换，这种光散射称为拉曼散射;反之，若发生弹性碰撞,即两者之间没有能量交换,这种光散射称为瑞利散射。

在拉曼散射中，若光子把一部分能量给样品分子,得到的散射光能量减少，在垂直方向测量到的散射光中,可以检测频率为（V0—△E/h）的线，称为斯托克斯（stokes）线，如图3-1所示，如果它是红外活性的话，△E/h的测量值与激发该振动的红外频率一致。

相反,若光子从样品分子中获得能量，在大于入射光频率处接收到散射光线，则称为反斯托克斯线。

处于基态的分子与光子发生非弹性碰撞,获得能量到激发态可得到斯托克斯线，反之，如果分子处于激发态，与光子发生非弹性碰撞就会释放能量而回到基态,得到反斯托斯线。

斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之差称为拉曼位移。

激光拉曼光谱分析法

激光拉曼光谱分析法
4 激光Raman光谱法的应用
4.1.1 有机化合物结构分析
对于有机化合物的结构研究，虽然Raman光谱的应用远不如红外吸收光谱广泛，但Raman光谱适合于测定有机分子的骨架，并能够方便地区分各种异构体，如位置异构、几何异构、顺反异构等。
官能团不是孤立的，在不同的分子中，相同官能团的Raman位移有一定的差异，△ 不是固定的频率，而是在某一频率范围内变动。
光是电磁辐射，其作用于物质，光子与物质分子发生碰撞时，产生散射光。
01
当物质颗粒尺寸小于入射光波长，产生拉曼散射和瑞利散射。
03
非弹性碰撞不但改变方向，还有能量交换和频率改变，称拉曼散射。
05
当物质颗粒尺寸等于或大于入射光波长，产生丁达尔散射。
02
弹性碰撞时 无能量交换，且不改变频率，,仅改变运动方向，称瑞利散射；
11.3.1 色散型Raman光谱仪
11.3.1.3 单色器 色散型Raman光谱仪采用多单色器系统，如双单色器、三单色器。最好的是带有全息光栅的双单色器，能有效消除杂散光，使与激光波长非常接近的弱Raman线得到检测。 在傅里叶变换Raman光谱仪中，以Michelson(迈克耳孙)干涉仪代替色散元件，光源利用率高，可采用红外激光光源，以避免分析物或杂质的荧光干扰。 11.3.1.4. 检测器 一般采用光电倍增管。 为减少荧光的干扰，在色散型仪器中可用CCD检测器。 常用的检测器为Ga-As光阴极光电倍增管，光谱响应范围宽，量子效率高，而且在可见光区内的响应稳定。 傅里叶变换型仪器中多选用液氮冷却锗光电阻作为检测器。
3.2 傅里叶变换Raman光谱仪
01
02
4.1 定性分析 Raman位移△ 表征了分子中不同基团振动的特性，因此，可以通过测定△ 对分子进行定性和结构分析。另外，还可通过退偏比ρ的测定确定分子的对称性。 无机、有机、高分子等化合物的定性分析； 生物大分子的构象变化及相互作用研究； 各种材料（包括纳米材料、生物材料、金刚石）和膜（包括半导体薄膜、生物膜）的Raman分析； 矿物组成分析； 宝石、文物、公安样品的无损鉴定等方面。

激光物理学分解

激光物理学分解

第一章激光的基本概念§1.1时间相干性和空间相干性１．相干时间２．相干面积３．相干体积§1.2光波模式和光子状态１．光波模式２．光子及其状态§1.３光与物质的相互作用１．光与物质相互作用的三过程(自发辐射受激吸收受激辐射)２．爱因斯坦系数间的关系３．光子简并度４．激光器与起振条件第二章腔模理论的一般问题§2.1变换矩阵１．变换矩阵的基本性质２．变换矩阵各元素的意义§2.2腔的稳定性问题１．稳定性条件２．等效方法§2.3腔的本征模式§2.4腔的损耗1. 平均单程损耗因子2．光子在腔内平均寿命3．无源谐振腔的品质因数Q4．本征振荡模式带宽第三章稳定球面腔§3.1共焦腔的振荡模§3.2光斑尺寸和等价共焦腔§3.3衍射损耗及横模选择§3.4谐振频率，模体积和远场发散角第四章高斯光束§4.1 厄米高斯光束和拉盖尔高斯光束§4.2 高斯光束的q参数第五章非稳定腔§5.1 非稳定腔的谐振模§5.2 几何放大率和功率损耗率§5.3 单端输出虚共焦腔的设计第六章电磁场和物质相互作用§6.1 线性函数1. 定义2.自然加宽和碰撞加宽N3. 多普勒加宽4. 综合加宽§6.2 速率方程组1.三能级系统2.四能级系统第七章增益饱和与光放大§7.1 发射截面和吸收截面§7.2 小信号增益系数§7.3 均匀加宽工作物质的增益饱和1. 反转集居数的饱和2. 均匀加宽大信号增益系数§7.4 非均匀加宽工作物质的增益饱和1. 加宽大信号增益系数2. 强光作用下弱光的增益系数第八章激光振荡理论§8.1激光器的振荡阈值,阈值反转集居数密度§8.2连续激光器或长脉冲激光器的阈值泵浦功率§8.3多模激光器§8.4 频率牵引第九章激光的半经典理论§9.1处理方法§9.2 密度矩阵1.定义2.性质§9.3 集居数运动方程迭代解1. 静止原子的单模理论2. 运动原子的单模理论3. 静止原子的多模理论4. 环形激光器5. 塞曼激光器第十章激光的量子理论§10.1 辐射场的量子化§10.2 相干态§10.3 相干态的几个性质§10.4 约化密度矩阵§10.5 原子和辐射场的相干作用§10.6 主方程§10.7 振荡阈值和增益饱和§10.8 光子统计§10.9 内禀线宽§10.10 激光场的光强涨落第十一章相干光学瞬态效应§11.1 二能级系统和辐射场相互作用§11.2 相干瞬态光学过程§11.3 相干双光子过程激光物理(Laser Physics)021-专课程代码:319.005.1共济网课程性质:专业选修课院学分数: 3 周学时: 3200092同济大学四平路教学目的：同济激光是继电光源、X光以后，人类在上世纪六十年代发明的，又一种对人类社会进步带来革命性影响的光源。

自然资源部关于发布《地质样品同位素分析方法第1部分：总则和一般规定》等37项行业标准的公告

自然资源部关于发布《地质样品同位素分析方法第1部分：总则和一般规定》等37项行业标准的公告

自然资源部关于发布《地质样品同位素分析方法第1部分：总则和一般规定》等37项行业标准的公告文章属性•【制定机关】自然资源部•【公布日期】2024.08.02•【文号】自然资源部公告2024年第35号•【施行日期】2024.10.01•【效力等级】部门规范性文件•【时效性】尚未生效•【主题分类】土地资源正文自然资源部公告2024年第35号关于发布《地质样品同位素分析方法第1部分：总则和一般规定》等37项行业标准的公告《地质样品同位素分析方法第1部分：总则和一般规定》等37项行业标准已通过全国自然资源与国土空间规划标准化技术委员会审查，经2024年第5次部长办公会审议通过，现予批准、发布，自2024年10月1日起实施。

标准编号及名称如下：DZ/T 0184.1-2024地质样品同位素分析方法第1部分：总则和一般规定（代替DZ/T 0184.1-1997）DZ/T 0184.2-2024地质样品同位素分析方法第2部分：锆石铀-铅体系同位素年龄测定热电离质谱法（代替DZ/T 0184.2-1997、DZ/T0184.3-1997）DZ/T 0184.3-2024地质样品同位素分析方法第3部分：锆石微区原位铀-铅年龄测定激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱法DZ/T 0184.4-2024地质样品同位素分析方法第4部分：地质样品钐-钕体系同位素年龄和钕同位素比值测定热电离质谱法（代替DZ/T 0184.6-1997）DZ/T 0184.5-2024地质样品同位素分析方法第5部分：地质样品铷-锶体系同位素年龄和锶同位素比值测定热电离质谱法（代替DZ/T 0184.4-1997）DZ/T 0184.6-2024地质样品同位素分析方法第6部分：脉石英铷-锶体系同位素年龄测定热电离质谱法（代替DZ/T 0184.5-1997）DZ/T 0184.7-2024地质样品同位素分析方法第7部分：辉钼矿铼-锇体系同位素年龄测定电感耦合等离子体质谱法DZ/T 0184.8-2024地质样品同位素分析方法第8部分：地质样品钾－氩体系同位素年龄测定熔炉法（代替DZ/T 0184.7-1997）DZ/T 0184.9-2024地质样品同位素分析方法第9部分：地质样品氩－氩同位素年龄及氩同位素比值测定熔炉法（代替DZ/T 0184.8-1997）DZ/T 0184.10-2024地质样品同位素分析方法第10部分：地质样品碳-14年龄测定液闪能谱法（代替DZ/T 0184.9-1997）DZ/T 0184.11-2024地质样品同位素分析方法第11部分：碳酸盐岩铀系不平衡地质年龄和铀钍同位素比值测定α能谱法（代替DZ/T 0184.10-1997）DZ/T 0184.12-2024地质样品同位素分析方法第12部分：沉积物铅-210地质年龄测定α能谱法（代替DZ/T 0184.11-1997）DZ/T 0184.13-2024地质样品同位素分析方法第13部分：沉积物铅-210地质年龄测定γ能谱法DZ/T 0184.14-2024地质样品同位素分析方法第14部分：沉积物铯-137地质年龄测定γ能谱法DZ/T 0184.15-2024地质样品同位素分析方法第15部分：地质样品铅同位素组成测定热电离质谱法（代替DZ/T 0184.12-1997）DZ/T 0184.16-2024地质样品同位素分析方法第16部分：地质样品铅同位素组成测定多接收电感耦合等离子体质谱法DZ/T 0184.17-2024地质样品同位素分析方法第17部分：岩石锇同位素组成测定负热电离质谱法DZ/T 0184.18-2024地质样品同位素分析方法第18部分：锆石微区原位铪同位素组成测定激光剥蚀-电感耦合等离子质谱法DZ/T 0184.19-2024地质样品同位素分析方法第19部分：硫化物矿物硫同位素组成测定二氧化硫法（代替DZ/T 0184.14-1997）DZ/T 0184.20-2024地质样品同位素分析方法第20部分：硫酸盐矿物硫同位素组成测定二氧化硫法（代替DZ/T 0184.15-1997）DZ/T 0184.21-2024地质样品同位素分析方法第21部分：硫化物矿物硫同位素组成测定六氟化硫法（代替DZ/T 0184.16-1997）DZ/T 0184.22-2024地质样品同位素分析方法第22部分：地质样品硅同位素组成测定四氟化硅法（代替DZ/T 0184.22-1997）DZ/T 0184.23-2024地质样品同位素分析方法第23部分：硅酸盐和氧化物矿物氧同位素组成测定五氟化溴法（代替DZ/T 0184.13-1997）DZ/T 0184.24-2024地质样品同位素分析方法第24部分：水和非含氧矿物包裹体水氧同位素组成测定五氟化溴法（代替DZ/T 0184.20-1997）DZ/T 0184.25-2024地质样品同位素分析方法第25部分：天然水氧同位素组成测定二氧化碳-水平衡法（代替DZ/T 0184.21—1997）DZ/T 0184.26-2024地质样品同位素分析方法第26部分：水氧同位素组成测定连续流水平衡法DZ/T 0184.27-2024地质样品同位素分析方法第27部分：碳酸盐岩和矿物碳氧同位素组成测定连续流磷酸法DZ/T 0184.28-2024地质样品同位素分析方法第28部分：碳酸盐岩和矿物碳氧同位素组成测定磷酸法（代替DZ/T 0184.17-1997）DZ/T 0184.29-2024地质样品同位素分析方法第29部分：微量碳酸盐岩和矿物碳氧同位素组成测定连续流磷酸法（代替DZ/T 0184.18-1997）DZ/T 0184.30-2024地质样品同位素分析方法第30部分：水中溶解无机碳碳同位素组成测定连续流磷酸法DZ/T 0184.31-2024地质样品同位素分析方法第31部分：水中颗粒有机碳碳同位素组成测定连续流燃烧法DZ/T 0184.32-2024地质样品同位素分析方法第32部分：水中溶解有机碳碳同位素组成测定燃烧法DZ/T 0184.33-2024地质样品同位素分析方法第33部分：天然气单体烃碳同位素组成测定连续流燃烧法DZ/T 0184.34-2024地质样品同位素分析方法第34部分：水和含氢矿物氢同位素组成测定锌还原法（代替DZ/T 0184.19-1997）DZ/T 0184.35-2024地质样品同位素分析方法第35部分：水氢同位素组成测定连续流水平衡法DZ/T 0184.36-2024地质样品同位素分析方法第36部分：水氢氧同位素组成测定激光光谱法DZ/T 0184.37-2024地质样品同位素分析方法第37部分：富硼矿物微区原位硼同位素组成测定激光剥蚀-多接收电感耦合等离子体质谱法自然资源部2024年8月2日。

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Principle of Thermal Lens Microscopy
Laser Objective lens Objective lens Objective lens Objective lens Excitation beam Temperature Glass Change Thermal lensin gradient Heat ray effectlocus formed by Spatial profile released thermal of light diffusion intensity Change in light intensity Sample Detector
Sample Porphyrin Dye DNA(500 bp) Dye Ag nanoparticle Medium Benzene Water Polyacrylamide gel matrix Water LOD 0.6 molecules 48 molecules 7 molecules 480 molecules 1 particle 1 2 3 4 Ref.
拉曼光谱与红外光谱分析方法比较
拉曼光谱 光谱范围40-4000Cm-1 光谱范围 红外光谱 光谱范围400-4000Cm-1 光谱范围
水可作为溶剂 样品可盛于玻璃瓶， 毛细管等容器 样品可盛于玻璃瓶， 中直接测定 固体样品可直接测定
水不能作为溶剂
不能用玻璃容器测定
需要研磨制成 KBr 压片
二、仪器
激发虚态 E1 + hν0 ν E0 + hν0 ν hν0 hν ν ν0 V=1 V=0
Rayleigh散射 散射
h(ν0 - ∆ν ν ∆ν)
Rayleigh散射： 散射： 散射 弹性碰撞；无 弹性碰撞； 能量交换， 能量交换 ， 仅改变 hν ν0 方向； 方向； Raman散射： 散射： 散射 E1 非弹性碰撞； 非弹性碰撞 ； E0 方向改变且有能量 交换； 交换；
三、应用
1．定性：定骨架，红外用于定端基 ．定性：定骨架， 2．分子结构：鉴别顺反异构 ．分子结构： 3．聚合物、生物分子、液晶、络合物、表面、催化的研究 ．聚合物、生物分子、液晶、络合物、表面、
1-1 激光基础知识 1-2 激光拉曼光谱分析法 1-3 激光吸收光谱
一、内腔吸收激光分析法 二、激光光声光谱分析法 三、热透镜显微镜
1)K. Sato, et al., Anal. Sci., 15, 525 (1999) 2)2) J.-J. Zheng, et al., Anal. Chem., 72, 5003 (1999) 3) K. Uchiyama, et al., Jpn, Appl. Phys., 39, 5316 (2000) 3)4) K. Mawatari, et al., Anal. Chem., 70, 5037 (1998)
二、激光的特性
1．单色性好 ． 氦氖激光的谱线宽度： 氦氖激光的谱线宽度：10-8nm 2．相位一致（相干性好） ．相位一致（相干性好）
3．方向性好 ． 发散角～10-4弧度 发散角 4．亮度高 ． 巨脉冲红宝石激光器： 巨脉冲红宝石激光器：1015w/cm2
三、激光器
1．激励能源（泵浦源） ．激振-转能级的光谱 均为反映分子振 转能级的光谱, IR的吸收峰与拉曼散射峰相对应 转能级的光谱 的吸收峰与拉曼散射峰相对应 无对称中心的分子：红外 拉曼 无对称中心的分子：红外+拉曼 有对称中心的分子：红外、 有对称中心的分子：红外、拉曼只有一种 少数分子既无红外也无拉曼
1-4 激光发射光谱
一、内腔吸收激光分析法
将样品置于光学谐振腔内，提高检测灵敏度。
二、激光光声光谱分析法
光声效应：非辐射跃迁产生的热能加热样品周 围的气体，产生压力变化。灵敏度高，但是对环境 要求高。
三、热透镜显微镜
利用激光产生的热透镜效应。
Block Diagram of TLM
Limit of Detection Using TLM
～1µm ～1µm
High sensitivity at the single molecule level
Intracellular Distribution of Cytochrome c Before and After Apoptosis －Non-Labeled Imaging－
Before apoptosis After apoptosis
1-1 激光基础知识
一、激光的产生 二、激光的特性 三、激光器
1-2 激光拉曼光谱分析法 1-3 激光吸收光谱 1-4 激光发射光谱
一、激光的产生
1．自发辐射和受激辐射 ．
原子处于低能态E 原子处于低能态 1 ， 从外界吸收一个能 量为∆ 的光子达到高能态 的光子达到高能态E 称为光吸收 光吸收。 量为∆E的光子达到高能态 2，称为光吸收。
激光单色性好，扩大了线性范围。
三、分子荧光
激光诱导荧光
1．UV-VIS激光 ． 激光
灵敏 生化样品 微区分析 不需激发单色器
2．红外荧光 ．
可产生较强的荧光信号
3. 多光子荧光
虽然诺贝尔奖得主Göppert-Mayer早在 早在1931年就预言了多光子激发 虽然诺贝尔奖得主 早在 年就预言了多光子激发 的可能性，但是直到激光技术出现后，才有了突破性的发展。 的可能性 ， 但是直到激光技术出现后 ， 才有了突破性的发展 。 1961年 年 Kaiser 等在 等在CaF２: Eu 2+晶体中首次观察到了双光子激发现象。 晶体中首次观察到了双光子激发现象。
激光的出现， 激光的出现，才使拉曼 光谱的检测变得容易
光源： 光源：激光反射镜 样品池：微量池、常规池 样品池：微量池、 单色器 检测器： 检测器：光电倍增管
傅立叶变换-拉曼光谱仪
FT-Raman spectroscopy 光源：Nd-YAG钇铝石榴石激光器（1.064µm）； 光源： 检测器：高灵敏度的铟镓砷探头； 检测器： 特点： 特点： （1）避免了荧光干扰； ）避免了荧光干扰； （2）精度高； ）精度高； （3）消除了瑞利谱线； ）消除了瑞利谱线； （4）测量速度快。 ）测量速度快。
3. 红外活性和拉曼活性振动 ①红外活性振动 永久偶极矩 极性基团； 偶极矩； ⅰ永久偶极矩；极性基团； 瞬间偶极矩；非对称分子； ⅱ瞬间偶极矩；非对称分子；
e
E
r e
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. 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. 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 诱导偶极矩 ρ = αE 非极性基团，对称分子； 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。 拉曼活性振动 伴随有极化率变化的振动。 伴随有极化率变化的振动 对称分子： 对称分子： 对称振动→拉曼活性。 对称振动→拉曼活性。 不对称振动→ 不对称振动→红外活性
Addition of Staurosporine
Cell membrane
1-1 激光基础知识 1-2 激光拉曼光谱分析法 1-3 激光吸收光谱 1-4 激光发射光谱
一、原子发射 二、原子荧光 三、分子荧光
一、原子发射
激光仅用于加热，特点是：所需样 品量少、分析速度快、基体效应小。
二、原子荧光
闪光灯等
2．工作介质 ．
气体（ 气体（如He-Ne，CO2） ， 固体（如红宝石Al2O3） 固体（如红宝石 半导体（ 半导体（如砷化镓 GaAs） ） 染料
3．光学谐振腔 ．
1-1 激光基础知识 1-2 激光拉曼光谱分析法
一、原理 二、仪器 三、应用
1-3 激光吸收光谱 1-4 激光发射光谱
一、原理
原子从高能态跃迁到低能态时， 原子从高能态跃迁到低能态时 ， 发射 出能量为hv=E2-E1的光子，称为光辐射。 的光子，称为光辐射 光辐射。 出能量为
2．粒子数反转 ． 原子数 基态>>激发态 基态 激发态 激发态>基态 激发态 基态
3．激光振荡 ．
激光相关视频来自叶善专大学物理工作室
红宝石激光器
Development and Commercialization of TLM
Desktop-sized TLM ITLM10 (Institute of Microchemical Technology)
In collaboration with Institute of Microchemical Technology, LTD and Kanomax Research Institute Co., LTD.
传统单光子激发存在的问题
• 分辨率低，光通过的路径上分子都有可能被激发； • 样品穿透能力低，例如生物组织对紫外-可见光吸收强， 但是红外染料种类少，价格昂贵； • 光漂白作用明显，尤其是光强较大时； • 高能量的光子，如紫外光，对活细胞的损伤大
hν0 + ∆ν ν
h ∆ν
Raman散射 散射
E0基态， E1振动激发态； E0 + hν0 ， E1 + hν0 激发虚态； 基态， 振动激发态； ν ν 激发虚态； 获得能量后，跃迁到激发虚态 获得能量后，跃迁到激发虚态.
1923年Smekal预测 年 预测 1928年印度物理学家 年印度物理学家Raman C V 发现 年印度物理学家
E1 + hν0 ν E2 + hν0 ν
hν0 ν
h(ν0 + ∆ν ν ∆ν) h ∆ν
ANTI-STOKES
Rayleigh
ν0
ν0 + ∆ν
2. Raman位移 对不同物质： ∆ν不同 不同； 对不同物质： ∆ν不同； 对同一物质： ∆ν与入射光频率无关；表征分子振-转能 对同一物质： ∆ν与入射光频率无关；表征分子振 转能 与入射光频率无关 级的特征物理量；定性与结构分析的依据； 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ρ 散射的产生：光电场 中 分子产生诱导偶极距ρ 散射的产生 ρ = αE 为比例常数，即分子极化率； α 为比例常数，即分子极化率；